原子间电子轨道各形化学键

当然有部分太大的原子，如元素周期表中的I 族，大原子半径过大，外层电子锁能态就很难建立，如钾、铷、铯原子最外层只有一个电子，而且半径又过大，原子外层轨道电子一般不多，电子的速度很难同步耦合磁场的速度，大直径原子很难守住外层的电子，自然状态下只能以离子形态存在，因此电子锁能态轨道稳定于否，于电子轨道的大小也有相当的关系，越小的轨道，锁能态越容易建立，因此化学活动性于原子半径的大小有相当的关系，如图原子半径越大原子失去电子越容易，半径越小电子轨道稳定性越强，得到电子的化学还原性就越强。

电子的交互：单个原子自身的电子不能形成稳定的轨道结构，它就需要得到电子或放弃电子，以达到电子轨道结构稳定的目的，或以离子态的形式存在，或以共价键的形式存在。抛弃电子时，原子就呈正电性，称为阳离子，得到电子的原子呈负电性，称阴离子，有一些原子不肯放弃电子，还想达到稳定，就和别的原子共用电子，组成共价键结构，以达到满意的稳定结构。原子共价电子时，其外层电子轨道结构发生重组，原子共价的形式多种多样，轨道结构也有重大变化。共价时同一能级层上，可以有多重的相同轨道，共价的电子数有2个的s共价，有多个的p、d、f等形式共价，下面以原子实例说明。

氢原子的存在是以H₂的分子形式存在的，2个氢原子相互结合共用电子对，形成共价键，构成H₂分子，氢分子共价2个电子时，2个氢核处于椭圆的2个偏心上，2个电子构成椭圆形的S轨道，2个电子绕在这个椭球面作S亚层态电子旋转，这我称其它S共价。氮N由2个原子共价组成氮分子N₂，通常将其价态定为  ，氮N的电子轨道排列1S²2S²2P³，氮的共价不在S层上，而是在P层电子上，氮的共价将2个N1S²2S²作为核心，组成一个椭圆的复合核，外层再构建一个P电子轨道，其电子轨道排列：（1S²2S²）²P⁶，氮气分子的共价时，以p⁶电子轨道将两个氮原子及其内层的1S²2S²电子作为椭圆的两个离心圆点，所以称为P共价。

碳原子电子轨道为1S²2S²2P²，组成金刚石结构时，第二主层的2S²2P²的4个电子和空间相临的4个方向的碳原子，构成4个空间S共价键，每个碳原子在空间4个方向上都以S共价键连联，电子轨道排列（1s（2s¹）⁴）ⁿ，从而构成了空间网状立体金刚石结构。

碳原子构成石墨时，第二主层的4个电子，有3个电子在平面三个方向和相临的原子构成S共价键，形成平面网状共价键结构，其电子轨道排列式（1S²（2S¹）³3S¹）ⁿ，还有一个电子没有形成共价健，漂移在石墨层之间，这个电子和相临层的石墨没有强的化学键连结，只有凡得瓦作用力，因而层之间易滑动，3S¹电子和原子的结合力也很小，在原子间易游动，形成导电性，也易失去，化学活动性也较强。

硼B元素，经晶格结构分析,硼分子为正二十面体结构，由12个硼原子组成，即分子为B₁₂，B的电子轨道1s²2s²2p¹，P层只一个电子，要形成p共价需要6个B，6核复合结构体积太大，p电子轨道很难包逻，于是聪明的硼原子，将所有的5个电子都拿出来，构成如图的5个S共价键，构成正二十面体的晶体结构，这种20面体没有空间延展性，构不成立体空间延申的键链，然而它不能像金刚石一样构成空间网状结构，因而硼单晶，晶体内硬度很高，晶体外只是很弱的凡得瓦力，因而又表现得质脆。

硼和其它元素结合时，只提供了2s²2p¹这3个电子，形成3个S共价键，如B₂O₃、H₃BO₃等，由此可见原子的电子结构是随环境条件变化而变化的，电子轨道形式不是一层不变的，碳的2P轨道可以形变为S轨道，轨道形态也随化合态而改变，S球面轨道，也可形变为高椭圆S轨道，空间伸展方向，也随化合结构而改变，如B₁₂等。

导电性强的金属铜²⁹Cu，其电子轨道排列：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹，Cu外层为4s¹电子，这1个电子的球形轨道，即守不住能量又极不稳定，常游离于铜原子之外，使铜原子实为+1的离子，Cu¹⁺电子结构完整，对多余的一个电子约束性不强，电子在立方晶格间移动自由度大，形成了铜良好的导电性，铜离子晶格间有游动的电子，使铜晶体间有了电子作为润滑剂，使铜晶体晶层间有一定的滑动性，因此铜金属有延展性，可塑性。铜晶格间的电子也不是绝对的自由电子，电子在晶格间的热运动有能量互锁关联，也有电量总体平衡关联。

汞是唯一的常温液体金属，我们来看看汞原子有什么特点，使它呈液态，汞80号原素，外层电子排列5d¹⁰6S²，都是满轨的电子，于其它原子没有电子交易，没有和其它原子形成金属键，汞原子间只有较弱的凡得瓦力，汞原子间作用力小，因而呈液态，汞最外层是6S²电子亚层的2个电子，这也是个较稳定的电子亚层结构，因此汞原子外层的电子游离出去形成导电性的自由电子较少，因而汞的导电性不强，电阻率高达984，较铜的导电性低58倍。

钛Ti是第22号元素，单质为密排六方晶体，密度小、质地坚硬，钛离子有+3价和+4价，+4价时外层电子排列为： 3p⁶3d²4s²，失去3d²4s²四个电子而成，失去3d²电子时为+2价钛离子，+3价钛离子其电子排布应为3p³3d⁵4s²，失去3p³电子而成，钛单质晶格在低于882.5℃为密排六方晶格，高于此温度时为体心立方晶格，说明钛金属在不同温度下呈现上述两种电子轨道结构，也说明上述两种电子结构有能量梯度。钛的3p³3d⁵电子和周围原子构成p共价键和d共价键，钛的p、d层有周围原子形成紧密的金属共价键结构，最外层4s²电子结构也较稳定，因而游离在原子间的电子较少，钛导电性不强，钛的电阻率为420，较铜导电性低25倍。

金属晶体是最复杂的外层电子结构群，有离子键、有多种形态的共价键，有多种形态的复合键，电子轨道相互影响，使部分轨道发生形变，由全闭合态电子轨域，形变为有缝电子轨域，呈现磁极性。金属原子绝大多数外层都是s电子层也有少数p层的，外层非s层的多是非金属，最外的s层电子锁能能力差，易失去电子，因而多呈导电性，外层为p层的守电子或得电子能力较强，因而失去的自由电子很少，导电能力很差，有部分大原子的外层p电子的有金属性，呈半导体状态，外层为p电子的小原子则多是绝缘体。

金属晶体内有大量的自由电子，这些自由电子在金属离子间“无规则”地热运动，这种热运动看似无规则，实则很有规则，它的运动在金属体内形成能量团，这种能量团为区域的闭合团，不是开放的能量场，不会对外辐射，这种强的能量团是大多数光能团的屏障，光线不能穿过，因而金属透光性差，反光性强。当光能强度和金属体内电子团能谐振时，光能量最易被电子团吸收，或呈现色泽，或加强电子团能量，或将过高能量的电子挤出，形成光电效应。

惰性气体最外层为ns²np⁶稳定的电子结构，惰性气体氙、氪和氟可能化合生成二氟化物，说明失去的是s²轨道电子，在其外层的p轨电子没有参于反应，从而说明s轨的电子结构稳定性低于p轨道。s轨电子轨道面大，锁能态难以达到最完美，没有p、d、f轨电子锁能强，满轨p、d、f层具有双机制锁能结构，一是锁能环，二是s形锁能曲动。s轨道电子只有s形锁能曲动，因而稳定性差的多。从II A族金属性质也可能得到证明。满轨p、d、f电子层是极为稳定的电子结构，一但满轨电子很难失去，最外层为满轨p、d、f结构就是最稳定的，多见为离子态，如I A族和II A族的离子，原子态的只有惰性气体。

原子、分子的化学变化，都是电子轨道重建过程，原子、分子从高能态往低能态变化的过程，就是电子轨道从亚稳态向稳态变化的过程。s轨是最不稳定的电子轨道，p、d、f满轨都是稳定的轨道，电子锁能态最完善，不会发生电子得失情况，化学反应都是在s轨、未满的p、d、f轨中发生，同时电子填冲轨道有如图的先后顺序，顺序越后稳定性也越小，如铜的电子层为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁹,这是形成二价铜的结构，稳定性较好；1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰,是形成一价铜的结构，稳定性较二价铜小，多数资料将铜写为4s¹3d¹⁰其实不准确，事实上4s²3d⁹和4s¹3d¹⁰两种状态都有，并随能量状态相互转化。 

水是个神奇的物质，水分子（H₂O），氧原子O电子轨道1s²2s²2p⁴，最外层p轨道上4个电子，p轨道的形态与s轨道一样，都是球面上的四个半圆组成，p轨道中6个电子两两配对耦合，分为三组均匀分布于四个半圆波面上，p轨道是旋转180^o×3的带状循环轨道，一个氧原子O 和二个氢原子H，共用一个p轨道，二个氢H原子和一个氧O原子，被p轨道所包裹，H—O—H键之间的夹角本应为90°，由于H⁺原子的斥力，使H—O—H夹角大于90^o角，实测为104.45°。水分负电性的O偏于一侧，因此呈电极性，水分子有极性，相互之间有较强的电应力，因此水常温下呈液态，固体冰晶体呈六方晶格。

甲烷CH₄，碳原子电子轨道为1s²2s²2p²，2p²轨道只有二个电子，与满轨还少4个电子，于是有四个H原子与碳原子组成p共价键，如图中心一个碳原子，四个氢H原子包围在碳原子周围，共用p轨道，甲烷是空间对称结构，因此没有分子极性，分子间的引力小，常温为气体。

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