二、共价键的性质

共价键的性质主要取决于成键原子的性质和结合方式。通常用键长、键角、键能等物理量来表征共价键的性质。由这些物理量的数值，可以归纳出一些定性或半定量的规律，能在一定程度上用来说明分子的某些特性。

（一）键能（bond energy）

键能是指以共价键结合的化合物分子（气态）断裂变成原子状态（气态）时所吸收的能量，其单位为kJ/mol。

对于双原子分子而言，其键能就是该键的离解能（bond dissociation energy，BDE）；或译作“解离能”。1mol的氢分子离解成2mol的氢原子所需的热量为435.3kJ，此离解能就是该键的键能。

对于多原子分子而言，其键能则是断裂分子中相同类型共价键所需能量的均值。例如1mol甲烷分子分解成4mol氢原子和1mol碳原子（气态，用“g”表示）时所需吸收的热量为1662.1kJ，故C—H键的键能为1662.1/4=415.5kJ/mol，但当甲烷中的四个C—H共价键依次断裂时，所需的能量却并不相同，分别为：

C—H键的键能是上述离解能的平均值（其中D表示离解能）。

键能数值越大，断裂它们所需要的能量越高，表明所形成的键越牢固，表2-1列出了一些常见共价键的键能。

（二）键长（bond length）

以共价键结合的两个原子的核间距离称为键长。当两个原子以共价键相结合时，原子之间既存在相互吸引，又存在相互排斥。当原子核间距离达到一定值时，吸引作用和排斥作用处于平衡，此时的核间距离即为键长。

在一般情况下，相同共价键的键长大致是不变的。但不同的化合物中，由于化学结构的不同，分子中原子间相互影响不同，也存在一些差异。两个原子核之间的键长越短，表示两个原子结合得越牢固；键长越长，则越容易受到外界的影响，表2-2列出了一些常见共价键的键长。

（三）键角（bond angle）

化合物分子中，键与键之间的夹角称为键角。例如甲烷分子中四个C—H键间的键角均为109°28′，乙烯分子中H—C—H键间的键角为116.6°，H—C==C间的键角为121.7°，乙炔分子中键间的键角为180°（图2-16）。

键角是反映分子空间构型的重要参数之一，根据键长和键角的数据，可以确定分子的几何形状，还可推测成键原子的杂化状态。

（四）共价键的极性和极化

1.键的极性（polarity）与分子的极性

根据成键原子电负性的不同，可以将共价键分为极性共价键和非极性共价键两类。

共价键中共用电子对在两原子之间的位置（或电子云在两原子之间的分布），一般有两种情况。当同种元素的两个原子形成共价键时，由于电负性相同，共用的电子对将均匀地绕两原子核运动，电子云密度最大的区域正好在两个原子核之间，其电荷分布是对称的，原子核的正电荷中心和电子云的负电荷中心正好相重叠，这种共价键没有极性，称为非极性共价键。例如：H2、Cl2等双原子分子中的共价键。

当两个不同原子形成共价键时，由于成键原子电负性不同，会使共用电子对有所偏移，造成正负电荷中心不相重合，这种键具有极性，称为极性共价键。

例如：在H—Cl和CH3—Cl分子中，由于电负性较大的氯吸引电子的能力较强，使氯氢键电子、碳氯键电子更多地靠近氯，导致其带部分负电荷，用δ-表示（δ表示部分电荷），键另一端原子周围的电子云密度较小，带部分正电荷，用δ+表示。从而使相应的共价键产生极性。

共价键极性的大小，主要取决于成键原子电负性差值，差值越大，所形成键的极性越强，表2-3列出了一些常见原子的电负性。

共价键极性的大小可定量地用键矩μ来衡量。即正电中心或负电中心上的电荷值q与两个电荷中心之间的距离d的乘积。

μ=q·d

键矩是矢量，用表示，其方向是从正极到负极，箭头指向负的一端。单位为D（德拜）或C·m（库仑·米），二者的换算关系为1D=3.336×10-30C·m。μ值越大，表示键的极性越强。

键的极性与分子的极性关系密切。对于双原子分子，键的极性就是分子的极性。例如：

而对多原子分子来说，分子极性不仅与键的极性有关，还与分子的空间构型有关。分子的极性可用偶极矩μ来衡量（其单位仍为D或C·m），它是分子中各极性共价键键矩的矢量和。像乙炔、二氧化碳这样的线性分子，虽然有极性共价键存在，但其键矩方向相反，极性相等，分子的正负电荷中心能够重叠，故分子的偶极距为零。

若分子的结构不对称，分子中各极性共价键的极性不能相互抵消，则分子的偶极矩不为零，整个分子具有极性，如氯甲烷、氨气；若分子的结构对称，则分子中各极性共价键的极性能相互完全抵消，则分子的偶极矩为零，整个分子不具有极性，如四氯化碳。

表2-4列出了一些常见化合物的偶极距。

2.键的极化（polarization）

非极性共价键或极性共价键在外界电场（试剂、溶剂、极性容器等）的影响下，键的极性会发生改变，产生极性或使极性增加，这种现象称为键的极化。由于共价键极化而形成的键矩称为诱导键矩。例如，在正常情况下，由于键的正负电荷中心重叠，Cl—Cl键无极性，μ=0，但当外电场E+接近它时，因为E+的诱导作用，会引起氯分子的正负电荷中心分离，产生键矩μ。

不同共价键的极化有难有易，其难易程度通常用极化度（polarizability，也称可极化性）来衡量。共价键的极化度越大，表明其越容易受外界电场的影响而发生极化。键的极化度与成键电子的流动性有关，亦即与成键原子的电负性及原子半径有关。一般来说，成键原子的电负性越大，原子半径越小，则原子核对外层电子束缚力越大，电子流动性越小，共价键的极化度就越小，反之，极化度就越大。

键的极化度对分子的反应性能有着重要影响。例如：对于C—X键，其部分特性为：

C—X键的极性：C—F＞C—Cl＞C—Br＞C—I

卤原子价电子的流动性：I＞Br＞Cl＞F

C—X键的极化度：C—I＞C—Br＞C—Cl＞C—F

C—X键的化学活性：C—I＞C—Br＞C—Cl＞C—F

这是因为I的原子半径最大，原子核对核外电子的束缚力最差，电子流动性最大，极化度大，所以C—I最易解离。

键的极化是在外界电场的影响下产生的，是一种暂时现象，当外界电场消失时，键的极化现象也就不存在了。