阴阳离子形成离子键后，电荷“中和”了吗？
本文发表于《高中数理化》，也是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中学化学关键知识解读》的一篇。
1.化学键属于“强相互作用”还是“电磁作用”？
自然界共存在四类作用力：
强相互作用（主要是指原子核内质子、中子等基本粒子之间的结合作用）；
弱相互作用（主要是指中子衰变、质子跟电子和中微子结合过程中表现出的作用）；
电磁作用（我们熟知的正负电荷之间同性相斥、异性相吸，近则强、远则弱的静电作用）；
万有引力。
化学学科领域内的研究只涉及上述其中一类作用力：
电磁作用。
强相互作用、弱相互作用均属于核物理学研究的范畴，而万有引力则主要用于研究天体之间的作用。
那么，为什么会产生上述“化学键是不是强相互作用”的问题呢？
一般化学教科书里都把“化学键”定义为“相邻原子间发生的强烈的相互作用”。
这里的“强烈的相互作用”不可简化为“强相互作用”，它是相对于分子间作用力（包括氢键）等较弱的电磁作用而言的。
2.Na+、Cl-相互作用形成离子键后，各自的电荷被“中和”了吗？
显然没有，在固体NaCl里还是存在Na+、Cl- 的。
试想，Na+、Cl- 若真的发生了“电荷中和”将意味着什么？
意味着Cl- 把它之前夺来的一个电子还给了Na+，它们分别还原为原子状态，NaCl作为化合物也就不存在了。
正是因为Na+在跟一个Cl- 作用、形成离子键后，正电荷依然存在，它还可以跟从另一个方向靠近的Cl- 发生完全同样的静电作用，并最终形成同样的离子键。
所以，离子键没有饱和性和方向性。
事实上，在常温下的食盐晶体内部，每个Na+都跟6个Cl-之间形成离子键，而每个Cl- 也都跟6个Na+ 之间形成了离子键，并不存在独立的“NaCl”小分子。
3.能不能根据化学式判断一种化合物属于共价化合物还是离子化合物？
严格地说，不能。
除非该物质的属性是你已经知道的，如我们熟知的NaCl、Na2SO4属于离子化合物，而H2O、CO2则属于共价化合物。
但是，对于大多数二元化合物来说，无机化学里给出了一个依据元素“电负性差”判断键型的经验规则：
如果两种元素的电负性差值大于1.7，则形成离子键。
比如NaCl，Na的电负性0.9，Cl的电负性3.0，3.0 – 0.9 = 2.1 > 1.7，所以NaCl中形成的是典型的离子键。
如果两种元素的电负性差值小于1.7，则形成共价键，比如HCl，H的电负性2.1，Cl的电负性3.0，3.0 – 2.1 = 0.9 < 1.7，所以HCl中形成的是典型的共价键；
再比如AlCl3，Al的电负性是1.6，Cl与Al的电负性差为3.0 – 1.6 = 1.4 < 1.7，所以AlCl3中形成的是共价键。
但是该经验规律并不能机械套用。
比如HF，F的电负性4.0，F与H的电负性差为4.0 – 2.1 = 1.9 > 1.7，但HF中形成的并非离子键，而是共价键。
其实，离子键和共价键只是我们研究物质结构的两个认识模型，并不存在纯粹的离子键。
为什么这么说呢？
我们知道，共价键是指相邻原子间通过电子云重叠形成的化学键。
由于电子云并没有严格的边界，即使典型的离子化合物NaCl中，俩原子（离子）间也存在一定程度的电子云重叠，所以其化学键也具有共价成分。
参看下图：
俩球（阴、阳离子）相切关系是人们构造的离子键模型，而电子云重叠关系则是人们构造的共价键模型。
那么，两个阴、阳离子若发生相互作用，是否一定形成离子键呢？
这也不一定。
举例来说，H+ 跟OH- 发生中和反应，形成的化合物是H2O，显然H2O是共价化合物而非离子化合物。
同样道理，Al3+跟Cl-在一定条件下结合形成的AlCl3也不属离子化合物，而是共价化合物。
4.离子键和共价键都是静电作用，哪一个相对强一些？
这个不可一概而论。
从离子键、共价键的本质属于静电作用来看，影响这些键强弱的因素主要有两个：
距离因素和电荷因素。
对于离子键来说，离子电荷越高、离子半径越小，则所形成的离子键强度越大。
比如，NaCl的熔点（801℃）高于KCl（熔点745℃），因为K+半径较Na+略大，故同样跟Cl-成键，KCl中离子键强度略弱；
再如MgO的熔点（2800℃）远高于NaCl，主要由于Mg2+、O2-均带2个单位电荷，而Na+、Cl- 均只带1个单位电荷，故MgO中离子键强度高于NaCl中离子键强度。
对于共价键来说，其“电荷因素”即共用电子对数，“距离因素”则指键长（成键二原子之核间距离）。
比如N原子，其电负性跟Cl几乎相等，这说明N原子应该是非常活泼的，可是N2在化学反应中却表现出近乎惰性，就是因为N2分子中三个共用电子对导致2个原子间结合紧密，不易拆开成为原子去参加化学反应；
HF、HCl、HBr、HI的热稳定性依次减弱，则主要由于它们分子内的键长增大、共价键强度减弱的缘故。
5.两个球形的氯原子之间通过共价键结合形成氯分子，其共价键还有方向性吗？
当然有。
共价键是成键原子间通过电子云重叠作用形成的，要使键牢固、稳定，就要尽可能多地发生重叠。
由于Cl原子的单电子在3pz轨道上，故一般认为，Cl2分子中两个Cl是利用3pz轨道重叠成键的。
p轨道在空间的分布不像s轨道那样均匀，而是呈纺锤形，因内层的1s、2s、2p以及3s轨道的存在，3p轨道只有部分暴露在外面，故两个Cl原子的3pz轨道只有沿着其轨道对称轴的方向相互靠近，才可能形成最大程度的电子云重叠，这样形成的Cl-Cl共价键才是最稳定的。
参见下图：
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