固體材料中的化學(xué)鍵及其特點(diǎn)

關(guān)鍵詞：高分子材料，導(dǎo)電高分子材料，膠粘劑（膠水，接著剤、黏結(jié)劑、粘接劑），TIM材料

材料按狀態(tài)主要有三態(tài):氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。液態(tài)和固態(tài)稱(chēng)為凝聚態(tài)。在凝聚態(tài)下，原子之間距離很短，產(chǎn)生相互作用力，原子之間便結(jié)合在一起，形成了一種結(jié)合鍵。原子結(jié)合鍵是材料的二級(jí)結(jié)構(gòu)。材料的性能很大程度上取決于原子間的結(jié)合力。結(jié)合鍵共有離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵、范德華力和氫鍵等?？珊?jiǎn)單分成二大類(lèi)，結(jié)合力強(qiáng)的結(jié)合鍵叫化學(xué)鍵，或稱(chēng)為一次鍵：如離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵；結(jié)合力弱的結(jié)合鍵叫物理鍵（也有將它們看做弱化學(xué)力的），或稱(chēng)為二次鍵。如范德華鍵和氫鍵，或稱(chēng)為分子鍵。

實(shí)際材料中原子之間的結(jié)合，靠單一鍵力結(jié)合在一起的情況極少，原子間的結(jié)合常常是混合鍵，即化學(xué)鍵中的多種鍵合形式，有時(shí)還有物理鍵。W、Ta、Pb等一些金屬原子凝聚成固體時(shí)，其鍵合方式是金屬鍵和共價(jià)鍵的混合方式。氧化物陶瓷材料除離子鍵外，也含有相當(dāng)數(shù)量的共價(jià)鍵。

↓↓四大類(lèi)材料及其化學(xué)鍵

什么是化學(xué)鍵？

一

概念

化學(xué)鍵（chemical bond）是純凈物分子內(nèi)或晶體內(nèi)相鄰兩個(gè)或多個(gè)原子（或離子）間強(qiáng)烈的相互作用力的統(tǒng)稱(chēng)。使離子相結(jié)合或原子相結(jié)合的作用力通稱(chēng)為化學(xué)鍵。

離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵各自有不同的成因，離子鍵是通過(guò)原子間電子轉(zhuǎn)移，形成正負(fù)離子，由靜電作用形成的。共價(jià)鍵的成因較為復(fù)雜，路易斯理論認(rèn)為，共價(jià)鍵是通過(guò)原子間共用一對(duì)或多對(duì)電子形成的，其他的解釋還有價(jià)鍵理論，價(jià)層電子互斥理論，分子軌道理論和雜化軌道理論等。金屬鍵是一種改性的共價(jià)鍵，它是由多個(gè)原子共用一些自由流動(dòng)的電子形成的。

在一個(gè)水分子中2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子就是通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合成水分子。由于原子核帶正電，電子帶負(fù)電，所以我們可以說(shuō)，所有的化學(xué)鍵都是由兩個(gè)或多個(gè)原子核對(duì)電子同時(shí)吸引的結(jié)果所形成?；瘜W(xué)鍵有3種類(lèi)型 ，即離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵（氫鍵不是化學(xué)鍵，它是分子間力的一種）。

離子鍵

原子相互得失電子，形成離子鍵的過(guò)程

二

化學(xué)鍵的介紹和分類(lèi)

離子鍵亦有強(qiáng)弱之分。其強(qiáng)弱影響該離子化合物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和溶解性等性質(zhì)。離子鍵越強(qiáng)，其熔點(diǎn)越高。離子半徑越小或所帶電荷越多，陰、陽(yáng)離子間的作用就越強(qiáng)。例如鈉離子的微粒半徑比鉀離子的微粒半徑小，則氯化鈉NaCl中的離子鍵較氯化鉀KCl中的離子鍵強(qiáng)，所以氯化鈉的熔點(diǎn)比氯化鉀的高。

定義：離子鍵是由正負(fù)離子之間通過(guò)靜電作用而形成的，正負(fù)離子為球形或者近似球形，電荷球形對(duì)稱(chēng)分布，那么離子鍵就可以在各個(gè)方向上發(fā)生靜電作用，因此是沒(méi)有方向性的。

離子鍵概念：帶相反電荷離子之間的相互作用稱(chēng)為離子鍵。

成鍵微粒：陰離子、陽(yáng)離子。

成鍵本質(zhì)：靜電作用。靜電作用包括陰、陽(yáng)離子間的靜電吸引作用和電子與電子之間、原子核與原子核之間的靜電排斥作用。（一吸，兩斥）

成鍵原因：①原子相互得失電子形成穩(wěn)定的陰、陽(yáng)離子。②離子間吸引與排斥處于平衡狀態(tài)。③體系的總能量降低。

存在范圍：離子鍵存在于大多數(shù)強(qiáng)堿、鹽及金屬氧化物中。

一個(gè)離子可以同時(shí)與多個(gè)帶相反電荷的離子互相吸引成鍵，雖然在離子晶體中，一個(gè)離子只能與幾個(gè)帶相反電荷的離子直接作用（如NaCl中Na+可以與6個(gè)Cl-直接作用），但是這是由于空間因素造成的。在距離較遠(yuǎn)的地方，同樣有比較弱的作用存在，因此是沒(méi)有飽和性的。化學(xué)鍵的概念是在總結(jié)長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來(lái)的，用來(lái)概括觀察到的大量化學(xué)事實(shí)，特別是用來(lái)說(shuō)明原子為何以一定的比例結(jié)合成具有確定幾何形狀的、相對(duì)穩(wěn)定和相對(duì)獨(dú)立的、性質(zhì)與其組成原子完全不同的分子。開(kāi)始時(shí)，人們?cè)谙嗷ソY(jié)合的兩個(gè)原子之間畫(huà)一根短線(xiàn)作為化學(xué)鍵的符號(hào) ；電子發(fā)現(xiàn)以后 ，1916年G.N.路易斯提出通過(guò)填滿(mǎn)電子穩(wěn)定殼層形成離子和離子鍵或者通過(guò)兩個(gè)原子共有一對(duì)電子形成共價(jià)鍵的概念，建立化學(xué)鍵的電子理論。

量子理論建立以后，1927年 W.H.海特勒和F.W.倫敦通過(guò)氫分子的量子力學(xué)處理，說(shuō)明了氫分子穩(wěn)定存在的原因 ，原則上闡明了化學(xué)鍵的本質(zhì)。通過(guò)以后許多人 ，特別是L.C.鮑林和R.S.馬利肯的工作，化學(xué)鍵的理論解釋已日趨完善。

化學(xué)鍵在本質(zhì)上是電性的，原子在形成分子時(shí)，外層電子發(fā)生了重新分布（轉(zhuǎn)移、共用、偏移等），從而產(chǎn)生了正、負(fù)電性間的強(qiáng)烈作用力。但這種電性作用的方式和程度有所不同，所以又可將化學(xué)鍵分為離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵等。離子鍵是原子得失電子后生成的陰陽(yáng)離子之間靠靜電作用而形成的化學(xué)鍵。離子鍵的本質(zhì)是靜電作用。由于靜電引力沒(méi)有方向性，陰陽(yáng)離子之間的作用可在任何方向上，離子鍵沒(méi)有方向性。只要條件允許，陽(yáng)離子周?chē)梢员M可能多的吸引陰離子，反之亦然，離子鍵沒(méi)有飽和性。不同的陰離子和陽(yáng)離子的半徑、電性不同，所形成的晶體空間點(diǎn)陣并不相同。

共價(jià)鍵

1.共價(jià)鍵（Covalent Bond）是原子間通過(guò)共用電子對(duì)（電子云重疊）而形成的相互作用。形成重疊電子云的電子在所有成鍵的原子周?chē)\(yùn)動(dòng)。一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子，便可以和幾個(gè)自旋方向相反的電子配對(duì)成鍵，共價(jià)鍵飽和性的產(chǎn)生是由于電子云重疊（電子配對(duì)）時(shí)仍然遵循泡利不相容原理。電子云重疊只能在一定的方向上發(fā)生重疊，而不能隨意發(fā)生重疊。共價(jià)鍵方向性的產(chǎn)生是由于形成共價(jià)鍵時(shí)，電子云重疊的區(qū)域越大，形成的共價(jià)鍵越穩(wěn)定，所以，形成共價(jià)鍵時(shí)總是沿著電子云重疊程度最大的方向形成（這就是最大重疊原理）。共價(jià)鍵有飽和性和方向性。

2.原子通過(guò)共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵后，體系總能量降低。

共價(jià)鍵的形成是成鍵電子的原子軌道發(fā)生重疊，并且要使共價(jià)鍵穩(wěn)定，必須重疊部分最大。由于除了s軌道之外，其他軌道都有一定伸展方向，因此成鍵時(shí)除了s-s的σ鍵（如H2）在任何方向都能最大重疊外，其他軌道所成的鍵都只有沿著一定方向才能達(dá)到最大重疊。共價(jià)鍵的分類(lèi)

共價(jià)鍵有不同的分類(lèi)方法。

（1） 按共用電子對(duì)的數(shù)目分，有單鍵（Cl—Cl）、雙鍵（C=C）、三鍵（N≡N，C≡C）等。

（2） 按共用電子對(duì)是否偏移分類(lèi)，有極性鍵（H—Cl）和非極性鍵（Cl—Cl）。

（3） 按提供電子對(duì)的方式分類(lèi)，有正常的共價(jià)鍵和配位鍵（共用電子對(duì)由一方提供，另一方提供空軌道。

如銨根離子中的N—H鍵中有一個(gè)屬于配位鍵）。

（4） 按電子云重疊方式分，有σ鍵（電子云沿鍵軸方向，以“頭碰頭”方式成鍵。如C—C。）和π鍵（電子云沿鍵軸兩側(cè)方向，以“肩并肩”方向成鍵。如C=C中鍵能較小的鍵.C=C中有一個(gè)σ鍵與一個(gè)π鍵。）等

3.舊理論：共價(jià)鍵形成的條件是原子中必須有成單電子，自旋方向必須相反，由于一個(gè)原子的一個(gè)成單電子只能與另一個(gè)成單電子配對(duì)，因此共價(jià)鍵有飽和性。如H原子與Cl原子形成HCl分子后，不能再與另外一個(gè)Cl形成HCl2了。

4.新理論：共價(jià)鍵形成時(shí)，成鍵電子所在的原子軌道發(fā)生重疊并分裂，成鍵電子填入能量較低的軌道即成鍵軌道。如果還有其他的原子參與成鍵的話(huà)，其所提供的電子將會(huì)填入能量較高的反鍵軌道，形成的分子也將不穩(wěn)定。像HCl這樣的共用電子對(duì)形成分子的化合物叫做共價(jià)化合物。

化合物分類(lèi)

1．離子化合物：由陽(yáng)離子和陰離子構(gòu)成的化合物。

大部分鹽（包括所有銨鹽），強(qiáng)堿，大部分金屬氧化物，金屬氫化物。活潑的金屬元素與活潑非金屬元素形成的化合物中不一定都是以離子鍵結(jié)合的，如AICI3、FeCl3、BeCl2等不是通過(guò)離子鍵結(jié)合的。非金屬元素之間也可形成離子化合物，如銨鹽都是離子化合物。

2．共價(jià)化合物：主要以共價(jià)鍵結(jié)合形成的化合物，叫做共價(jià)化合物。

非金屬氧化物，酸，弱堿，少部分鹽，非金屬氫化物。

3．在離子化合物中一定含有離子鍵，可能含有共價(jià)鍵。在共價(jià)化合物中一定不存在離子鍵。

金屬鍵

1.概述：化學(xué)鍵的一種，主要在金屬中存在。由自由電子及排列成晶格狀的金屬離子之間的靜電吸引力組合而成。由于電子的自由運(yùn)動(dòng)，金屬鍵沒(méi)有固定的方向，因而是非極性鍵。金屬鍵有金屬的很多特性。例如一般金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)隨金屬鍵的強(qiáng)度而升高。其強(qiáng)弱通常與金屬離子半徑成逆相關(guān)，與金屬內(nèi)部自由電子密度成正相關(guān)（便可粗略看成與原子外圍電子數(shù)成正相關(guān)）。

2.改性共價(jià)鍵理論：在金屬晶體中，自由電子作穿梭運(yùn)動(dòng)，它不專(zhuān)屬于某個(gè)金屬離子而為整個(gè)金屬晶體所共有。這些自由電子與全部金屬離子相互作用，從而形成某種結(jié)合，這種作用稱(chēng)為金屬鍵。由于金屬只有少數(shù)價(jià)電子能用于成鍵，金屬在形成晶體時(shí)，傾向于構(gòu)成極為緊密的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)原子都有盡可能多的相鄰原子(金屬晶體一般都具有高配位數(shù)和緊密堆積結(jié)構(gòu))，這樣，電子能級(jí)可以得到盡可能多的重疊，從而形成金屬鍵。上述假設(shè)模型叫做金屬的自由電子模型，稱(chēng)為改性共價(jià)鍵理論。這一理論是1900年德魯?shù)?drude)等人為解釋金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能所提出的一種假設(shè)。這種理論先后經(jīng)過(guò)洛倫茨(Lorentz,1904)和佐默費(fèi)爾德(Sommerfeld,1928)等人的改進(jìn)和發(fā)展，對(duì)金屬的許多重要性質(zhì)都給予了一定的解釋。但是，由于金屬的自由電子模型過(guò)于簡(jiǎn)單化，不能解釋金屬晶體為什么有結(jié)合力，也不能解釋金屬晶體為什么有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分。隨著科學(xué)和生產(chǎn)的發(fā)展，主要是量子理論的發(fā)展，建立了能帶理論。

定域鍵

只存在于兩個(gè)原子之間的共價(jià)鍵。只包含定域鍵的多原子分子可以看成是由相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)原子之間的化學(xué)鍵把原子連接起來(lái)形成的，這是忽略了相鄰化學(xué)鍵的影響，而把描述雙原子分子中化學(xué)鍵的方法用到多原子分子的定域鍵上。如乙烯中有一個(gè)C-C和四個(gè)C-H σ鍵、一個(gè)C-Cπ鍵。定域鍵具有比較恒定的鍵性質(zhì)。例如一定類(lèi)型定域鍵的鍵長(zhǎng)、鍵偶極矩、鍵極化度、鍵力常數(shù)、鍵能等在不同分子中近似保持不變。因此，分子的有關(guān)廣延性質(zhì)可近似表示為相應(yīng)的鍵性質(zhì)之和。定域鍵的這種特點(diǎn)在化學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用，例如從鍵能計(jì)算分子的原子化能近似值。這種模型較好地反映了由鍵上電子云所確定的分子性質(zhì)如鍵能、鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵偶極、鍵極化度等。這種圍繞兩個(gè)原子的分子軌道成為定域軌道。

極性鍵

在化合物分子中，不同種原子形成的共價(jià)鍵，由于兩個(gè)原子吸引電子的能力不同，共用電子對(duì)必然偏向吸引電子能力較強(qiáng)的原子一方，因而吸引電子能力較弱的原子一方相對(duì)的顯正電性。這樣的共價(jià)鍵叫做極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)極性鍵。

舉例：HCl分子中的H-Cl鍵屬于極性鍵

有一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷極性鍵與非極性鍵的方法，比較形成該化合物中各原子的原子量，一般來(lái)說(shuō)，相對(duì)原子質(zhì)量越大的原子吸引電子能力更強(qiáng)。但是要注意，有極性鍵構(gòu)成的化合物，不一定是極性化合物，例如甲烷，它就是有極性鍵的非極性分子（原因是正負(fù)電荷中心重合）。

非極性鍵

由同種元素的原子間形成的共價(jià)鍵，叫做非極性共價(jià)鍵。同種原子吸引共用電子對(duì)的能力相等，成鍵電子對(duì)勻稱(chēng)地分布在兩核之間，不偏向任何一個(gè)原子，成鍵的原子都不顯電性。非極性鍵可存在于單質(zhì)分子中（如H2中H—H鍵、O2中O=O鍵、N2中N≡N鍵），也可以存在于化合物分子中（如C2H2中的C—C鍵）。非極性鍵的鍵偶極矩為0。以非極性鍵結(jié)合形成的分子都是非極性分子。存在于非極性分子中的鍵并非都是非極性鍵，如果一個(gè)多原子分子在空間結(jié)構(gòu)上的正電荷幾何中心和負(fù)電荷幾何中心重合，那么即使它由極性鍵組成，那么它也是非極性分子。由非極性鍵結(jié)合形成的晶體可以是原子晶體，也可以是混合型晶體或分子晶體。例如，碳單質(zhì)有三類(lèi)同素異形體：依靠C—C非極性鍵可以形成正四面體骨架型金剛石（原子晶體）、層型石墨（混合型晶體），也可以形成球型碳分子富勒烯C60（分子晶體）。

舉例：Cl2分子中的Cl-Cl鍵屬于非極性鍵

配位鍵

又稱(chēng)配位共價(jià)鍵，是一種特殊的共價(jià)鍵。當(dāng)共價(jià)鍵中共用的電子對(duì)是由其中一原子獨(dú)自供應(yīng)時(shí)，就稱(chēng)配位鍵。配位鍵形成后，就與一般共價(jià)鍵無(wú)異。成鍵的兩原子間共享的兩個(gè)電子不是由兩原子各提供一個(gè)，而是來(lái)自一個(gè)原子。例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片式中→表示配位鍵。在F和B之間的一對(duì)電子來(lái)自N原子上的孤對(duì)電子。

五大類(lèi)原子結(jié)合鍵

一

金屬鍵：價(jià)電子離域共享

電子海模型：正原子核被離域電子海（藍(lán)點(diǎn)）包圍

電子屬于整個(gè)“金屬大分子”所共有，不再屬于哪個(gè)原子（電子是離域的）

金屬與其他固體的區(qū)別是金屬中的電子會(huì)對(duì)外加電場(chǎng)、熱梯度以及入射光產(chǎn)生響應(yīng)。這使得金屬具有高的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和光學(xué)反射率。金屬具有正電阻率溫度系數(shù)，因此，金屬在溫度上升時(shí)，它的電導(dǎo)性變差。低濃度雜質(zhì)合金化以后，純金屬的電導(dǎo)率總是下降。如上兩種情況對(duì)電導(dǎo)率影響的原因是增加了電子的散射，這一作用降低了外加電場(chǎng)方向上電子運(yùn)動(dòng)的凈分量。還有一個(gè)很有趣的現(xiàn)象，金屬薄膜與塊體之間的電學(xué)特性差別很小~~以薄膜形式出現(xiàn)的金屬薄膜應(yīng)用的例子包括集成電路中的觸點(diǎn)和互連線(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的鐵磁合金。金屬膜也可用于反射鏡、光學(xué)系統(tǒng)，以及封裝材料的裝飾與防護(hù)涂層和各種元件中。

二

共價(jià)鍵：價(jià)電子局域共享

現(xiàn)代電子學(xué)中，重要的半導(dǎo)體材料：硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)，它們組合成晶體靠共價(jià)鍵結(jié)合

三

離子鍵：價(jià)電子轉(zhuǎn)移

TIPS：離子鍵和共價(jià)鍵沒(méi)有明顯的界限

不過(guò)非常值得我們注意的一件事是“離子鍵和共價(jià)鍵沒(méi)有明顯的界限”，如上的討論是一種簡(jiǎn)化了的模型，實(shí)際上任何所謂的極性共價(jià)鍵都含有離子鍵成分，不存在純粹絕對(duì)的離子鍵，任何離子鍵都含有原子軌道重疊的成分（即共價(jià)鍵成分）。

不論是離子鍵還是共價(jià)鍵，均利用的是電子進(jìn)行成鍵不同的是，離子鍵中，以靜電力作為支撐通常沒(méi)有方向性。而共價(jià)鍵來(lái)源于共用電子對(duì)，具有方向性。電子是一團(tuán)波是一個(gè)概率波，他不是一個(gè)單純的粒子。在空間中以的位置不是固定的，而是存在概率分布。對(duì)于共價(jià)鍵來(lái)說(shuō)，電子集中分布在兩原子中間。這是有利于能量降低的。然而不可忽視的是，對(duì)于共價(jià)鍵，電子依然有概率完全集中在其中的一個(gè)原子上而形成離子。這只是一個(gè)概率問(wèn)題。純粹的共價(jià)鍵一般來(lái)說(shuō)認(rèn)為是同原子分子，且沒(méi)有極性的那種。其電子云密度集中分布在兩原子之間?；旧蠜](méi)有離子性。（實(shí)際上還是有，但是概率極低完全可以忽略）回到離子鍵上，雖然陰陽(yáng)離子之間具有能壘，但是依然存在這么一個(gè)概率使得電子形成共用電子對(duì)成為共價(jià)鍵。電負(fù)性相差越大的陰陽(yáng)離子其能壘越高，越不容易形成共價(jià)鍵，所以共價(jià)成分越低。例如：離子化合物氯化鈉晶體中的化學(xué)鍵含有71%的離子鍵成分和29%的共價(jià)鍵成分；而我們大名鼎鼎的強(qiáng)共價(jià)鍵化合物碳化硅，其共價(jià)鍵成分可達(dá)88%。

四

范德瓦爾茲鍵（范德華力）：分子間的引力

物理鍵（范德華力及氫鍵）是由分子之間的靜電引力而產(chǎn)生的力，稱(chēng)為分子鍵。在物理鍵形成過(guò)程中，并沒(méi)有發(fā)生電子得失、電子共有和電子公有化，它是由于分子中電子分布不均勻而引起的分子間引力的結(jié)合。范德華鍵的特點(diǎn)是由分子間偶極吸引力所形成的物理鍵，其鍵力遠(yuǎn)小于化學(xué)鍵，故鍵合力弱，熔點(diǎn)低，硬度低，材料穩(wěn)定性差，易變形。范德華鍵是分子間偶極距所產(chǎn)生的靜電吸力將兩個(gè)分子結(jié)合在一起的力。范德華力是分子間力，由三種力組成：取向力（dipoleforce）、誘導(dǎo)力（inductionforce）和色散力（dispersionforce）。

熔沸點(diǎn)：對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，物質(zhì)的熔沸點(diǎn)越高（除H2O、HF、NH3）。例如：烷烴（CnH2n+2）的熔沸點(diǎn)隨著其相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加，也是由于烷烴分子之間的范德華力增加所造成的。

溶解度：溶劑與溶質(zhì)分子間力越大，溶質(zhì)的溶解度越大。例如：273K，101kPa時(shí)，氧氣在水中的溶解量（0.049cm³·L^-1）比氮?dú)獾娜芙饬浚?.024cm³·L^-1）大，就是因?yàn)镺₂與水分子之間的作用力比N₂與水分子之間的作用力大所導(dǎo)致的。在二維層狀材料領(lǐng)域，層內(nèi)以強(qiáng)的共價(jià)鍵或離子鍵結(jié)合而成，而層與層之間依靠弱的范德華力堆疊在一起的一類(lèi)新型材料。由于層間弱的相互作用力，在外力的作用下，層與層很容易相互剝離，從而可以形成二維層狀材料。最典型的例子就是石墨烯。

五

氫鍵

例如：二個(gè)水分子間的氫鍵力

氫鍵雖然是一種弱鍵，但由于它的存在，物質(zhì)的性質(zhì)出現(xiàn)了反?，F(xiàn)象，在形狀結(jié)構(gòu)等方面受到了很大的影響。氫鍵由于廣泛存在與化合物中，因此在研究化合物的性能時(shí)，氫鍵起著重要的作用。氫鍵的鍵能介于共價(jià)鍵和范德華力之間，其鍵能小，形成或破壞所需的活化能也小，加上形成氫鍵的結(jié)構(gòu)條件比較靈活，特別容易在常溫下引起反應(yīng)和變化，故氫鍵是影響化合物性質(zhì)的一個(gè)重要因素。

氫鍵在材料領(lǐng)域中應(yīng)用：液晶材料領(lǐng)域是氫鍵應(yīng)用研究較早較多的領(lǐng)域。分子間氫鍵具有良好的熱穩(wěn)定性，既能使不具有液晶行為的質(zhì)子給體和受體形成的氫鍵復(fù)合物呈現(xiàn)液晶性，也可改變?cè)|(zhì)子給體和受體的液晶行為。雖然氫鍵鍵能較弱，給其復(fù)合物穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響，但它的適當(dāng)弱化，反而使得氫鍵液晶高分子具有獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，尤其是對(duì)溫度的變化具有可逆響應(yīng)性能，為其在感應(yīng)材料制備方面的應(yīng)用提供了廣闊的空間。氫鍵的動(dòng)態(tài)可逆特性，基于氫鍵相互作用的超分子液晶體系具有信息儲(chǔ)存功能、質(zhì)量或電荷傳輸性以及分子傳感等諸多動(dòng)態(tài)特性。

結(jié)合能與材料性能

共價(jià)鍵、離子鍵的鍵能大，金屬鍵的鍵能次之;范德華鍵的鍵能最小，遠(yuǎn)小于三種化學(xué)鍵的結(jié)合能。

不同結(jié)合鍵能的大小

一

熔點(diǎn)

熔點(diǎn)與鍵能有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。離子鍵和共價(jià)鍵的化合物熔點(diǎn)高，其中純共價(jià)鍵的金剛石具有最高的熔點(diǎn)；某些金屬如W、Ta等也存在相當(dāng)部分的共價(jià)鍵，故熔點(diǎn)高；普通金屬材料的熔點(diǎn)相對(duì)較低。離子鍵結(jié)合能大，故陶瓷材料比金屬材料具有更高的熱穩(wěn)定性，耐高溫性好。物理鍵結(jié)合的材料熔點(diǎn)較小，如線(xiàn)性高分子材料，因有大量的物理鍵，其熔點(diǎn)很低，耐熱性較差。

聚氯乙烯（PVC）大分子鏈之間的氫鍵力

二

密度

材料的密度與結(jié)合鍵類(lèi)型關(guān)系密切。金屬材料如Pb、Ag、Cu等元素的密度高，這是因?yàn)椋阂皇墙饘僭淤|(zhì)量大；二是金屬鍵的結(jié)合方式?jīng)]有方向性，原子趨于緊密排列，得到簡(jiǎn)單的原子排列形態(tài)。離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合的原子，相鄰原子的個(gè)數(shù)受到共價(jià)鍵數(shù)目的限制，離子鍵結(jié)合還要滿(mǎn)足正、負(fù)離子間電荷之間的平衡，原子不可能緊密堆積，而且存在空洞缺陷，故陶瓷材料密度小。高分子材料的組成元素主要是C、H，質(zhì)量小，且分子鏈間是物理鍵結(jié)合，堆積不緊密，密度就更小。

三

導(dǎo)電、導(dǎo)熱性

金屬鍵有大量自由電子的運(yùn)動(dòng)和離子的振動(dòng)，使金屬材料具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。陶瓷材料和高分子材料由于無(wú)自由電子存在，固態(tài)下基本不導(dǎo)電，成為一種絕緣材料。