有机化学常用化学键的聚类分析

王清龙王清凤袁奎超(．河南牧业经济学院， 河南 郑州 4500；．河南省新蔡县动物卫生监督所， 河南 驻马店 463500)

有机化学常用化学键的聚类分析

王清龙1王清凤2袁奎超2(1．河南牧业经济学院， 河南 郑州 450011；2．河南省新蔡县动物卫生监督所， 河南 驻马店 463500)

在有机化学的学习中，常用的化学键为共价键，共价键是以与碳相连为主的化学键，而其基本特性指标变现为键长、键能及电极正负性。这些基本特性之间存在着一定的共同性和差异性。那么研究这份共同和差异性对于有机化学的学习有着非常深远的意义。

有机化学；化学键；聚类分析

0 引言

化学键是化学物质结构的最重要部分之一，它是化学分子间的相互作用。有机化合物的化学反应和其结构直接受到化学键的基本特性的影响。在有机化合物中，化学键的基本的特性指标有三项，分别是键长，键能和电负性差。这些化学键的特性不如无机化合物的化学键分明，弄清它们之间的基本特性的差异具有重要意义。分析这些性能之间的相似性和差异性，运用聚类方法是一个很简便的方式。

1 化学键的定义与分类

1.1 化学键的定义

化学键是一种粒子间的吸引力，其中粒子可以是原子、离子或分子。化学键种类繁多，其能量大小、键长亦有所不同；能量较高的“强化学键”包括共价键、离子键，而分子间力、氢键等“弱化学键”能量较低。研究认为，在分子或晶体中的原子决不是简单地堆砌在一起，而是存在着强烈地相互作用。化学上把这种分子或晶体中原子间的强烈作用力叫做化学键。键的实质是一种力。所以有的又叫键力，或就叫键。矿物都是由原子、分子或离子组成的，它们之间是靠化学键联系着的．

1.2 化学键分类

化学键分为三大类：离子键、共价键、金属键。

(1)离子健

离子键是由电子转移(失去电子者为阳离子，获得电子者为阴离子)形成的。即正离子和负离子之间由于静电引力所形成的化学键。离子既可以是单离子，如Na+、Cl－；也可以由原子团形成；如SO42－，NO3

－等。

离子键的作用力强，无饱和性，无方向性。离子键形成的矿物总是以离子晶体的形式存在。

(2)共价健

共价键的形成是相邻两个原子之间自旋方向相反的电子相互配对，此时原子轨道相互重叠，两核间的电子云密度相对地增大，从而增加对两核的引力。共价键的作用力很强，有饱和性与方向性。因为只有自旋方向相反的电子才能配对成键，所以共价键有饱和性；另外，原子轨道互相重叠时，必须满足对称条件和最大重叠条件，所以共价键有方向性。共价键又可分为三种：

①非极性共价键形成共价键的电子云正好位于键合的两个原子正中间，如金刚石的C－C键。

②极性共价键形成共价键的电子云偏于对电子引力较大的一个原子，如Pb－S键，电子云偏于S一侧，可表示为Pb→S。

③配价键共享的电子对只有一个原子单独提供。如Zn－S键，共享的电子对由锌提供，共价键可以形成两类晶体，即原子晶体与分子晶体。原子晶体的晶格结点上排列着原子。原子之间有共价键联系着。在分子晶体的晶格结点上排列着分子(极性分子或非极性分子)，在分子之间有分子间力作用着，在某些晶体中还存在着氢键。关于分子键与氢键后面要讲到。

(3)金属键

由于金属晶体中存在着自由电子，整个金属晶体的原子(或离子)与自由电子形成化学键。这种键可以看成由多个原子共用这些自由电子所组成，所以有人把它叫做改性的共价健。对于这种键还有一种形象化的说法：“好象把金属原子沉浸在自由电子的海洋中”。金属键没有方向性与饱和性。

和离子晶体、原子晶体一样，金属晶体中没有独立存在的原子或分子；金属单质的化学式(也叫分子式)通常用化学符号来表示。

上述三种化学健是指分子或晶体内部原子或离子间的强烈作用力。

2 聚类分析法简述

2.1 聚类分析

聚类分析是一种分类的数学方法， 其基本思想是物以类聚。做聚类分析时，出于不同的目的和要求，可以选择不同的统计量和聚类方法。 该方法在化学物质分类、分析化学数据及结构谱图解析等方面已得到了应用。由实验数据确定化学反应级数、速率常数等动力学参数是化学动力学的重要内容之一， 其实质就是对化学反应按动力学模型进行归类。事实上， 化学反应按速率方程的形式已划分为简单级数反应和复杂反应两大类， 前者又划分为零级、一级、二级等不同反应级数的反应，后者又分为对行反应、连串反应及平行反应等。每种形式的反应构成了一个类， 同一类反应的速率方程具有相似的形式，这种分类实际上就是一张聚类谱图， 任何一个特定的化学反应按速率方程形式总可归入这张谱图中的某一类。

例如：用聚类分析发可将数据标准化

设论域V=｛，，…｝为被分类对象，每个对象又由m个指标表示其性状，即=｛，，…y｝(j=1，2，…m)，得到原始矩阵。

2.2 化学键的聚类分析

有机化学中常见的化学键

上面的图表是在有机化学中常见的化学键，及其键长、键能、电负性差的数值特，我们运用聚类方式就可以分析他们之间的相似和差异性。

3 结语

本文所建立的聚类分析确定反应级数的方法为化学反应速率方程的建立提供了一种新的思路。经计算实践表明， 该方法具有较高的可靠性， 它可以克服确定反应级数的传统方法，可靠性波动较大等不足。了解化学键的性能之间的相似性和差异性问题，会对以后在有机化学中的起着非常积极的作用。

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①王清龙(1978-)，男，汉，河南南阳人，硕士，讲师，研究方向：有机化学。②王清凤(1984-)，女，汉，河南南阳人，学士，助理兽医师，研究方向：畜牧兽医。③袁奎超(1982-)，男，汉，河南新蔡人，专科，助理兽医师，研究方向：畜牧兽医。