陰陽離子形成離子鍵後，電荷“中和”了嗎？
本文發表于《高中數理化》，也是即将由山東科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中學化學關鍵知識解讀》的一篇。
1.化學鍵屬于“強相互作用”還是“電磁作用”？
自然界共存在四類作用力：
強相互作用（主要是指原子核内質子、中子等基本粒子之間的結合作用）；
弱相互作用（主要是指中子衰變、質子跟電子和中微子結合過程中表現出的作用）；
電磁作用（我們熟知的正負電荷之間同性相斥、異性相吸，近則強、遠則弱的靜電作用）；
萬有引力。
化學學科領域内的研究隻涉及上述其中一類作用力：
電磁作用。
強相互作用、弱相互作用均屬于核物理學研究的範疇，而萬有引力則主要用于研究天體之間的作用。
那麼，為什麼會産生上述“化學鍵是不是強相互作用”的問題呢？
一般化學教科書裡都把“化學鍵”定義為“相鄰原子間發生的強烈的相互作用”。
這裡的“強烈的相互作用”不可簡化為“強相互作用”，它是相對于分子間作用力（包括氫鍵）等較弱的電磁作用而言的。
2.Na+、Cl-相互作用形成離子鍵後，各自的電荷被“中和”了嗎？
顯然沒有，在固體NaCl裡還是存在Na+、Cl- 的。
試想，Na+、Cl- 若真的發生了“電荷中和”将意味着什麼？
意味着Cl- 把它之前奪來的一個電子還給了Na+，它們分别還原為原子狀态，NaCl作為化合物也就不存在了。
正是因為Na+在跟一個Cl- 作用、形成離子鍵後，正電荷依然存在，它還可以跟從另一個方向靠近的Cl- 發生完全同樣的靜電作用，并最終形成同樣的離子鍵。
所以，離子鍵沒有飽和性和方向性。
事實上，在常溫下的食鹽晶體内部，每個Na+都跟6個Cl-之間形成離子鍵，而每個Cl- 也都跟6個Na+ 之間形成了離子鍵，并不存在獨立的“NaCl”小分子。
3.能不能根據化學式判斷一種化合物屬于共價化合物還是離子化合物？
嚴格地說，不能。
除非該物質的屬性是你已經知道的，如我們熟知的NaCl、Na2SO4屬于離子化合物，而H2O、CO2則屬于共價化合物。
但是，對于大多數二元化合物來說，無機化學裡給出了一個依據元素“電負性差”判斷鍵型的經驗規則：
如果兩種元素的電負性差值大于1.7，則形成離子鍵。
比如NaCl，Na的電負性0.9，Cl的電負性3.0，3.0 – 0.9 = 2.1 > 1.7，所以NaCl中形成的是典型的離子鍵。
如果兩種元素的電負性差值小于1.7，則形成共價鍵，比如HCl，H的電負性2.1，Cl的電負性3.0，3.0 – 2.1 = 0.9 < 1.7，所以HCl中形成的是典型的共價鍵；
再比如AlCl3，Al的電負性是1.6，Cl與Al的電負性差為3.0 – 1.6 = 1.4 < 1.7，所以AlCl3中形成的是共價鍵。
但是該經驗規律并不能機械套用。
比如HF，F的電負性4.0，F與H的電負性差為4.0 – 2.1 = 1.9 > 1.7，但HF中形成的并非離子鍵，而是共價鍵。
其實，離子鍵和共價鍵隻是我們研究物質結構的兩個認識模型，并不存在純粹的離子鍵。
為什麼這麼說呢？
我們知道，共價鍵是指相鄰原子間通過電子雲重疊形成的化學鍵。
由于電子雲并沒有嚴格的邊界，即使典型的離子化合物NaCl中，倆原子（離子）間也存在一定程度的電子雲重疊，所以其化學鍵也具有共價成分。
參看下圖：
倆球（陰、陽離子）相切關系是人們構造的離子鍵模型，而電子雲重疊關系則是人們構造的共價鍵模型。
那麼，兩個陰、陽離子若發生相互作用，是否一定形成離子鍵呢？
這也不一定。
舉例來說，H+ 跟OH- 發生中和反應，形成的化合物是H2O，顯然H2O是共價化合物而非離子化合物。
同樣道理，Al3+跟Cl-在一定條件下結合形成的AlCl3也不屬離子化合物，而是共價化合物。
4.離子鍵和共價鍵都是靜電作用，哪一個相對強一些？
這個不可一概而論。
從離子鍵、共價鍵的本質屬于靜電作用來看，影響這些鍵強弱的因素主要有兩個：
距離因素和電荷因素。
對于離子鍵來說，離子電荷越高、離子半徑越小，則所形成的離子鍵強度越大。
比如，NaCl的熔點（801℃）高于KCl（熔點745℃），因為K+半徑較Na+略大，故同樣跟Cl-成鍵，KCl中離子鍵強度略弱；
再如MgO的熔點（2800℃）遠高于NaCl，主要由于Mg2+、O2-均帶2個單位電荷，而Na+、Cl- 均隻帶1個單位電荷，故MgO中離子鍵強度高于NaCl中離子鍵強度。
對于共價鍵來說，其“電荷因素”即共用電子對數，“距離因素”則指鍵長（成鍵二原子之核間距離）。
比如N原子，其電負性跟Cl幾乎相等，這說明N原子應該是非常活潑的，可是N2在化學反應中卻表現出近乎惰性，就是因為N2分子中三個共用電子對導緻2個原子間結合緊密，不易拆開成為原子去參加化學反應；
HF、HCl、HBr、HI的熱穩定性依次減弱，則主要由于它們分子内的鍵長增大、共價鍵強度減弱的緣故。
5.兩個球形的氯原子之間通過共價鍵結合形成氯分子，其共價鍵還有方向性嗎？
當然有。
共價鍵是成鍵原子間通過電子雲重疊作用形成的，要使鍵牢固、穩定，就要盡可能多地發生重疊。
由于Cl原子的單電子在3pz軌道上，故一般認為，Cl2分子中兩個Cl是利用3pz軌道重疊成鍵的。
p軌道在空間的分布不像s軌道那樣均勻，而是呈紡錘形，因内層的1s、2s、2p以及3s軌道的存在，3p軌道隻有部分暴露在外面，故兩個Cl原子的3pz軌道隻有沿着其軌道對稱軸的方向相互靠近，才可能形成最大程度的電子雲重疊，這樣形成的Cl-Cl共價鍵才是最穩定的。
參見下圖：
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