大專無機(jī)化學(xué)課件-化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)

化學(xué)綜合第八課化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)化學(xué)綜合第八課化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)1第六章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)原子如何結(jié)合組成物質(zhì)世界？ 原子間相互作用力稱為化學(xué)鍵

原子間通過化學(xué)鍵形成分子，分子形成 物質(zhì)世界 112種原子(18種人造)，天然存在、數(shù)量較多的只有幾十種，組成了物質(zhì)世界。第六章化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)原子如何結(jié)合組成物質(zhì)世界？ 1122化學(xué)鍵的分類離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵強(qiáng)化學(xué)鍵：共價(jià)鍵又分為：鍵、鍵、鍵、離域鍵、 配位鍵、-配位鍵、 缺電子多中心鍵等弱化學(xué)鍵（次級鍵）：氫鍵、范德華力等化學(xué)鍵的分類離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵強(qiáng)化學(xué)鍵：共價(jià)鍵又分為：31916年，德國化學(xué)家A.Kossel提出了離子鍵理論。 ·

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····H· He: :N· ·O· :Cl· Na· Mg::Ne: ·

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····為什么惰性氣體穩(wěn)定？ns2np6八電子結(jié)構(gòu) ·· ·· Na·+:Cl·

Na+[:Cl:]－ ·· ··3s13s23p52s22p63s23p6一、離子鍵理論1916年，德國化學(xué)家A.Kossel提出了為什么惰性氣4 當(dāng)電負(fù)性相差較大的金屬原子和非金屬原子在一定的反應(yīng)條件下相互接近時(shí)，由于有達(dá)到穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)的傾向而分別失去或得到電子生成正離子和負(fù)離子。 ·· ·· Na·+:Cl·

Na++[:Cl:]－ ·· ·· 正離子和負(fù)離子由于靜電引力相互吸引而形成離子晶體，在離子晶體中，正離子和負(fù)離子形成離子鍵。 ·· Na++[:Cl:]－NaCl ·· 當(dāng)電負(fù)性相差較大的金屬原子和非金屬原子在一定的反應(yīng)條件下相51.1離子鍵及其特點(diǎn)定義：正負(fù)離子間的靜電吸引力叫做離子鍵。1.本質(zhì)：靜電力離子的電荷離子的半徑離子的構(gòu)型離子化合物的性質(zhì)取決于離子的特征：2.鍵的離子性與元素的電負(fù)性有關(guān)電負(fù)性差越大，離子性越強(qiáng)兩個(gè)原子電負(fù)性差＞1.7時(shí)，可認(rèn)為形成離子鍵；＜1.7時(shí)，可認(rèn)為形成共價(jià)鍵1.1離子鍵及其特點(diǎn)定義：正負(fù)離子間的靜電吸引力叫做離子鍵63.離子鍵沒有方向性和飽和性特點(diǎn)：無法從晶體中劃分出孤立的分子。NaCl晶體3.離子鍵沒有方向性和飽和性特點(diǎn)：無法從晶體中劃分出孤立的7NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖Na+Cl-Goto3DNaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖Na+Cl-Goto3D8CsCl晶體結(jié)構(gòu)解析圖Cs+Cl-CsCl晶體結(jié)構(gòu)解析圖CsCl晶體結(jié)構(gòu)解析圖Cs+Cl-CsCl晶體結(jié)構(gòu)解析圖9CsCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖Goto3DCsCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖Goto3D101.2離子的特征離子的電荷對離子的性質(zhì)和離子化合物的性質(zhì)有著非常重要的影響。(1)離子的電荷Fe3+Fe2+氧化性還原性SCN-血紅色化合物不反應(yīng)K4[Fe(CN)6]藍(lán)色沉淀不反應(yīng)無水FeCl3棕黃色無水FeCl3白色含水FeCl3棕黃色含水FeCl2淡綠色1.2離子的特征離子的電荷對離子的性質(zhì)和離11(2)離子的構(gòu)型2電子構(gòu)型 最外層為2個(gè)電子

Li+:1s2 Be2+:1s2

負(fù)離子一般具有穩(wěn)定的8電子構(gòu)型F-:2s22p6Cl-:3s23p6O2-:2s22p6陽離子：8電子構(gòu)型 最外層為8個(gè)電子 Na+:2s22p6 Ca2+:3s23p6

(2)離子的構(gòu)型2電子構(gòu)型 最外層為2個(gè)電子負(fù)離子一1218電子構(gòu)型 最外層為18個(gè)電子

Zn2+:3s23p63d10

Ag+:4s24p64d1018+2電子構(gòu)型 最外層為2個(gè)電子，次 外層為18個(gè)電子

Pb:[Kr]4d104f145s25p65d106s26p2 Pb2+:[Kr]4d104f145s25p65d106s29-17電子構(gòu)型 最外層為9-17個(gè)電子

Fe:[Ne]3s23p63d64s2

Fe2+:[Ne]3s23p63d6

Fe3+:[Ne]3s23p63d518電子構(gòu)型 最外層為18個(gè)電子18+2電子構(gòu)型13 離子電荷與半徑大致相同的條件下，不同構(gòu)型的正離子對同種負(fù)離子的結(jié)合經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：8電子構(gòu)型離子＜9~17電子構(gòu)型離子＜18、18+2構(gòu)型離子Na+ 2s22p6 NaCl 易溶于水K+ 3s23p6 KCl 易溶于水Ag+ 4s24p64d10 AgCl 難溶于水Cu+ 3s23p63d10 CuCl 難溶于水離子性減弱，共價(jià)性增強(qiáng) 離子電荷與半徑大致相同的條件下，不同構(gòu)型的正離子對同種負(fù)離14(3)離子的半徑離子晶體中正負(fù)離子中心距離（核間距）為正負(fù)離子半徑之和A+與B-兩個(gè)離子在相互作用時(shí)所表現(xiàn)的半徑，通常稱為離子半徑。正負(fù)離子半徑與核間距的關(guān)系(3)離子的半徑離子晶體中正負(fù)離子中心距離15離子半徑的一般變化規(guī)律主族元素，自上而下，相同電荷數(shù)的離子半徑逐漸增大。

F-<Cl-<Br-<I-同一周期自左向右，主族元素離子的電荷數(shù)依次增大，離子半徑逐漸減小。

Na+>Mg2+>Al3+同一元素形成不同電荷的正離子時(shí)，電荷愈高，離子半徑愈小。

Fe

>Fe2+>Fe3+負(fù)離子的半徑一般較大(130~250pm)，正離子的半徑一般較小(10~170pm)。離子半徑的一般變化規(guī)律主族元素，自上而下，相同電荷數(shù)的離子半16 一般說來，離子半徑越小，離子間的引力越大，要拆開它們所需的能量就越大，相應(yīng)的離子晶體熔沸點(diǎn)就越高。Li+ 60pm

LiF 1040CNa+ 95pm

NaF 870C對性質(zhì)的影響：Na+ 95pm

Cl- 181pm Br- 195pm I- 216pmI-的還原性強(qiáng)于Br-，Br-又強(qiáng)于Cl-。 一般說來，離子半徑越小，離子間的引力越大，要拆開它們所需的17二、經(jīng)典價(jià)鍵理論 ·· ·· Na·+:Cl·

Na++[:Cl:]－ ·· ·· 1916年，美國化學(xué)家G.N.Lewis提出了共價(jià)鍵理論(經(jīng)典價(jià)鍵理論)。NaCl: 離子鍵理論不能說明相同原子形成單質(zhì)分子，也不能說明電負(fù)性相近的原子如何形成化合物分子。O2，CO2：

···O·

··

··C

··二、經(jīng)典價(jià)鍵理論 1916年，美國化學(xué)家G.N.Lewi18 分子中每個(gè)原子應(yīng)該具有穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)(8電子結(jié)構(gòu))，該結(jié)構(gòu)可以通過原子間共享電子對(一對或若干對)的方式來實(shí)現(xiàn)。分子中原子間通過共用電子對而結(jié)合成的化學(xué)鍵稱為共價(jià)鍵。 分子中每個(gè)原子應(yīng)該具有穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子層結(jié)構(gòu)(819單鍵：以一道短線代表一對電子雙(叁)鍵：以二(三)道短線代表二(三)對電子孤對電子：在分子中原子單獨(dú)擁有的未成鍵的電子對

H2 O2N2 OH-CH4 NH3HH ···· ·· H

H :O

O::N

N:[:O

H]-H

C

H H

N

H ··H Lewis結(jié)構(gòu)式單鍵：以一道短線代表一對電子Lewis結(jié)構(gòu)式20Ｃl2氣體分子H2氣體分子共價(jià)鍵的形成（以氫氣在氯氣中燃燒為例）分開后，她們?yōu)槭裁床桓吲d？讓我們聽聽她們說些什么？Ｃl2氣體分子H2氣體分子共價(jià)鍵的形成（以氫氣在氯氣中燃燒21我只有一個(gè)電子，太少了我也少一個(gè)電子eＨ原子Cl原子+11+17782我只有一個(gè)電子，太少了我也少一個(gè)電子eＨ原子Cl原子+22二位好！我有一個(gè)好辦法．你們每人拿出一個(gè)電子共用，就象共同分享快樂一樣共同擁有．行嗎？e好呵謝謝好呵謝謝+11

+17827二位好！我有一個(gè)好辦法．你們每人拿出一個(gè)電子共用，就象共同分23愿意電子電子H原子，你愿意拿出一個(gè)電子共用嗎？Cl原子，你愿意拿出一個(gè)電子共用嗎？我給你們點(diǎn)燃之后，你們要結(jié)合在一起，為人類做出自己的貢獻(xiàn)．愿意HCl愿意電子電子H原子，你愿意拿出一個(gè)電子共用嗎？Cl原子，你愿24我們的接合使人類的生活多了一點(diǎn)味道我們的結(jié)合使人類的工廠有了活力H2+Cl2===2HCl點(diǎn)燃我們的接合使人類的生活多了一點(diǎn)味道我們的結(jié)合使人類的工廠有了25有些分子的中心原子最外層電子數(shù)少于8或多于8個(gè)，這些分子仍能穩(wěn)定存在。BF3(6個(gè)),PCl5(10個(gè)),SF6(12個(gè))不能解釋共價(jià)鍵的方向性和飽和性共價(jià)鍵的本質(zhì)。因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)典靜電理論，兩個(gè)電子為何不排斥，反而互相配對？經(jīng)典價(jià)鍵理論的不足有些分子的中心原子最外層電子數(shù)少于8或多于8個(gè)，這些分子仍能26 1927年，W.Heitler和F.London把量子力學(xué)應(yīng)用到氫分子結(jié)構(gòu)中，初步揭示了共價(jià)鍵的本質(zhì)。建立了現(xiàn)代價(jià)鍵理論、雜化軌道理論、價(jià)層電子對互斥理論。1925年獲博士學(xué)位，1931年任化學(xué)教授，由于他對化學(xué)鍵的研究以及用化學(xué)鍵理論闡明復(fù)雜物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)獲得成功，1954年獲Nobel化學(xué)獎(jiǎng)。1932年，Hund和Mulliken從另一角度提出了分子軌道理論。

1927年，W.Heitler和F.London把量子27三、現(xiàn)代價(jià)鍵理論 W.Heitler和F.LondonHH氫分子能量(E)和核間距離(R)的關(guān)系三、現(xiàn)代價(jià)鍵理論 W.Heitler和F.Londo28基態(tài)分子中兩核間的電子概率密度

2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排斥態(tài)分子中核間的電子概率密度

2概率密度增加能量降低概率密度降低能量升高基態(tài)分子中兩核間的電子概率密度2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大29根據(jù)量子力學(xué)原理，基態(tài)成鍵：H原子軌道相互疊加時(shí)，兩個(gè)

1s都是正值，這稱為原子軌道的重疊。排斥態(tài)：相當(dāng)于兩個(gè)原子軌道相減，增大了排斥能，體系能量升高。根據(jù)量子力學(xué)原理，基態(tài)成鍵：H原子軌道相互疊303.1共價(jià)鍵的本質(zhì) 共價(jià)鍵的本質(zhì)是由于原子相互接近時(shí)軌道重疊（即波函數(shù)疊加），原子間通過共用自旋相反的電子對使能量降低而成鍵。3.1共價(jià)鍵的本質(zhì) 共價(jià)鍵的本質(zhì)是由于原子相互接近時(shí)軌道重31現(xiàn)代價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)：（共價(jià)鍵形成的兩個(gè)主要條件）當(dāng)兩個(gè)原子接近時(shí)，兩原子中自旋相反的未成對電子軌道重疊，電子云密集，系統(tǒng)能量降低，成為兩原子的共享電子對而形成化學(xué)鍵—共價(jià)鍵原子軌道重疊時(shí)，軌道重疊越多，電子在兩核間出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越大，形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定，因此，共價(jià)鍵應(yīng)盡可能地沿原子軌道最大重疊方向形成—最大重疊原理?，F(xiàn)代價(jià)鍵理論的基本要點(diǎn)：當(dāng)兩個(gè)原子接近時(shí)，兩原子中自旋相反的323.2共價(jià)鍵的特點(diǎn)共價(jià)鍵結(jié)合力的本質(zhì)是電性的 兩個(gè)原子核對共用電子對所形成的負(fù)電區(qū)域的吸引力。結(jié)合力的大小，取決于原子軌道重疊的多少，共用電子對的數(shù)目

三鍵>雙鍵>單鍵共用電子對繞著兩個(gè)原子核運(yùn)動(dòng)，而在兩核之間出現(xiàn)的概率較大。3.2共價(jià)鍵的特點(diǎn)共價(jià)鍵結(jié)合力的本質(zhì)是電性的共用電子對繞著33共價(jià)鍵具有飽和性 每個(gè)原子所能提供的軌道數(shù)和未成對電子數(shù)一定

每個(gè)原子成鍵的總數(shù)或以單鍵連接的相鄰原子數(shù)是一定的。H2為什么只能形成雙原子分子？共價(jià)鍵具有飽和性H2為什么只能形成雙原子分子？34共價(jià)鍵具有方向性原子軌道在空間上具有一定取向，為遵守最大重疊原理，原子軌道重疊時(shí)必須具有一定的方向（重疊最大的方向）。H2SHCl共價(jià)鍵具有方向性H2SHCl35(1)σ鍵和π鍵

鍵：成鍵的兩原子軌道以“頭碰頭”的方式，沿兩原子核連線方向發(fā)生軌道重疊。3.3共價(jià)鍵的鍵型(1)σ鍵和π鍵 鍵：成鍵的兩原子軌道以“頭碰頭”的36

鍵：成鍵時(shí)兩原子軌道以“肩并肩”的方式發(fā)生重疊，重疊部分對通過鍵軸、密度為零的一個(gè)平面呈對稱分布。 鍵：成鍵時(shí)兩原子軌道以“肩并肩”的方式發(fā)生重疊，重疊37 一般說來，π鍵的重疊程度小于σ鍵，所以π鍵的鍵能比σ鍵的鍵能小，更易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。N2分子N1s22s22px12py12pz1 一般說來，π鍵的重疊程度小于σ鍵，所以π鍵的鍵能比σ鍵的鍵38*鍵*鍵39(2)配位共價(jià)鍵正常共價(jià)鍵：共用的兩個(gè)電子由成鍵的兩個(gè) 原子共同提供。配位共價(jià)鍵：共用電子對由成鍵原子中的一個(gè)原子提供形成配位共價(jià)鍵的條件： 1.提供共用電子對的原子有孤對電子； 2.接受共用電子對的原子有空軌道。CO分子(2)配位共價(jià)鍵正常共價(jià)鍵：共用的兩個(gè)電子由成鍵的兩個(gè) 40 現(xiàn)代價(jià)鍵理論比較簡明地闡述了共價(jià)鍵的形成過程和本質(zhì)，并成功地解釋了共價(jià)鍵方向性、飽和性的特點(diǎn)，但在解釋分子的空間結(jié)構(gòu)時(shí)遇到了困難。CH4，CCl4 現(xiàn)代價(jià)鍵理論比較簡明地闡述了共價(jià)鍵的形成過程和本質(zhì)，并成功41 CH4分子，C原子的電子層結(jié)構(gòu)：1s22s22px12py1，只能與兩個(gè)H原子形成兩個(gè)共價(jià)單鍵。 為了解釋多原子分子的空間結(jié)構(gòu)，1931年P(guān)auling在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上，提出了雜化軌道理論。 CH4分子，C原子的電子層結(jié)構(gòu)：1s22s22px12py42四、軌道雜化理論在形成分子時(shí)，由于原子的相互影響，若干不同類型，但能量相近的幾個(gè)原子軌道混合起來，重新組成一組同等數(shù)量的能量完全相同的雜化原子軌道。 所形成的新軌道叫雜化軌道，它可以與其它的原子軌道重疊形成化學(xué)鍵。4.1軌道的雜化

原子形成雜化軌道的一般過程激發(fā)雜化軌道重疊四、軌道雜化理論在形成分子時(shí)，由于原子的相互43sp3雜化：CH4分子的形成2s2p激發(fā)雜化CH4分子成鍵+4Hsp3雜化軌道2s2p4.2雜化軌道的類型 1個(gè)ns軌道與3個(gè)np軌道組合產(chǎn)生4個(gè)sp3雜化軌道，每個(gè)sp3軌道含1/4s，3/4p軌道成分。sp3雜化：CH4分子的形成2s2p激發(fā)雜化CH4分子成鍵+444個(gè)sp3軌道間的夾角為109.5

4個(gè)sp3軌道間的夾角為109.545注意點(diǎn)：原子軌道的雜化，只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不可能發(fā)生雜化。只有能量相近的原子軌道才能發(fā)生雜化。n個(gè)原子軌道間雜化就得到n個(gè)雜化軌道。注意點(diǎn)：原子軌道的雜化，只有在形成分子的過程中才會(huì)發(fā)生，孤立46sp2雜化：BF3分子的形成2s2p2s2psp2雜化軌道2p 1個(gè)ns軌道與2個(gè)np軌道組合產(chǎn)生3個(gè)sp2雜化軌道，每個(gè)sp2軌道含1/3s，2/3p軌道成分，夾角為120

sp2雜化：BF3分子的形成2s2p2s2psp2雜化軌道472s2p2s2psp雜化軌道2psp雜化：氣態(tài)BeCl2分子的形成 1個(gè)ns軌道與1個(gè)np軌道組合產(chǎn)生2個(gè)sp雜化軌道，每個(gè)sp軌道含1/2s，1/2p軌道成分，夾角為180

2s2p2s2psp雜化軌道2psp雜化：氣態(tài)BeCl2分48有d軌道參加的雜化軌道 (sp3d、sp3d2、sp3d3、dsp2)有d軌道參加的雜化軌道49總結(jié)：sp雜化軌道的類型總結(jié)：sp雜化軌道的類型50總結(jié)：sp雜化軌道和dsp雜化軌道的空間構(gòu)型

總結(jié)：sp雜化軌道和dsp雜化軌道的空間構(gòu)型51大專無機(jī)化學(xué)PPT課件-化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)52C—H0.110nmC—C0.154nmC—N0.147nm

C—O0.143nmC—F0.142nmC—Cl0.178nmC—Br0.191nmC—I0.213nmO—H0.097nm共價(jià)鍵的屬性及其斷裂行為1、鍵長形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子核之間的距離稱為鍵長（也叫鍵距）。注意：不同的共價(jià)鍵具有不同鍵長，即使是同一類型的共價(jià)鍵在不同化合物的分子中它的鍵長也可能稍有不同。常見共價(jià)鍵的平均鍵長請同學(xué)們思考為什么？C—H0.110nmC—C0.154nm53兩價(jià)以上的原子在與至少兩個(gè)原子成鍵時(shí)，鍵與鍵之間的夾角稱為鍵角。

2、鍵角形成共價(jià)鍵所釋放的能量或斷裂共價(jià)鍵所吸收的能量叫離解能，分子中同一類型共價(jià)鍵的離解能的平均值為鍵能。3、鍵能兩價(jià)以上的原子在與至少兩個(gè)原子成鍵時(shí)，鍵與鍵之間的夾角稱為鍵54對于相同原子形成的共價(jià)鍵來說（例如H-H，Cl-Cl），成鍵電子云對稱分布于兩個(gè)原子之間，這樣的共價(jià)鍵沒有極性。但是，下列化合物有極性：H+

Cl-（HCl）H3C+

Cl-（CH3Cl）由于電子云的不完全對稱而呈現(xiàn)極性的共價(jià)鍵叫作極性共價(jià)鍵。

4、鍵的極性和元素電負(fù)性—分子的偶極距對于相同原子形成的共價(jià)鍵來說（例如H-H，Cl-Cl），成鍵55電負(fù)性：一個(gè)元素吸引電子的能力。極性共價(jià)鍵就是構(gòu)成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子具有不同電負(fù)性的結(jié)果（一般相差在0.6-1.7之間）。電負(fù)性相差越大，共價(jià)鍵的極性也越大。偶極矩：正電中心或負(fù)電中心的電荷與兩個(gè)電荷中心之間的距離d的乘積。

qd[單位D,德拜（Debye)]偶極矩有方向性:正到負(fù),一般用符號表示。

請注意偶極矩是有方向性的。電負(fù)性：一個(gè)元素吸引電子的能力。極性共價(jià)鍵就是構(gòu)成共價(jià)鍵的兩56在兩原子組成的分子中，鍵的極性就是分子的極性，鍵的偶極矩就是分子的偶極矩。在多原子組成的分子中，分子的偶極矩是分子中各個(gè)鍵的偶極矩的向量和。分子偶極距=i例如在兩原子組成的分子中，鍵的極性就是分子的極性，鍵的例如57

5、共價(jià)鍵的斷裂——均裂與異裂有自由基參與的反應(yīng)叫做自由基反應(yīng)。由共價(jià)鍵異裂產(chǎn)生離子而進(jìn)行的反應(yīng)叫做離子型反應(yīng)。5、共價(jià)鍵的斷裂——均裂與異裂有自由基參與的反應(yīng)叫做自由基58有些反應(yīng)過程沒有明顯分步的共價(jià)鍵均裂或異裂,只是通過一個(gè)環(huán)狀的過渡態(tài),化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成同時(shí)完成而得到產(chǎn)物。協(xié)同反應(yīng)補(bǔ)充有些反應(yīng)過程沒有明顯分步的共價(jià)鍵均裂或異裂,只是通過一個(gè)環(huán)狀59原子晶體：金剛石晶體結(jié)構(gòu)示意圖C原子正四面體結(jié)構(gòu)單元原子晶體：金剛石晶體結(jié)構(gòu)示意圖C原子正四面體結(jié)構(gòu)單元60硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖Si原子正四面體結(jié)構(gòu)單元硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖Si原子正四面體結(jié)構(gòu)單元61二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖Si原子結(jié)構(gòu)單元O原子二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)示意圖Si原子結(jié)構(gòu)單元O原子62金屬鍵1、定義：金屬陽離子與自由電子之間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵2、成鍵微粒：3、成鍵實(shí)質(zhì)：金屬陽離子和自由電子靜電作用（靜電引力和斥力）金屬鍵存在于固體金屬單質(zhì)或合金中金屬鍵1、定義：金屬陽離子與自由電子之間通過靜電作用形成的化63三種化學(xué)鍵的比較化學(xué)鍵概念