（46）零空间论与一般接触键的形成原理

零空间论与一般接触键的形成原理

现代化学将化学键分为离子键和共价键两大类。零空间论将化学键分为接触键和重叠键两大类。接触键就是现代化学所说的离子键，重叠键就是现代化学所说的共价键。接触键通常是指一个原子中的一个电子转移到另一个原子内而形成的化学键。所谓一般接触键是指两个原子之间所形成的一种稳定的静态接触化学键，特指成键原子一个为收缩状态，一个为持续膨胀状态。零空间论认为， 一般接触键化合物多由金属原子和非金属原子形成。我们知道，金属原子最外电子层收缩差值一般都小于或等于二分之一电子质量，而非金属原子最外电子层收缩差值一般都大于二分之一电子质量而小于一个电子质量。这是形成一般接触键化合物的基本特征。下面我们就来探讨一般接触键为什么具有这些基本特征，进而揭开它的形成机理。

设有 A、B 两个原子，A 为金属原子，B 为非金属原子。已知它们经过加热反应可以形成接触键化合物。现代化学告诉我们，当 A、B 两原子经过加热作用形成接触键时，则会发生 A 内有一个电子转移到 B 内的现象。零空间论认为，如果 A有一个电子转移到 B 内后便形成了稳定的物质结构，则应该是 A 仍处在收缩状态，而 B 将处在持续性膨胀状态，因为只有这样它们才可以形成异性相吸的结合力，才可以形成稳定的化学键结构。但我们不能单纯认为，A 本来为收缩状态，所以失去一个电子后仍为收缩状态，而 B 本来也为收缩状态，且收缩差值大于一半电子质量而小于一个电子质量，所以得到一个电子后会从收缩状态转化为持续性膨胀状态，这样它们刚好就形成接触键化合物。事实上真正经过加热作用而形成的接触键并非如此，原因是在热量促成的化学反应中，核外电子因受到热能的作用，运动质量会增加，电子层的总能量将发生变化，电子层的状态也可能随之发生了变化。所以两原子要形成这种稳定的化学键结构，并不能单纯依据原子初始的状态来认定。事实证明，并非所有满足收缩差小于或等于一半电子质量和大于一半电子质量而小于一个电子质量的两个原子，均可以通过热化学反应就能形成接触键化合物，或者说并非所有金属原子和非金属原子均可以通过热化学反应便可形成接触键化合物。具体而言，在这种收缩差的条件下，还需要一些更苛刻的条件方可使它们最终形成接触键化合物。

零空间论告诉我们，当两个原子同时受到热量的作用后，层内电子质量同步得以增加。因为两原子的受热环境和受热条件相同，所以它们在同一时刻都会受到一定量热能的作用。即 A 吸收到一定热量，B 同时也吸收到一定热量，A 内电子质量得到一定增加，B 内电子质量同时也得到一定增加，或者说 A 收缩差值将会有所减小，B 收缩差值同时也将会有所减小。因为 A 的收缩差值小于 B 的收缩差值，所以 A、B 两原子在同时经过加热作用后，应该是 A 最先突破平衡点进入持续性膨胀状态和非持续性膨胀状态并膨胀出一个电子，而后处于收缩差为小于或等于二分之一电子质量的收缩状态。同时我们推测， 在成键原子共同受到热能的作用下，在成键原子共同增加负能量的过程中，当 A 膨胀出一个电子的时候，B 只能处于收缩状态，因为停止加热后原子要经过一次减负作用，只有 B 保持收缩状态，它才可能通过散失增加的热能而恢复到原来的状态水平，即恢复到收缩差为大于二分之一电子质量而小于一个电子质量的状态，也只有 B 恢复到这一收缩差值的状态， A 释放的电子才可以进入到 B 内，恰好使 B 转变为持续性膨胀状态，从而与 A 形成稳定的接触键化合物。试想如果 B 通过加热作用不能保持收缩状态，而是发生了状态的改变，即变为平衡状态、持续性膨胀状态或非持续性膨胀状态，那么 B 可能会重新形成稳定状态，结果是 B 不可能恢复到原来的收缩状态，从而使 A 释放的电子不可能进入 B 内使其变为持续性膨胀状态最终与 A 形成稳定的接触键化合物。在这些状态中，特别是 B 不可能处于非持续性膨胀状态，因为如果 B 处于这种状态，则它要释放电子，使 B 的状态彻底发生改变，从而更加难以形成接触键。所以当 A 释放一个电子后，B 处于收缩状态是形成一般接触键的最佳条件。正是因为 A 释放一个电子后，B 应该处于收缩状态，所以在电子质量同时增加的过程中， A 进入持续性膨胀状态时，B 显然仍处于收缩状态，此时A 和B 就会产生异性结合力。零空间论认为，这种结合力只是化学键过程中出现的一种短暂的作用力，不会成为最终比较稳定的化学结构。这种作用力的意义就在于可以使两个原子相互接触在一起有利于它们形成化学键。在化学反应中，有时我们会发现反应物出现凝聚在一起的现象，就是因为反应物原子出现不同的状态而发生吸引力的现象。

我们看出，当 A 内电子增加的运动质量等于 A 的收缩差值时，A 进入平衡状态。当 A 内电子继续增加的运动质量再等于或大于二分之一电子质量时，A 进入非持续性膨胀状态并膨胀出一个电子。因此 A 膨胀出一个电子时，所吸收的热能为等于或大于 A 的收缩差值与二分之一电子质量的和。可以想象，此时 B 也吸收了相对等同的热能。由此我们得出，A 膨胀出一个电子后，B 也相应吸收了等于或大于 A的收缩差值与二分之一电子质量和的热量，这样我们就得出，当 A 膨胀出一个电子时，欲使 B 仍处于收缩状态，基本条件是 B 的收缩差值要大于 A 的收缩差值加上二分之一电子质量的和，或 B 与 A 收缩差值的差值大于二分之一电子质量。设 A的收缩差值为 n 1 ，B 的收缩差值为 n 2 ，电子质量为 m，则 A 膨胀出一个电子时，B仍处于收缩状态的基本条件是 n 2 ＞ n 1 +1/2m，进而得出 n 2 -n 1＞ 1/2m。

由于 A 膨胀出一个电子时，B 同样也吸收了等于或大于 n 1 +1/2m 的热量，我们根据非金属原子收缩差值一般大于一半而小于一个电子质量可知，如果这时 B仍处在收缩状态，则 B 的收缩差值一定会小于二分之一电子质量。同时我们还知道， A 膨胀出一个电子后将处于收缩差值小于或等于二分之一电子质量的收缩状态。因为 A 释放一个电子的时候，A 和 B 皆处于收缩差值小于或等于二分之一电子质量的收缩状态，所以 A 释放的电子会在 A、B 两个原子之间来回运动，且电子每进入其中一个原子内都会使两个原子产生异性吸引力。跟处于持续性膨胀状态的 A 和处于收缩状态的B产生异性作用力类似，这种作用力同样不会形成稳定的化学键结构。这种运动一直到 B 经过减负作用恢复到原来的收缩差为大于一半而小于一个电子质量的收缩状态时才会结束。

我们知道，电子层在增加一定热能的时候，如果没有使电子层的状态性质发生改变，没有发生原子得失电子的情况，当停止增加热量后，原子要进行一次减负过程，原子将要散失这些新增的热量，电子层要恢复到原来收缩差值的状态，因为 B 仍处于收缩状态，所以它要经过减负作用恢复到收缩差值为大于一半而小于一个电子质量的状态，以维持电子层原本稳定的状态。一旦 B 恢复到收缩差值为大于一半而小于一个电子质量的收缩状态，A 膨胀出来的电子再次进入 B 内会使其变为持续性膨胀状态并与收缩状态的 A 产生异性结合力，这时电子也就不会再从 B 逃离出来，由此稳定的接触化学键就已形成。不难看出接触键是一种静态结合力。我们还要看出，A 失去电子后的状态，是因为新增的热量已被电子携带而发生了转移运动形成，所以它已不存在热量，它的状态较为稳定，并跟本来的状态差不多，不会再发生减负作用。当然如果 A 在释放电子之后存在新增的热量同样会发生减负作用，但最终结果是恢复到收缩差为小于或等于一半电子质量的收缩状态。正因为 A 在释放电子之后和 B 新增的热能已通过减负而全部消失，但 A 在释放电子之前新增的热能已转化为电子的运动质量，没有丢失，而是最后在 B 内又转变为电子层的持续膨胀状态，所以一般接触键的形成其实是一种吸热过程。

综上所述，我们发现一般接触键的形成过程有两个关键点：一个是金属原子进入非持续性膨胀状态并膨胀出电子的时候，一个是原子要消散已增加的负能量恢复原来状态的时候。因此我们将一般接触键的形成过程分为两个重要时期：膨胀期和减负期。膨胀期是指金属原子膨胀出电子到原子开始消散新增热能的时期。减负期是指原子开始消散新增的热能到恢复至原来状态的时期。在膨胀期，金属原子释放一个电子后处于收缩差为小于或等于二分之一电子质量的收缩状态，使该原子的状态彻底发生了变化，该原子所吸收的热能也将被电子携带或者说已转化成电子的运动质量，最后在非金属原子内又转化成电子的持续性膨胀运动。在减负期，金属原子经过消散热量要恢复到收缩差为小于或等于一半电子质量的收缩状态，非金属原子将会消失全部新增加的热能，这样才能使它恢复到原来收缩差为大于一半电子质量而小于一个电子质量的收缩状态，这是电子进入其内能使之达到持续膨胀状态并最终完成一般接触键的关键因素。

理解在热能作用下形成一般接触键的机理，我们要掌握几个要点：

其一，形成一般接触键的基本条件是：收缩差较小的金属原子最先膨胀出电子的时候，收缩差较大的非金属原子仍处于收缩状态。这一条件决定金属原子的收缩差要大于非金属原子的收缩差与一半电子质量的和，或两原子收缩差的差大于一半电子质量。

其二，在生成接触键化合物过程中可能会出现两次原子间产生吸引力的现象。第一次是当收缩差较小原子进入持续性膨胀状态的时候，它会和另一个处于收缩状态的原子间发生异性吸引力。第二次是当收缩差较小原子膨胀出电子的时候，两成键原子可能均处于收缩差小于或等于一半电子质量的收缩状态，这时被释放出来的电子会在两原子间来回运动，运动期间两原子会不断产生吸引力。这些作用力虽然不会形成稳定的化学结构，但可以让成键原子相互接近在一起，有利于最终形成稳定的接触键化学结构。

其三，膨胀期和减负期是接触键形成过程中两个关键时期。膨胀期原子进入非持续性膨胀状态，原子将要膨胀出一个电子。膨胀出电子预示着原子状态彻底改变，这有利于原子形成新的稳定状态，有利于原子生成新的化学结构。原子膨胀出电子并产生非持续性膨胀运动是形成新的化学键常用的手段。接触键膨胀期是指金属原子进入非持续性膨胀状态并膨胀出一个电子的时候。金属原子首先膨胀出一个电子而后处于收缩差为小于或等于一半电子质量的收缩状态，为电子进入非金属原子内最终形成接触键做好准备。接触键减负期是指金属原子在失去电子以后和非金属原子产生减负作用，只有当非金属原子通过减负作用恢复到原来收缩差为大于一半电子质量而小于一个电子质量的收缩状态时，自金属原子内膨胀出来的电子才能进入其内使之变为持续膨胀状态并与处于收缩状态的金属原子产生异性结合力，最终形成稳定的接触键。

其四，一般接触键是一种静态结合力。一般接触键的形成需要吸收热量。