摘要：笔者对共价键具有饱和性、方向性和极性的原因进行了深入探讨，使读者对于共价键的认识更加深刻，对于教师可以作为很好的教学参考。
关键词：共价键 方向性 饱和性 极性
共价键理论是中学化学的重点内容，在中学教学体系中占有重要地位。但是，在实际教学中，许多教师对于共价键的认识并不深入，导致思路不清晰。笔者通过参阅材料，对于共价键的一些问题进行了深入探讨，以对教师的教学提供参考。
1 共价键的饱和性与方向性
1.1 共价键为什么具有饱和性
1916年美国化学家Lewis,G.N提出了共价键学说，建立了经典共价键理论，初步揭示了共价键与离子键的本质。1927年德国化学家Heitler.W和London,F首先把量子力学理论应用到分子结构中。后来，Pauling,L等人又发展了这一成果，建立了现代价键理论，简称VB法。
根据现代价键理论，自旋相反的成单电子相互接近时，核间电子密度较大，可形成稳定的化学键。因此，一个原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋相反的电子形成共价键。例如H原子和另一个带有自旋相反电子的H原子的电子配对后，形成H2；H2则不能再与第三个原子配对了，所以不可能有H3生成。所以在共价分子中，每个原子形成共价键的数目是一定的，这就是共价键的饱和性。
对于这一点的认识，因为在必修教材中引入了电子式的概念，有利于学生在必修阶段认识共价键的饱和性。如，学生可以根据原子电子式的书写要求书写出C原子的电子式，就能看出C原子周围有4个未成对电子，得出一个C原子最多能形成4对共用电子对的结论。但是，学习了电子排布式以后，学生会发现基态C原子的核外电子排布为1s22s22p2，根据能量最低原理、泡里不相容原理和洪特规则不难看出C原子核外只有2个未成对电子，这又作何解释呢？我们根据VB法推测，碳和氢应该结合成CH2分子，而并不是CH4，这又是什么原因呢？
1916年到1919年Kossel和Lewis等提出了化学键的电子理论，他们根据惰性气体原子的电子层结构特别稳定这一事实，提出各元素的原子总是力图使其最外层具有8电子稳定结构。我们中学学习的电子式就是基于这个“八电子规则”（又称“八隅体规则”）的一种理论。很显然，这种理论是过时的、具有局限性的，但是基于课程标准对必修教材的要求，电子式可以作为一项工具使学生理解化学键和物质形成的过程以及化学反应的本质。
由以上问题我们可以看出，VB法也有其局限性。于是，Pauling在“电子配对” 假设的基础上，提出了“杂化轨道理论”，进一步发展了VB法。通过学习杂化轨道理论，我们会发现无论C原子采用哪种杂化方式，它最终都是形成了4对共用电子对。因此，笔者认为，我们在进行化学键的教学时一定要灌输发展的科学理念。
1.2 共价键为什么具有方向性
VB法指出，共价键尽可能地沿着原子轨道最大重叠的方向形成，叫做最大重叠原理。
轨道重叠越多，电子在两核之间出现的机会越大，这样“两核间的电子”就会把两个原子核牢牢地结合在一起，形成稳定的共价键。对共价键的方向性学习是很有必要的，因为它是认识分子构型的基础。很多教材中提出s轨道呈球形对称，因此s-s σ键没有方向性，这句话往往对学生正确认识共价键的方向性带来思维负担或理解误区。笔者认为，应该从两个方面认识共价键的方向性，一是原子必须沿两原子核的连线靠拢，二是沿原子轨道的伸展方向靠拢。这样就能解释s-s σ键的方向性了。其实，共价键的方向性利用分子轨道理论（MO法）的对称性原则会得到更好的解释，但是高中阶段课程标准的要求，在教学中我们没有必要额外的给学生增加负担。由此可见，化学键理论也是随着实验实践逐渐发展并不断完善的理论。
2共价键的极性与分子的极性
2.1 O3中为什么存在极性键
不同原子间形成的共价键，由于原子电负性的不同，成键电子的电荷分布不对称，电负性较大的原子带负电荷，电负性较小的原子带正电荷，正负电荷中心不重合，形成极性键。可以利用成键原子的电负性差值估测键的极性大小。但是我们必须清楚，离子键和非极性键是极性键的两个极端，离子键和共价键之间没有严格的界限。但是，教学中我们发现利用电负性无法解释O3中O—O键的极性。这是为什么呢？
元素的电负性是用来表示元素相互化合时，原子对电子吸引能力大小的。其实，元素的电负性并不是一层不变的，它会因为元素的原子形成化合物时采取的杂化形式不一样而变化。因为S轨道离核较近，受原子核的吸引力比P轨道大，所以杂化轨道中S成分增大，原子的电负性也将增大。因此，同种元素的原子之间形成共价键时，如果两院自的杂化形式不同，则形成的依然是极性键。在O3分子中，中心氧原子采取sp2杂化轨道与两端氧原子的2pz轨道成键，可见中心氧原子的电负性大于两端氧原子，因此O3中的O—O键为极性共价键。现行高中教材将电负性视为键合原子的总体行为，未强调同一原子以不同轨道成键时吸引电子能力的差别，将电负性视为常数加以应用，导致产生一些错误的认识。
2.2 分子的极性如何判断
教学中我们可以借鉴共价键产生极性的原因，得出当分子的正电荷中心与负电荷中心不重合时就叫极性分子。关于分子极性的判断，仅《化学教学》近几年就发表了近十篇文章，可见方法很多。判断分子极性强弱的物理量是分子电偶极矩，它等于正负电荷中心间的距离乘以正电中心（或负电中心）上的电量。那么能否利用电负性判断分子的极性呢？因O3分子中心氧原子采取sp2杂化，其分子构型为V型，结合上面讨论O3中的O—O键为极性共价键，因此O3为极性分子。
分子的极性除了对于物质的溶解度有一定影响外，还对分子间作用力有一定的影响，因为分子的极性越大，其取向力（分子间作用力的一中）就越大。分子极性的有关概念具有高度的抽象性，笔者认为用物理学上受力的方法形象地比拟说明了分子中电荷分布的均等或不均，而导致分子的非极性与极性，利用形象、熟悉的比拟，在教学中会得到很好的效果。如果在教学中再结合一些生活中的事例引导学生认识分子极性的存在及其对物质性质的影响，达到从结构到性质再到用途的迁移学习，也体现了化学走进社会的思想。
参考文献
[1]潘道皑 赵成大 郑载星. 物质结构 [M].北京:高等教育出版社，1989.
[2]化学课程教材研究开发中心. 物质结构与性质[M]. 北京:人民教育出版社，2009.