第二節        共價鍵(Covalent Bond)

我們在上一節己提過離子化合物如食鹽是一高熔點晶体。但是，很多分子化合物(Molecular Compounds)在室溫時是氣体，液体或是低熔點的固体。這些由原子結合成的分子化合物是無法以陰、陽兩種離子的結合來解釋的。如空氣中的氧氣( O₂)及氮氣(N₂)，它們分別由兩個氧原子及兩個氮原子所組成，其中並無離子的存在。1916年，路易士以共價鍵的概念來解釋分子化合物的鍵結情形。共價鍵是由相同或相異的兩個原子，共同擁有電子對而形成，由於電子對受兩個帶正電的原子核所吸引，而使此兩原子結合在一起。以共價鍵結合的分子化合物其物理性質與離子鍵形成的離子化合物差別很大，如圖3-4  顯示溴(Br₂)在室溫是揮發性極強的紅棕色液體，而氯化鋰（LiCl）為熔點極高的白色粉末。                

圖3-3溴及氯化鋰

A.    氫分子的鍵結

要瞭解共價鍵，可以從最簡單的分子化合物氫氣(H₂)開始。氫原子是由核內的一個質子及核外一個電子所組成，而氫分子的鍵結可以形容成兩個氫原子核共同擁有彼此核外電子。由於共同擁有核外的兩個電子，使兩個原子核可以吸引在一起而形成氫分子，此時每一個氫原子，擁有兩個電子而具有與氦同樣的價電子。式3-5為以路易士價電子點式來表示氫分子的形成。
 

另外，我們常見的氯化氫(HCl) ，其共價鍵的表示方法如下

   由於氫與氯共同擁有一對電子，使得氫擁有與氦同樣的兩個價電子，而氯擁有與氬同樣的8個價電子組態。在電子點式中，我們將共用的電子對稱為鍵結電子對(bonding electron pairs) ，而不共用的電子稱為非鍵結電子對(nonbonding electron pairs) ，也稱為孤對電子(lone pair electrons) 。以上我們所提供的共價鍵均由兩個原子分別提供一個電子所形成，但是也有共價鍵是由單一原子提供電子對所形成的。如式3-7中的銨離子(NH₄⁺)即由氨分子提供孤對電子與不帶電子的氫離子(H⁺)結合而成。其中四個氮-氫鍵都相同，都是以共價鍵的形式鍵結。

B.     不遵守八隅體的分子化合物

    雖然，原子以共價鍵的方式結合成分子時，每個原子(氫除外)以滿足8個價電子為原則(如氯化氫中的氯原子，銨離子中的氮原子) 。然而，並不是每一個分子化合物均遵守八隅體的。如圖3-6中，一個氧化氮的共價電子數為奇數(氮為5，氧為6)因此，無法使每個原子滿足八隅體的規則；三氟化硼(BF₃)中的硼原子只有6個電子；五氟化磷(PF₅)中的磷卻有10個電子；而在1962年由實驗室合成出來的四氟化氙(XeF₄)中的氙也有10個電子。這些情形都不遵守八隅體的規則。

                不遵守八隅體的分子化合物

例題3-3：在週期表第三列及第三列以下的元素可以形成超過8個價電子的化合物如PF₅,XeF₄,SF₆,SeF_6,TeF₆試問理由為何？

答︰因為第三列以下元素擁有可用的d軌域。

練習3-3

  下列化合物中，哪些分子的中心原子不遵守八隅體的規則？

a)BeH₂         b)CCl₄          c)AlCl₃

C.    具有雙鍵或三鍵的分子化合物

    我們在前面所提及的共價鍵分子如氫，氯化氫等都是由兩個原子共同擁有的一對電子所形成的，此種鍵結稱為單鍵。然而，兩個原子也可以共同擁有兩對電子以便彼此都能滿足鈍氣的電子組態。二氧化碳便是這種例子。碳原子的價電子數為4，可分別提供二個電子給二個氧原子，而兩個氧原子，分別提供二個電子與碳結合，使三個原子都擁有八個價電子，這種二原子共同擁有二對電子的共價鍵就是雙鍵。

以此類推，若二原子共同擁有三對電子而形成共價鍵，則此種鍵結稱為參鍵，其情形如氮分子N₂。

例題3-4：一氧化碳在常溫下是氣體，試以路易士電子點式表示它的鍵結，它是雙鍵或是參鍵？

答：碳與氧分別具有4及6個價電子。