- 三种化学键维系物质结构：离子键（电子转移，带电离子）、共价键（共用电子对）和金属键（离域电子）。
- 结构取决于成键方式：巨型离子晶格、小分子、聚合物、巨型共价网络结构和金属晶格 — 每种结构均可预测其熔点和导电性。
- 碳的多种形态：金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯；纳米粒子（仅限化学范畴）将表面积转化为特殊性质。
键合、物质结构与性质
AQA · GCSE · 化学 · 知识点 2
2.1
键合、物质结构与性质
词汇
训练
| English | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| ionic bond/aɪˈɒnɪk bɒnd/ | 离子键 | lí zi jiàn |
| covalent bond/ˈkəʊvələnt bɒnd/ | 共价键 | gòng jià jiàn |
| metallic bond/məˈtælɪk bɒnd/ | 金属键 | jīn shǔ jiàn |
| delocalised electron/dɪˈlɒkəlaɪzd ɪˈlektrɒn/ | 游离电子 | yóu lí diàn zi |
| intermolecular force/ˌɪntəməˈlekjʊlə fɔːs/ | 分子间作用力 | fèn zǐ jiàn zuò yòng lì |
| giant covalent structure/ˈdʒaɪənt ˈkəʊvələnt ˈstrʌktʃə/ | 巨型共价结构 | jù xíng gòng jià jié gòu |
| fullerene/ˈfʊləren/ | 富勒烯 | fù lēi xī |
| carbon nanotube/ˈkɑːbən ˌnænəʊˈtjuːb/ | 碳纳米管 | tàn nà mǐ guǎn |
| nanoparticle/ˌnænəʊˈpɑːtɪkl/ | 纳米颗粒 | nà mǐ kē lì |
| alloy/ˈælɔɪ/ | 合金 | hé jīn |
2.1
离子键、共价键和金属键（4.2.1.1–4.2.1.5）
教学大纲
离子键、共价键和金属键（AQA 8462 陈述 4.2.1.1-4.2.1.5）。
- 从电子和静电作用的角度解释三种化学键类型。
- 绘制电子转移及八种指定分子的点叉图。
- 根据族序数和晶格模型推断离子电荷及最简式；说明模型的局限性。
来源：Cambridge International 教学大纲
三种强化学键，均通过静电力解释：
- 离子键 — 金属原子将最外层电子转移给非金属原子：金属原子失去电子成为正离子；非金属原子获得电子成为负离子；第1/2族金属和第6/7族非金属形成的离子具有稀有气体的电子结构。用电子点叉图绘制电子转移过程；根据族序数推断离子电荷（第1族 → +1，第2族 → +2，第6族 → −2，第7族 → −1）。
- 共价键 — 非金属原子共用电子对。掌握H₂, Cl₂, O₂, N₂, HCl, H₂O, NH₃, CH₄的电子点叉图，以及小分子、聚合物重复单元和巨型共价结构的线条表示法。
- 金属键 — 由金属原子构成的巨型晶格中含有离域最外层电子，这些电子可在整个结构中自由移动；这种电子的共享形成了强韧的金属键。
了解模型的局限性：电子点叉图、球棍模型、2D和3D示意图均有简化 — 未显示作用力、键长固定、巨型结构仅画出小部分片段。根据晶格模型推导实验式；根据分子图推导分子式。
2.2
键合、结构与性质（4.2.2.1–4.2.2.7）
教学大纲
化学键、结构与性质（AQA 8462 陈述 4.2.2.1-4.2.2.8）。
- 将物态及状态符号与粒子理论联系起来，并指出其（HT）局限性。
- 解释离子化合物、小分子、聚合物和金属的熔点与导电性。
- 解释为何合金比纯金属硬度更大。
来源：Cambridge International 教学大纲
物质状态：固态、液态、气态；在熔点处发生熔化/凝固，在沸点处发生沸腾/冷凝。微粒理论（微小实心球体）解释了这些变化；微粒间作用力越强，熔点和沸点越高。（高阶内容）简单模型的局限性：未显示作用力、所有微粒均为球体、固体微粒形状单一。状态符号：(s), (l), (g), (aq)。
| 结构 | 键合/作用力 | 熔点 | 是否导电？ |
|---|---|---|---|
| 离子晶格 | 各个方向上的强静电引力 | 高 | 仅在熔融或溶解时 — 离子可自由移动 |
| 小分子 | 分子内部有强共价键，分子之间有弱分子间作用力 | 低 — 仅克服微弱的分子间作用力 | 否 — 无整体电荷 |
| 聚合物 | 强共价链，较强的分子间作用力 | 室温下为固体 | 否 |
| 巨型共价结构 | 每个原子均以共价键结合 | 非常高 | 通常不导电（石墨除外） |
| 金属 | 金属键 — 离域电子 | 大多较高 | 是 — 离域电子携带电荷（及热量） |
分子越大 → 分子间作用力越强 → 熔/沸点越高。合金比纯金属更硬，因为不同大小的原子使层发生扭曲，阻碍其滑动。
2.3
碳的结构与键合（4.2.3.1–4.2.3.3）
教学大纲
碳的结构与化学键（AQA 8462 陈述 4.2.3.1-4.2.3.3）。
- 从四键巨型结构角度解释金刚石的性质。
- 从三键、层状结构及离域电子角度解释石墨的性质。
- 描述石墨烯和富勒烯，包括碳纳米管及其应用。
来源：Cambridge International 教学大纲
- 金刚石 — 一种在每种碳原子均形成四个共价键的巨型共价结构：极硬，熔点极高，不导电。
- 石墨 — 每种碳原子形成三个键，六元环层状结构且层间无共价键（质软、滑腻 — 作润滑剂）；每个原子有一个离域电子 → 像金属一样导电。
- 石墨烯 — 单层石墨：仅一个原子厚，强度大，导电 — 用于电子和复合材料。
- 富勒烯 — 由碳六边形（加5-或7-元环）构成的空心分子；巴克敏斯特富勒烯 C₆₀ 呈球形。碳纳米管 — 具有极大长径比的圆柱形富勒烯：用于纳米技术、电子学和材料科学。
2.4
宏观与表面性质，包括纳米粒子——仅限化学（4.2.4）
教学大纲
宏观与表面性质，包括纳米粒子，仅限化学内容（AQA 8462 陈述 4.2.4）。
- 比较纳米粒子、细粒子和粗粒子的粒径范围。
- 应用表面积与体积之比为10的规则计算立方体相关数据。
- 解释纳米粒子与宏观材料的区别、用途及相关担忧。
来源：Cambridge International 教学大纲
纳米科学 = 结构尺寸1–100 nm（数百个原子）。纳米颗粒比细颗粒（PM2.5, 100–2500 nm）更小，细颗粒又比粗颗粒/粉尘（PM10, 1 × 10⁻⁵–2.5 × 10⁻⁶ m）更小。
表面积 : 体积：当立方体边长**减小10×**时，SA:V 增加10×。由于此高比值，纳米颗粒的性质可能与块体材料不同 — 用作催化剂（用量更少即可）、药物递送、化妆品、电子产品。关注点：其在体内及环境中的影响尚不完全清楚。
2.4
Checklist before you call this topic done
- 从电子和静电引力角度解释三种化学键；根据族序数确定离子电荷。
- 八种指定分子的点叉图；列举模型局限性。
- 凭记忆重建上述性质表 — 指出熔化时需克服哪些作用力。
- 金刚石、石墨、石墨烯与富勒烯的对比，键合方式与性质的关系。
- （化学）SA:V 的10倍规则；三种粒径范围及纳米颗粒的用途与关注点。