转移一颗电子,得到两个离子
钠遇水会剧烈反应,氯气有毒,可由它们形成的氯化钠却是食盐的主要成分。为什么结果与原来的物质差别这么大?如果只是把两种东西挨着放,我们还没有解释这个变化。要看清发生了什么,得走进原子里,追踪一个很小的粒子:电子。
原子里的质子带正电,电子带负电。数量相等时,正负电荷抵消,原子整体不带电。下面把一个钠原子和一个氯原子并排放好,你可以数一数两边的质子与电子;原子模型里的壳层也会帮助我们找到外层电子。现在让一个电子从钠转移到氯。别急着记住离子电荷:两边分别多了什么、少了什么?再数一次,电荷的来源就能看清了。
带电的原子叫离子。转移后,这里的两个离子带相反电荷,因此相互吸引;这与库仑定律中的异号电荷吸引是一回事,也是理解离子键的起点。不过,一粒盐里远不止两个离子。等这一对的变化清楚了,我们再把视野扩大到晶格,看看它们怎样与周围的邻居相互作用。
01从一个经验规律开始:八隅体规则
许多原子在最外层有八颗电子时,呈现一种常见的稳定排布,称为八隅体规则。这条规律能帮我们猜化合物里各元素的比例,不是原子自己想凑八颗。氢的稳定外层为两颗电子,其他例外也很多。
02正号与负号是怎样来的?
一颗质子带 +e,一颗电子带 −e;中子不带净电荷。正数 e 称为元电荷,也就是一颗质子或一颗电子所带的那一份电荷。把所有电荷相加:质子数与电子数相等时相互抵消,不相等就留下净电荷。净电荷就是(质子数 − 电子数)乘上一份元电荷:少一颗电子,就多一份正电。
- 净电荷
- 所有正电荷与负电荷相加后的总电荷,单位为库仑(C)。
- 质子数
- 质子的个数,每颗贡献 +e。
- 电子数
- 电子的个数,每颗贡献 −e。
- 元电荷
- 一份正的电荷量:。这份电荷很小:10⁻¹⁹ 表示 1 除以 10 的 19 次方,小数点后第 19 位才是第一个 1,写成小数约 0.00000000000000000016 库仑。
Na → Na⁺ + e⁻
失去一颗负电电子,就多出一份正电荷。
Cl + e⁻ → Cl⁻
得到一颗负电电子,就多出一份负电荷。
读懂这些符号
、 分别是质子和电子的数目。 在这个公式中表示电荷单位库仑,不是碳元素。Na⁺ 表示正一个元电荷,而非正一个库仑。
03食盐是晶格,不是一对对孤立的 Na–Cl
离子键是整个固体中异号离子之间的静电吸引。氯化钠晶体内部,每个 Na⁺ 最近邻有六个 Cl⁻,每个 Cl⁻ 最近邻也有六个 Na⁺。旋转这块晶体,找出选中的内部 Na⁺ 周围六条金色连线。
这里讲的是电子与电荷的记账过程,不是钠金属与氯气反应的真实微观路径。转移路线及球体边界均为示意。NaCl 是延展的离子固体;NaCl 表示 1∶1 的离子比例,而非一个独立分子。
