原子为什么要成键？八隅体规则
氖、氩这样的稀有气体几乎不发生反应。它们的最外层有8个电子（氦是2个）。1916年，科塞尔和路易斯提出，其他原子成键，就是为了达到同样的稳定状态。这就是八隅体规则：原子通过失去、得到或共用电子，使最外层有8个电子。
最外层的电子叫价电子。只有它们参与成键。
八隅体规则的局限
- 不满八隅体：中心原子的电子少于8个。例如LiCl、BeH₂、BCl₃（B只有6个）。
- 奇电子分子：NO和NO₂的电子总数是奇数，所以总有一个原子凑不够8个。
- 超八隅体：第3周期及以下的原子可以使用d轨道，容纳超过8个电子。例如PF₅（10个）、SF₆（12个）、H₂SO₄（S有12个）。
- 它不能解释分子的形状，也不能解释键的能量。
- 有些稀有气体也能反应（XeF₂、XeF₄、KrF₂），所以“有8个电子就不反应”并不完全正确。
路易斯符号和路易斯结构
路易斯符号就是元素符号加上用小点表示的价电子：Na有1个点，C有4个，N有5个，O有6个，Cl有7个。
路易斯结构表示分子中电子是怎样共用的。一对共用电子画成一条线（单键）。两对共用电子是双键，三对是三键。没有共用的电子对叫孤对电子。
怎么画（5步）
- 把所有价电子加起来。每有一个负电荷就加1个，每有一个正电荷就减1个。
- 选中心原子：通常是电负性最小的那个（绝不是H）。
- 用单键（各2个电子）把每个外围原子连到中心原子上。
- 把剩下的电子先作为孤对电子放在外围原子上，再放在中心原子上。
- 如果中心原子还不够8个，就把外围原子的一对孤对电子改成双键或三键。
例子CO₂：4 + 6 + 6 = 16个电子。画成O=C=O，每个O上有两对孤对电子。每个原子都有8个电子。
形式电荷
有时一个分子可以画出不止一种路易斯结构。形式电荷能帮我们选出最合理的那一个。它是假设每对共用电子都被平均分开后，原子所带的电荷。
形式电荷 = V − L − B/2，其中V = 自由原子的价电子数，L = 该原子上孤对电子的电子数，B = 该原子周围成键电子的电子数。
规则：最好的结构形式电荷最小；负的形式电荷应放在电负性更大的原子上；所有形式电荷之和必须等于分子或离子的电荷。
形式电荷只是一种记账工具，并不是原子真正带的电荷。
离子键和晶格能
当金属原子把电子交给非金属原子，两种离子相互吸引时，就形成离子键（电价键）。在下面的情况下容易形成：
- 金属的电离焓低（容易失去电子），并且
- 非金属的电子亲和焓负值很大（容易得到电子）。
由Na变成Na⁺其实要消耗能量（+496 kJ mol⁻¹），而Cl → Cl⁻只放出349 kJ mol⁻¹。那NaCl为什么还能形成？因为离子堆成晶体时会释放出巨大的能量。
晶格能是把1 mol离子固体完全拆成气态离子所需的能量。NaCl的晶格能是+788 kJ mol⁻¹。晶格能越大，固体越稳定。离子越小、电荷越多，晶格能越大：MgO（≈ 3890）远大于NaCl（788）。
电价
原子得到或失去的电子数就是它的电价：Na = 1，Mg = 2，O = 2，Cl = 1。
动手试试：用硬币搭离子
画一个大圆表示Na，圆边上放1枚硬币；再画一个圆表示Cl，放7枚硬币。把Na的硬币移到Cl上。数一数：Cl现在有8枚了。再试试Mg（2枚硬币）和两个Cl圆：每个Cl拿1枚，所以化学式是MgCl₂。可以在3D的自由操作步骤里检查你的答案。
重点公式和概念
- 形式电荷 = V − L − B/2
- 路易斯结构的电子数 = Σ 价电子 − (正电荷数) + (负电荷数)
- 晶格能：MX(s) → M⁺(g) + X⁻(g)，ΔH = +（所需能量）
- 晶格能随离子电荷增大而增大，随离子半径增大而减小
- 八隅体 = 最外层8个电子（H、Li、Be的离子为二隅体，即2个）
例题讲解
1. 写出N、O和Cl的路易斯符号，并说出每种原子还需要几个电子才能达到八隅体。
第1步：N有5个价电子，O有6个，Cl有7个。 第2步：还需要的电子数 = 8 − 价电子数：N需要3个，O需要2个，Cl需要1个。 答案：N（5个点，需要3个），O（6个点，需要2个），Cl（7个点，需要1个）。
2. 画出H₂O的路易斯结构。
第1步：电子数 = 1 + 1 + 6 = 8。 第2步：O作中心原子。两个O–H键用去4个电子。 第3步：还剩4个 → O上有2对孤对电子。 第4步：O有2个键 + 2对孤对电子 = 8个。每个H有2个。 答案：H–O–H，O上有两对孤对电子。
3. 画出硝酸根离子NO₃⁻的路易斯结构，并求出总电子数。
第1步：5 + 3 × 6 + 1 = 24个电子。 第2步：N作中心原子，连三个N–O单键（用去6个），还剩18个。 第3步：给每个O三对孤对电子（用去18个）。这时N只有6个。 第4步：把一个O的一对孤对电子改成双键：一个N=O和两个N–O。 答案：24个电子；一个N=O，两个N–O⁻（三种等价的共振式）。
4. 求O₃（O=O–O）中每个原子的形式电荷。
第1步：左边的O（双键）：V = 6，L = 4，B = 4 → 6 − 4 − 2 = 0。 第2步：中间的O：V = 6，L = 2，B = 6 → 6 − 2 − 3 = +1。 第3步：右边的O（单键）：V = 6，L = 6，B = 2 → 6 − 6 − 1 = −1。 第4步：检查：0 + 1 − 1 = 0 = O₃的电荷。✓
5. 求NH₄⁺中N的形式电荷。
第1步：N的V = 5。 第2步：没有孤对电子，L = 0。四个N–H键，B = 8。 第3步：FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。 第4步：每个H：1 − 0 − 1 = 0。总和 = +1 = 离子的电荷。✓
6. CO₂的两种路易斯结构O=C=O和O≡C–O，哪个更合理？请用形式电荷判断。
第1步：O=C=O：每个O：6 − 4 − 2 = 0；C：4 − 0 − 4 = 0。全部为零。 第2步：O≡C–O：三键的O：6 − 2 − 3 = +1；C：0；单键的O：6 − 6 − 1 = −1。 第3步：形式电荷最小的结构更好。 答案：O=C=O是更合理的结构。
7. 把NaCl、MgO和KCl按晶格能由小到大排列，并说明理由。
第1步：MgO的离子电荷是2+和2−；其他的是1+和1−。电荷越高 → 晶格能大得多。 第2步：K⁺比Na⁺大。离子越大 → 离子相距越远 → 晶格能越小。 答案：KCl (717) < NaCl (788) < MgO (≈ 3890 kJ mol⁻¹)。
常见错误
- 数路易斯结构的电子时，忘了按离子的电荷加上或减去电子。
- 以为形式电荷就是原子的真实电荷。它只是记账用的，真实电荷由电负性决定。
- 说NaCl能形成是因为Na → Na⁺会放出能量。其实这一步要消耗能量，是晶格能让整个过程变得有利。
- 把H放在中心。H只能形成一个键，所以它总是在外围。