有機化學常用化學鍵的聚類分析

王清龍王清鳳袁奎超(．河南牧業經濟學院， 河南 鄭州 4500；．河南省新蔡縣動物衛生監督所， 河南 駐馬店 463500)

有機化學常用化學鍵的聚類分析

王清龍1王清鳳2袁奎超2(1．河南牧業經濟學院， 河南 鄭州 450011；2．河南省新蔡縣動物衛生監督所， 河南 駐馬店 463500)

在有機化學的學習中，常用的化學鍵為共價鍵，共價鍵是以與碳相連為主的化學鍵，而其基本特性指標變現為鍵長、鍵能及電極正負性。這些基本特性之間存在著一定的共同性和差異性。那么研究這份共同和差異性對于有機化學的學習有著非常深遠的意義。

有機化學；化學鍵；聚類分析

0 引言

化學鍵是化學物質結構的最重要部分之一，它是化學分子間的相互作用。有機化合物的化學反應和其結構直接受到化學鍵的基本特性的影響。在有機化合物中，化學鍵的基本的特性指標有三項，分別是鍵長，鍵能和電負性差。這些化學鍵的特性不如無機化合物的化學鍵分明，弄清它們之間的基本特性的差異具有重要意義。分析這些性能之間的相似性和差異性，運用聚類方法是一個很簡便的方式。

1 化學鍵的定義與分類

1.1 化學鍵的定義

化學鍵是一種粒子間的吸引力，其中粒子可以是原子、離子或分子。化學鍵種類繁多，其能量大小、鍵長亦有所不同；能量較高的“強化學鍵”包括共價鍵、離子鍵，而分子間力、氫鍵等“弱化學鍵”能量較低。研究認為，在分子或晶體中的原子決不是簡單地堆砌在一起，而是存在著強烈地相互作用。化學上把這種分子或晶體中原子間的強烈作用力叫做化學鍵。鍵的實質是一種力。所以有的又叫鍵力，或就叫鍵。礦物都是由原子、分子或離子組成的，它們之間是靠化學鍵聯系著的．

1.2 化學鍵分類

化學鍵分為三大類：離子鍵、共價鍵、金屬鍵。

(1)離子健

離子鍵是由電子轉移(失去電子者為陽離子，獲得電子者為陰離子)形成的。即正離子和負離子之間由于靜電引力所形成的化學鍵。離子既可以是單離子，如Na+、Cl－；也可以由原子團形成；如SO42－，NO3

－等。

離子鍵的作用力強，無飽和性，無方向性。離子鍵形成的礦物總是以離子晶體的形式存在。

(2)共價健

共價鍵的形成是相鄰兩個原子之間自旋方向相反的電子相互配對，此時原子軌道相互重疊，兩核間的電子云密度相對地增大，從而增加對兩核的引力。共價鍵的作用力很強，有飽和性與方向性。因為只有自旋方向相反的電子才能配對成鍵，所以共價鍵有飽和性；另外，原子軌道互相重疊時，必須滿足對稱條件和最大重疊條件，所以共價鍵有方向性。共價鍵又可分為三種：

①非極性共價鍵形成共價鍵的電子云正好位于鍵合的兩個原子正中間，如金剛石的C－C鍵。

②極性共價鍵形成共價鍵的電子云偏于對電子引力較大的一個原子，如Pb－S鍵，電子云偏于S一側，可表示為Pb→S。

③配價鍵共享的電子對只有一個原子單獨提供。如Zn－S鍵，共享的電子對由鋅提供，共價鍵可以形成兩類晶體，即原子晶體與分子晶體。原子晶體的晶格結點上排列著原子。原子之間有共價鍵聯系著。在分子晶體的晶格結點上排列著分子(極性分子或非極性分子)，在分子之間有分子間力作用著，在某些晶體中還存在著氫鍵。關于分子鍵與氫鍵后面要講到。

(3)金屬鍵

由于金屬晶體中存在著自由電子，整個金屬晶體的原子(或離子)與自由電子形成化學鍵。這種鍵可以看成由多個原子共用這些自由電子所組成，所以有人把它叫做改性的共價健。對于這種鍵還有一種形象化的說法：“好象把金屬原子沉浸在自由電子的海洋中”。金屬鍵沒有方向性與飽和性。

和離子晶體、原子晶體一樣，金屬晶體中沒有獨立存在的原子或分子；金屬單質的化學式(也叫分子式)通常用化學符號來表示。

上述三種化學健是指分子或晶體內部原子或離子間的強烈作用力。

2 聚類分析法簡述

2.1 聚類分析

聚類分析是一種分類的數學方法， 其基本思想是物以類聚。做聚類分析時，出于不同的目的和要求，可以選擇不同的統計量和聚類方法。 該方法在化學物質分類、分析化學數據及結構譜圖解析等方面已得到了應用。由實驗數據確定化學反應級數、速率常數等動力學參數是化學動力學的重要內容之一， 其實質就是對化學反應按動力學模型進行歸類。事實上， 化學反應按速率方程的形式已劃分為簡單級數反應和復雜反應兩大類， 前者又劃分為零級、一級、二級等不同反應級數的反應，后者又分為對行反應、連串反應及平行反應等。每種形式的反應構成了一個類， 同一類反應的速率方程具有相似的形式，這種分類實際上就是一張聚類譜圖， 任何一個特定的化學反應按速率方程形式總可歸入這張譜圖中的某一類。

例如：用聚類分析發可將數據標準化

設論域V=｛，，…｝為被分類對象，每個對象又由m個指標表示其性狀，即=｛，，…y｝(j=1，2，…m)，得到原始矩陣。

2.2 化學鍵的聚類分析

有機化學中常見的化學鍵

上面的圖表是在有機化學中常見的化學鍵，及其鍵長、鍵能、電負性差的數值特，我們運用聚類方式就可以分析他們之間的相似和差異性。

3 結語

本文所建立的聚類分析確定反應級數的方法為化學反應速率方程的建立提供了一種新的思路。經計算實踐表明， 該方法具有較高的可靠性， 它可以克服確定反應級數的傳統方法，可靠性波動較大等不足。了解化學鍵的性能之間的相似性和差異性問題，會對以后在有機化學中的起著非常積極的作用。

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①王清龍(1978-)，男，漢，河南南陽人，碩士，講師，研究方向：有機化學。②王清鳳(1984-)，女，漢，河南南陽人，學士，助理獸醫師，研究方向：畜牧獸醫。③袁奎超(1982-)，男，漢，河南新蔡人，專科，助理獸醫師，研究方向：畜牧獸醫。