入門化學線上/化學鍵和命名法
如果我們取兩個或多個原子，並將它們化學結合在一起，使它們現在表現為單一物質，我們就得到了化學化合物。我們將看到，鍵合過程實際上涉及電子從一個原子共享或淨轉移到另一個原子。這兩種鍵合型別是共價鍵，指原子之間共享電子，以及離子鍵，指原子之間電子淨轉移。共價鍵或離子鍵將決定形成的化合物型別。
在第 1 章中，我們利用原子理論來描述氟原子的結構。我們說，中性氟原子在其核中具有九個質子（原子序數為 9），九個電子圍繞原子核（使其呈中性），最常見的同位素在其核中具有十個中子，質量數為 19。此外，我們說這九個電子存在於兩個能級中；第一個能級包含兩個電子，寫成 1s2。第二個能級包含七個電子，分佈為 2s2 2p5。任何原子中最外層電子層被稱為價電子層。對於主族元素（記住，這包括除過渡金屬之外的所有元素），價電子層中的電子數量對應於元素在元素週期表中的族號。第 1A 族元素將具有一個價電子，第 6A 族元素將具有六個價電子，依此類推。氟是第 7A 族元素，具有七個價電子。我們可以使用以美國化學家 G. N. 路易斯命名的路易斯結構（或電子點式結構）來顯示氟的電子構型，路易斯提出了電子層和價電子的概念。在路易斯結構中，價電子層中的電子用圍繞元素原子符號的小“點”表示。等式 1
當價電子層中存在四個以上的電子時，它們在寫路易斯結構時將顯示為對（但從不超過對）。第二週期原子的路易斯結構如圖 3.1所示。當您檢視圖 3.1 中的點式結構時，請理解，只要顯示對，您將電子或電子對放置在符號周圍的位置沒有任何區別，只要存在四個或更多價電子時，就應顯示為對。
如果您檢查圖 3.1 中的氖 (Ne) 的路易斯結構，您將看到價電子層是充滿的；也就是說，價電子層中有八個電子。元素週期表中第 8A 族元素被稱為惰性氣體；它們非常穩定，不會經常與其他元素結合形成化合物（儘管今天，許多含有惰性氣體的化合物是已知的）。現代鍵合理論告訴我們，這種穩定性源於惰性氣體中價電子層完全填充。當價電子層沒有填充滿時，理論認為原子將轉移或與其他原子共享電子以實現填充滿的價電子層……也就是說，惰性氣體的電子構型。因此，化學鍵合可以被看作是原子獲得（或失去）足夠電子的追求，以使它們的價電子層填充滿，即獲得“惰性氣體構型”。這通常被稱為“八隅體規則”；元素想要獲得八個價電子（當然，氦除外，其惰性氣體構型為兩個價電子）。
原子可以透過兩種方法實現惰性氣體構型；從它們的價電子層轉移電子到另一個原子，或者與另一個原子共享電子。如果您檢查鋰 (Li) 的路易斯結構，您將看到它只有一個價電子。如果鋰要轉移這個電子到另一個原子，它將剩下 1s 軌道中的兩個電子（表示為 1s2）。這與氦 (He) 的電子構型相同，因此，透過失去這個電子，鋰獲得了惰性氣體構型。由於電子帶負電荷，失去這個電子使鋰帶有一個正電荷。這就是鋰陽離子，它顯示為 Li+。等式 2
回到氟 (F)，為了獲得氖 (Ne) 的 2s2 2p6 構型，氟需要獲得一個價電子。由於氟獲得了一個電子，它現在帶有一個負電荷。這就是氟陰離子，它顯示為 F-。為了獲得惰性氣體構型而進行的電子轉移過程被稱為離子鍵，我們將在本章後面更詳細地介紹它。等式 3
Sodium and chlorine are both third-period elements. Draw Lewis diagrams for each of these elements.
Examine the solution in Example 3.1; what number of electrons would chlorine have to gain
in order to achieve a “noble gas configuration”? What would be the
charge on chlorine?
Again, examine Example 3.1; what number of electrons would Na have to
lose to obtain the noble gas configuration of Ne with eight
valence electrons? What charge would Na have?
原子獲得填充滿的價電子層的第二種方法是與另一個原子共享價電子。因此，氟原子，帶有一個未配對的價電子，可以與另一個氟原子上的未共享電子共享該電子，形成化合物 F2，其中這兩個共享電子形成化學鍵，將這兩個氟原子結合在一起 (圖 3.2)。當您這樣做時，每個氟原子現在都等效於在價電子層中有八個電子；三個未共享電子對和一個在兩個原子之間共享的電子對。請注意，當您計算電子時，在共價鍵中共享的電子將分別計算在每個原子中。由原子之間共享電子形成的化學鍵稱為共價鍵。當兩個或多個原子透過共價鍵結合在一起時，該化合物被稱為分子。
下面提供了一種簡單的方法，我們可以用來構建雙原子和多原子分子的路易斯結構
首先將分子中的所有價電子加起來。對於 F2，每個氟原子都有七個，總共 14 個價電子。
接下來，繪製您的中心原子。對於像 F2 這樣的雙原子分子，兩個原子都是相同的，但如果存在多個不同的原子，則中心原子將位於元素週期表中左側（或下方）。
接下來，在中心原子周圍繪製其他原子，在原子之間放置兩個電子以形成共價鍵。
將剩餘的價電子作為對分佈在每個外原子周圍，使它們都周圍有八個電子。
將任何剩餘的電子放在中心原子上。
如果中心原子沒有被八個電子包圍，則使用外原子構建多重鍵，直到所有原子都具有完整的八隅體。
如果分子中有奇數個價電子，則將剩餘的單個電子留在中心原子上。
讓我們將這些規則應用於氯氣 Cl2 的路易斯結構。分子中共有 14 個價電子。兩個原子相同，所以我們在它們旁邊繪製它們，並在它們之間放置兩個電子以形成共價鍵。在剩下的 12 個電子中，我們現在將六個放在一個氯原子周圍（以形成八隅體），然後將另外六個放在另一個氯原子周圍（我們的中心原子）。檢查後，我們發現每個原子都被八個價電子包圍，因此我們的結構就完成了 圖 3.3
所有 VIIA 族元素（鹵素）的價電子層都有七個電子，所有常見的鹵素在自然界中都以雙原子分子的形式存在；氟，F2；氯，Cl2；溴，Br2 和碘 I2（砈是第六週期的鹵素，是一種短壽命的放射性元素，其化學性質尚不清楚）。氮和氧分別屬於 VA 族和 VIA 族元素，在自然界中也以雙原子分子的形式存在（N2 和 O2）。讓我們考慮一下**氧氣**；氧有六個價電子（VIA 族元素）。按照我們對氯使用的邏輯，我們畫出兩個原子，在它們之間放置一對電子，剩下 10 個價電子。我們在一側的氧原子周圍放置三對電子，在另一側的氧原子周圍放置剩下的兩對電子（我們的 *中心原子*）。由於我們只有六個價電子包圍第二個氧原子，所以我們必須從另一個氧原子移走一對電子，並在兩個原子之間形成第二個共價鍵（**雙鍵**）。這樣一來，每個原子現在都有八個價電子。 圖 3.4
氮有五個價電子。每個原子共享一個電子，得到第一個中間結構，每個氮原子周圍有六個電子（不夠！）。再共享一對電子，每個氮原子周圍有七個電子，最後共享第三對電子，我們得到一個結構，每個氮原子周圍有八個電子；惰性氣體構型（或“八隅體規則”）。氮氣是一種非常穩定的分子，而且相對不活潑，由一個強**三鍵共價鍵**連線在一起。 圖 3.5
正如我們迄今為止所構建的路易斯結構，我們一直努力在每個元素周圍實現八個電子。然而，在自然界中，“八隅體規則”有許多例外。元素週期表第一行的元素（氫和氦）只能容納 *兩個* 價電子。元素週期表第二行以下的元素可以容納 10、12 甚至 14 個價電子（我們將在下一節中看到一個例子）。最後，在許多情況下，分子以單個不成對電子存在。一個典型的例子是氧氣 (O2)。我們之前已經畫出了氧氣路易斯結構，其中氧-氧雙鍵。然而，對氧氣的物理測量表明，這種鍵合圖景並不完全準確。氧氣 O2 的磁性最符合在 圖 3.6 中所示構型中具有 *兩個不成對* 電子的結構。
在這個路易斯結構中，每個氧原子周圍有 *七* 個電子（而不是八個）。這種電子構型可能解釋了為什麼氧氣是一種 *非常活潑* 的分子（例如，與鐵反應生成鐵鏽）；氧氣分子上的不成對電子很容易與其他元素上的電子相互作用，形成新的化合物。
另一個值得注意的“八隅體規則”的例外是 NO 分子（一氧化氮）。一個氮原子（VA 族）與一個氧原子（VIA 族）結合，形成一個具有 *11* 個價電子的分子。*無法* 將 11 個電子排列起來，而不會留下一個電子不成對。一氧化氮是一種非常活潑的分子（由於其未共享的電子），並且被發現作為一種反應性、短壽命的分子在生物化學中起著至關重要的作用，參與細胞間通訊。 圖 3.7
路易斯結構雖然很有用，但化學家厭倦了畫小點，為了簡化共價鍵的表示，通常在兩個元素之間畫一條短線（**線鍵**）。每當你看到用線鍵連線的原子時，你應該理解，這代表著共價鍵中兩個共享電子。此外，鍵合原子上的 *未共享電子對* 有時會顯示出來，有時會省略（參見圖 3.8）。如果未共享電子對被省略，則讀取結構的化學家應該理解它們的存在。 圖 3.8
如第 3.1 節所述，元素還可以 *轉移* 電子到另一個元素，以實現惰性氣體構型。考慮鈉。鈉 (Na) 屬於 IA 族。其第一能級完全填滿 (1s2)，第二能級也填滿 (2s2 2p6)，第三能級只有一個電子 (3s1)。在能量上，鈉實現八個價電子的最簡單方法是 *轉移* 其價電子到一個受體原子。這將使鈉原子具有與氖相同的電子構型 (1s22s2 2p6)，並滿足“八隅體規則”。因為鈉 *失去* 了一個電子（帶有負電荷），所以鈉原子現在必須帶正電荷。帶有正電荷的原子或共價鍵合的原子群被稱為**陽離子**，鈉陽離子寫為 Na+。 圖 3.9
如果上面的例子中受體原子是氯，那麼第三個價電子層現在將填滿，與氬的電子構型一致。因為氯原子 *接受* 了一個電子（帶有負電荷），所以氯原子現在必須帶負電荷。帶有負電荷的原子或共價鍵合的原子群被稱為**陰離子**，氯陰離子寫為 Cl-。儘管在這個例子中兩個原子之間發生了電子轉移，但*沒有直接的鍵* 將鈉陽離子和氯陰離子連線在一起，除了兩個帶電原子之間簡單的靜電吸引力之外。這是離子鍵和共價鍵原子之間的真正區別；共價分子以特定的幾何形狀連線在一起，這種幾何形狀是由它們共享的電子決定的。離子化合物透過簡單的靜電吸引力結合在一起，除非這些原子存在於有組織的晶體中，否則這種吸引力沒有確定的幾何順序。離子化合物通常被稱為**鹽**。圖 3.10 顯示了一些形成離子鹽的簡單電離示例。表 3.1 使用線鍵簡寫法來顯示一系列常見的含氫化合物和由第二行元素形成的離子。
Hydrogen and oxygen react to form water, H2O. Draw a Lewis diagram for water
using the line-bond shorthand.
Draw the Lewis diagram for the molecules, hydrogen chloride, BrCl, and hydrogen cyanide (HCN).
兩個或多個元素結合形成一個透過共價鍵（分子化合物）穩定的分子的趨勢，可以透過元素週期表中不同元素的位置來簡單預測。在第一章中，我們將元素週期表中的元素分為（看似）任意的分組；金屬、非金屬、半金屬等等（參見 圖 3.11）。這些分組並非隨意，而是主要基於物理性質以及各種元素透過形成離子鍵或共價鍵與其他元素鍵合的趨勢。一般來說，金屬與非金屬或半金屬結合形成的化合物將表現出離子鍵合。僅由非金屬或半金屬與非金屬組成的化合物將表現出共價鍵合，並將被歸類為分子化合物。因此，由鈉和氯形成的化合物將是離子化合物（金屬和非金屬）。一氧化氮 (NO) 將是共價鍵合的分子（兩種非金屬），二氧化矽 (SiO2) 將是共價鍵合的分子（半金屬和非金屬），而 MgCl2 將是離子化合物（金屬和非金屬）。在本章的後面，我們將看到許多共價化合物具有高度 **極化** 的鍵，一個原子周圍的電子密度大於另一個原子。這些化合物通常被描述為具有“離子特性”，這些型別的共價鍵通常可以很容易地斷裂形成離子對。
Determine whether each of the following compounds is likely to exist as a molecule, or as an ionic compound:
a. Hydrogen fluoride; HF.
b. Silicon tetrachloride; SiCl4
c. Elemental sulfur as S8
d. Disodium dioxide; Na2O.
Determine whether each of the following compounds is likely to exist as a molecule, or as an ionic compound:
a. PF3
b. Be3N2
c. AlP
d. CBr4
NaOH 化合物具有廣泛的工業用途，是排水管清潔劑中的活性成分。根據上一節的討論，我們預計 NaOH 是一種離子化合物，因為它含有鈉，一種 IA 族金屬。然而，氫和氧是非金屬，我們預計它們會共價鍵合。這種化合物稱為氫氧化鈉，是金屬離子（鈉）和 *多原子離子*（HO–）之間形成的離子化合物的例子。像 HO– 這樣透過共價鍵結合在一起的帶電原子群被稱為 **多原子離子**。在一個離子化合物中，多原子離子作為一個單元，與其他陽離子或陰離子形成鹽。
使用第 3.2 節中描述的規則，我們可以繪製 HO– 的路易斯結構。氧有六個價電子，氫有一個，總共有七個。我們結構中的中心原子將是氫（它在元素週期表中位於氧的 *左側*）。接下來，因為這是一個帶有單個負電荷的多原子離子，所以我們在中心原子新增額外的電子，配對電子，然後畫出兩個原子鍵合在一起。接下來，將剩餘的六個電子分佈在氧原子周圍，形成八隅體。最後，將多原子離子括在方括號中，並用上標表示電荷，以表明該離子作為一個單元進行行為。
多原子離子在化學中很常見，表 3.2 收集了常見多原子離子的公式和電荷。*至關重要* 的是，你必須記住它們，並且能夠將每個多原子離子的名稱、組成和電荷聯絡起來，因為它們將在本課程的剩餘部分中被隨意討論，你應該在普通化學中瞭解它們。
例 3.4 多原子離子的路易斯結構
為多原子離子 CO32– 構建一個路易斯結構。
解答：氧有六個價電子，碳有四個；因此在 CO32– 中，總共有 22 個價電子，加上 2- 電荷的兩個額外電子。我們結構中的中心原子將是碳（它在元素週期表中位於氧的左側）。接下來，我們畫出碳（我們的中心原子）及其四個電子，並新增來自電荷的兩個額外電子。三個氧原子被放置在碳周圍，電子被排列以形成三個共價鍵。接下來，將剩餘的 18 個電子分佈在氧周圍，使它們都具有完整的八隅體。然而，碳只被六個電子包圍。為了解決這個問題，我們將一個電子對移入形成一個雙鍵到一個氧原子。最後，多原子離子被括號括起來，電荷作為上標。
該離子的結構也可以使用線鍵簡寫來繪製，如下所示
我們需要理解，將電子放置到化合物中特定鍵的過程是構建路易斯圖的人為方面。事實上，電子被新增到多原子離子中，但不可能確切地知道它們去了哪裡。
練習 3.4 繪製多原子離子的路易斯圖。
繪製 NO2- 和 NH4+ 的路易斯圖。
在示例 3.3 中，我們構建了碳酸根陰離子的路易斯圖。我們最終的結構顯示了兩個碳氧單鍵和一個碳氧雙鍵。我們繪製的結構顯示在下面，以及碳酸根陰離子的另外兩種可能的表示。這些結構的區別僅在於碳氧雙鍵的位置。
那麼，哪一個是正確的？實際上，它們都是正確的！這些都是具有恆定幾何形狀的共價結構的“正確”路易斯圖，這些圖的區別僅僅在於我們任意地排列電子的方式。這些路易斯圖被稱為共振形式。對於碳酸根陰離子，可以繪製三種等效的共振形式。需要注意的是，電子不會在原子之間“跳躍”，而是電子均勻地分佈在碳和所有三個氧原子之間，並且每個碳氧鍵的鍵序為 1.33（一個和三分之一共價鍵）。這種結構被稱為共振雜化體（圖 3.14），雖然它最清楚地代表了化合物中的實際鍵合，但當結構被表示為共振雜化體時，往往難以理解鍵合的性質。對共振的全面討論超出了入門文字的範圍，對於像碳酸根陰離子這樣的結構，我們將接受上面顯示的任何適當的共振形式。
如果我們為氫氣分子 (H2) 構建一個路易斯圖，我們將配對每個原子上的單個價電子以形成一個單一的共價鍵。每個氫現在在它的價電子層中將有兩個電子，與氦相同。化學家用來描述共價鍵合的數學方程可以被求解以預測圍繞分子的空間區域，這些區域可能是這些電子被發現的。這些計算的一個特別有用的應用生成一個分子表面，它被顏色編碼以顯示圍繞分子的電子密度。這種型別的分子表面被稱為靜電勢圖，氫氣分子的計算圖如圖 3.15 所示。
當這種型別的計算針對由兩個（或更多）不同原子組成的分子進行時，結果可能截然不同。考慮 HF 分子。氫只有一個價電子，可以與氟（具有七個價電子）共享該電子以形成一個單一的共價鍵。圖 3.16 顯示了 HF 的球棍模型，以及 HF 分子的靜電勢圖。
在這個靜電勢圖中，藍色用於指示低電子密度（相對正電荷），紅色指示高電子密度（相對負電荷）；淺藍色、綠色、黃色和橙色指示不斷增加的電荷梯度。HF 分子顯然非常極性，這意味著在分子長度上存在顯著的電子密度差異。HF 的靜電勢圖與 H2 的靜電勢圖形成顯著對比，H2 的電荷相當對稱（均勻的綠色）。氟化氫 (HF) 可以被描述為一個非常極性的分子，而氫 (H2) 是非極性的。
HF 共價鍵極化的起源與電負性有關，電負性是所有原子的固有屬性。在元素週期表中，原子在與另一個原子鍵合時（如在 HF 中），傾向於將電子吸引到自己身上。傾向於強烈吸引電子的原子具有較高的電負性，相對於傾向於將電子吸引到自己身上的原子，這些原子的電負性較低。現代電負性標度是由萊納斯·鮑林在 1932 年提出的，在鮑林標度中，元素週期表中的原子電負性從銫的 0.8 的低值到氟的 4.0 的最大值不等。元素週期表被修改以顯示電負性趨勢，如圖 3.17 所示。
圖 3.17 元素週期表，被修改以顯示電負性趨勢，從鍅 (0.7) 增加到氟 (4.0)。
在 HF 分子中，氫的電負性為 2.2，氟的電負性為 4.0。這種差異導致了 HF 共價鍵的顯著極化，這在靜電勢圖中很明顯。
共價鍵的極化也發生在更復雜的分子中。在水中，氧的電負性為 3.5；氫為 2.2。因此，每個 H-O 鍵都極化，電子密度更靠近氧。在 H2O 分子中，這種極化的影響在靜電勢圖中變得明顯，如圖 3.18 所示。具有氧的分子末端具有高電子密度，而氫末端則缺電子。我們將在後面的章節中看到，由於電負性差異導致的水的極化，賦予了水特殊的性質，使其能夠溶解離子化合物，並基本上支援我們所知的生命。在有機化學（研究含碳的分子化合物）中，您將認識到有機分子之間相對的反應性很大程度上取決於這些分子中共價鍵的極化。
簡要回到經典的路易斯圖。考慮下面顯示的 SF4 分子的圖。在構建這個圖時，六個價電子被放置在硫周圍，七個價電子被放置在每個氟周圍。當我們試圖將它們配對以形成共價鍵時，我們注意到硫上有“太多”電子！我們顯然不能使用三個電子形成共價鍵，因此我們分裂一對，將單個電子移動到鍵合位置，並與剩餘的兩個氟形成鍵。這“額外的一對”電子就坐在那裡，不直接參與鍵合。
這是一個價層擴充套件的例子。一般來說，元素週期表中第二週期以下的元素（S、Se、Te 等）通常在其價電子層中具有 10-12 個電子。正如在 SF4 中一樣，這些電子不直接參與共價鍵的形成，但它們影響特定分子的整體反應性。
表 3.3 顯示了來自 4A 族 - 8 族元素的價層擴充套件的例子。一般來說，所有包含元素週期表第二行以下元素的分子化合物都能夠發生價層擴充套件，在繪製這些化合物的路易斯圖時，您需要非常小心。正如我們在 3.1 節中為一氧化氮 (NO) 分子看到的那樣，穩定的分子也存在於其中原子沒有被八隅體電子包圍的情況。另一個例子是 BF3 分子，它在下面的例子中顯示。
示例 3.5 BF3 的路易斯圖
構建 BF3 分子的路易斯圖。
解答：硼具有三個價電子，氟具有七個。我們結構中的中心原子將是硼（它在元素週期表中位於氟的左側）。接下來，我們畫出硼（我們的中心原子）及其三個電子，並將三個氟原子放置在硼周圍，電子被排列以形成三個共價鍵。每個氟原子都有完整的八隅體。然而，硼只被六個電子包圍。因此，BF3 中的硼是一個強大的電子受體，與來自其他化合物的電子形成強烈的絡合物。在第 8 章中，我們將看到這種性質被稱為路易斯酸性，而 BF3 是一種非常強大的路易斯酸。
在離子化合物中，陽離子的總電荷數必須等於陰離子的總電荷數；也就是說，該化合物必須是中性的。在第 3.2 節中，我們描述了鈉原子如何向另一個原子捐贈一個電子，從而形成一個在其最外層電子殼層中具有完整八隅體的離子（與 Ne 的電子構型相同）。當這種情況發生時，鈉原子的電荷現在是 1+，因為它在其原子核中有 11 個質子，但只被 10 個電子包圍。同樣，鋰可以失去一個電子形成 Li1+，並留下與 He 相同的電子構型。實際上，所有 1A 族金屬都可以失去一個電子形成 1+ 離子。2A 族元素中的每個元素都可以失去兩個電子形成 2+ 離子並獲得稀有氣體構型。事實上，元素在週期表中所處的族將決定其相應離子的化合價（或電荷）。1A、2A 和 3A 族中的金屬將分別形成帶 1+、2+ 和 3+ 電荷的離子。
主族非金屬可以透過接受來自其他元素的電子輕鬆獲得八隅體的價電子。因此，5A 族元素可以接受三個電子形成 3- 離子，6A 族元素接受兩個電子形成 2- 離子，7A 族元素（鹵素）接受一個電子形成 1- 離子。例如，氧（6A 族）需要接受兩個電子才能獲得氖的電子構型。這使氧總共擁有 10 個電子，但它在其原子核中只有 8 個質子（其原子序數為 8），因此，氧離子具有 2- 的淨電荷（O2-）。
要寫出由主族元素組成的離子化合物的化學式（或含有多原子離子的化合物），你需要調整陰離子和陽離子的比例，以便所得分子在電上呈中性。例如，考慮一種含有鈉和氯的離子化合物。鋰是 1A 族元素，將形成 1+ 離子；氟是 7A 族元素，將形成 1- 離子。當一個鋰與一個氟配對時，或者 LiF，就能實現中性。對於由鈣和氯組成的化合物，2A 族鈣將形成 2+ 離子，而氯將形成 1- 離子。為了實現中性，必須有兩個氯才能與一個鈣配對，化學式必須為 CaCl2。鋁（3A 族）將形成 3+ 離子。如果它與氧（6A 族）配對，氧將形成 2- 離子，中性只能在兩個 Al3+ 離子（總共六個正電荷）與三個 O2- 離子（總共六個負電荷）配對時才能實現。
考慮一種由鈉和多原子離子硫酸根（SO42-）組成的化合物。鈉（1A 族）產生 1+ 陽離子，因此化合物中必須有兩個鈉才能與一個硫酸根（具有 2- 電荷）配對，或者 Na2SO4。對於含有鈣（2A 族）和硝酸根（NO3-）的化合物，每個鈣 2+ 陽離子必須存在兩個硝酸根陰離子。在含有多個多原子離子單元的化合物中，整個離子用括號括起來，並帶有下標表示單元的數量。因此，由鈣和硝酸根組成的化合物將寫成 Ca(NO3)2。
3.10 離子化合物的命名法
[edit | edit source]最簡單的離子化合物由一種型別的陽離子與一種型別的陰離子結合而成。這些化合物的命名很簡單；陽離子先命名，然後是陰離子。如果陰離子是單一元素，則在該元素的根名稱後面新增字尾化物。表 3.4 中顯示了圖 3.19 中的一些常見陰離子。
當你為離子化合物構造名稱時，你不需要使用“倍數”來表示化合物中存在多少個陽離子或陰離子。例如，NaI 的名稱為碘化鈉；Na2S 的名稱為硫化鈉；CaCl2 的名稱為氯化鈣。化學家在閱讀名稱時，應該有足夠的知識，可以根據它們常見的化合價狀態將元素正確地配對。然而，這個簡單的命名法也有一些例外。許多過渡金屬以多種型別的陽離子存在。因此，鐵以 Fe2+ 和 Fe3+ 陽離子存在（它們被稱為“氧化態”，將在第 5 章中詳細討論）。當你為含有鐵的離子化合物命名時，需要指明金屬的氧化態。對於金屬，氧化態與電荷相同。因此，Fe2+ 在與氯化物形成的化合物中，其化學式為 FeCl2，命名為氯化鐵（II），其中氧化態（鐵的電荷）用羅馬數字放在括號中，緊隨陽離子之後。Fe3+ 陽離子與氧配對，其化學式為 Fe2O3，命名為氧化鐵（III）。表 3.5 中顯示了一些具有可變氧化態的常見過渡金屬。
含有多原子離子的離子化合物的命名過程與上面針對簡單離子的描述相同。因此，CaCO3 的名稱為碳酸鈣；Na2SO4 的名稱為硫酸鈉；(NH4)2HPO4（一種含有兩種多原子離子的化合物）的名稱為磷酸氫銨；Pb2+ 與 SO42- 配對，PbSO4 的名稱為硫酸鉛（II）。
例 3.6 離子化合物的命名法
寫出下列每種離子化合物的正確化學式
a. 溴化鈣 b. 氧化鋁
c. 氯化銅（II） d. 氧化鐵（III）
為下列每種離子化合物寫出一個合適的化學名稱
e. Li2S f. CaO
g. NiCl2 h. FeO
解答
a. 鈣為 2+，溴為 1-；CaBr2。
b. 鋁為 3+，氧為 2-；Al2O3。
c. 從給出的氧化態來看，銅為 2+，氯為 1-；CuCl2。
d. 從氧化態來看，鐵為 3+，氧為 2-；Fe2O3。
e. 我們不使用倍數，所以這只是硫化鋰。
f. 這只是氧化鈣。
g. 我們不必為鎳指定氧化態，所以這是氯化鎳。
h. 我們必須指定在這個化合物中鐵為 2+；氧化鐵（II）。
練習 3.6 離子化合物的命名法
寫出下列每種離子化合物的正確化學式
a. 磷化鈉
b. 亞硝酸鐵（II）
c. 磷酸氫鈣
d. 氧化鉻（III）
為下列每種離子化合物寫出一個合適的化學名稱
e. NaBr
f. CuCl2
g. Fe(NO3)3
h. (NH4)3PO4
3.11 分子化合物的命名法
[edit | edit source]簡單的二元分子化合物（僅由兩種元素組成的共價鍵合化合物）的命名法比離子化合物的命名法略微複雜，因為必須使用倍數來表示分子中元素的比例；倍數一僅用於化合物中的第二個元素。使用的倍數如表 3.6 所示。
此外，當你命名一個分子化合物時，你還必須確定哪個元素應該先列出。一般來說，在元素週期表中左邊或下面出現的元素在名稱中先列出。一旦你確定了順序，第二個元素的名稱就使用元素根和化物，就像離子化合物一樣。因此，對於 CCl4，碳在氯的左邊（4A 族vs. 5A 族），所以它先列出。有四個氯，所以使用倍數四，名稱為四氯化碳。含有氫的化合物通常是一個例外，氫在名稱中列為第一個元素。因此，H2S 將使用倍數二來表示有兩個氫，並使用一來表示只有一個硫，或者，二氫一硫化物。
對於分子 SO2；它們都是 6A 族元素，但硫在元素週期表中更低（第 3 行vs. 第 2 行），所以它在名稱中先列出。有兩個氧，所以倍數是二，名稱是二氧化硫。
對於分子 NO；氮在氧的左邊（6A 族vs. 5A 族），所以它在名稱中先列出。有一個氧，所以倍數是一，按照規則，名稱應該是“氮一氧化物”。然而，在這種情況下，名稱中的第二個“o”被省略（為了便於發音），名稱縮短為一氧化氮。將其與氮的另一種氧化物 N2O4 區分開。氮再次先列出，需要倍數二。有四個氧，所以倍數是四，但同樣，倍數也被縮短（同樣，省略了“a”），名稱是四氧化二氮。
例 3.7 分子化合物的命名法
為下列每種分子化合物寫出正確的化學式
a. 一氟化氯 b. 二氫一硫化物
c. 四溴化碳 d. 溴
例 3.7 續
為下列每種分子化合物寫出一個合適的化學名稱
e. IF f. PCl3
g. I2 h. N2F2
解答
a. ClF b. H2S
c. CBr4 d. Br2
e. 一氟化碘 f. 三氯化磷
g. 碘 h. 二氟化二氮
學習要點
[edit | edit source]在共價鍵中，電子在原子之間共享。在離子鍵中，電子從一個原子轉移到另一個原子。僅使用共價鍵形成的化合物稱為分子化合物。
任何原子的最外層電子層被稱為價層。可以使用路易斯圖（或電子點結構）以圖形方式顯示原子價層的電子構型。元素化學符號周圍的“點”的排列方式為，從單個點開始，直到四個電子，然後配對，直到出現八個電子。
為了從單個元素形成離子，需要在價電子層中新增或移除電子，以使價電子層完全填充八個電子（八隅體規則）。離子的電荷反映了新增或移除的電子數量。從主族元素到IIIA族元素，將失去電子形成陽離子，而IVA族到VIIA族元素將獲得電子形成陰離子。
在路易斯結構中，透過將來自兩個不同原子的一對未配對電子配對，形成共價鍵。在“八隅體規則”的範圍內，一對共享電子被視為每個原子的兩個電子。如果需要，可以使用多個共價鍵（雙鍵和三鍵），使每個成鍵原子都具有完整的八隅體（當然，氦和氫除外）。當兩個或多個原子透過共價鍵結合在一起時，該化合物被稱為分子。
一般來說，只要化合物中含有金屬，就會形成離子鍵。在僅含有類金屬或非金屬的化合物中，會觀察到共價鍵。
共價鍵合的類金屬或非金屬的帶電基團稱為多原子離子。常見的例子包括硫酸根二陰離子、硝酸根陰離子、磷酸根三陰離子等。這些多原子離子通常與金屬配對，形成離子化合物。
許多（但並非所有）多原子離子可以用兩種或多種等效的路易斯表示法來表示。這些被稱為離子的共振形式。離子的實際電子結構是這些路易斯結構的組合，被稱為共振雜化體。
元素的電負性是衡量該元素吸引電子朝向自身的趨勢的指標。電負性範圍從0.6到4.0，氟是最電負性元素（值為4.0）。元素週期表的一般趨勢是電負性從左下角（Fr）增加到右上角（F）。
在不同電負性原子之間形成的共價鍵將極化，最電負性原子的周圍將集中最大的電子密度。電負性對分子內電子分佈的影響可以用計算機計算的靜電勢圖來表示，其中顏色用於表示電子密度。
第三週期到第七週期的元素在它們的價電子層中可以容納超過八個電子。這種現象被稱為價電子層膨脹，並且包含這些元素的分子在正確繪製的路易斯結構中可能具有10到14個價電子。八隅體規則的例外情況也存在，其中價電子層包含少於八個電子，或包含未配對的電子。
在命名簡單的二元離子化合物時，首先使用元素名稱命名陽離子，然後命名陰離子，其中在元素的根名後新增字尾化。不使用倍數詞。對於可以呈現多種氧化態（不同的正電荷）的過渡金屬，金屬離子的電荷在名稱中用羅馬數字表示，並用括號括起來，位於元素名稱之後（例如，三氯化鐵）。
在命名簡單的二元分子化合物（僅包含共價鍵的化合物）時，電負性最小的元素（一般）首先命名，然後是第二個元素，其中字尾化再次新增到元素的根名中。在分子化合物中，使用倍數詞來表示每個原子存在的數量（一、二、三、四等），但一除外，它不用於化合物中的第一個元素。