结构生物化学/化学键/离子相互作用

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离子键是一种特殊的化学键，形成于“金属”和“非金属”之间。“金属”参与离子键通常是碱金属和碱土金属——也称为元素周期表的前两列——以及一些过渡金属。参与离子键的非金属通常是卤素。

形成化学键的目标是获得八隅体。“八隅体”是指一个元素具有八个电子。另一种表达这种现象的方式是说每个元素都希望拥有一个惰性气体的电子构型。对于非金属，目标是获得同一周期的惰性气体的电子构型。对于金属，目标是获得直接位于其前一周期惰性气体的电子构型。例如，氯希望拥有氩的电子构型，而钠希望拥有氖的电子构型。离子键有助于实现八隅体，因为金属实际上将它的价电子转移到非金属。通过这种方式，金属和非金属都实现了惰性气体电子构型。

然而，纯的离子键并不存在。每个离子键都存在一定程度的共价键特征。一般来说，金属和非金属之间的电负性差异越大，键的离子性越强，因此，键的共价性越弱。电负性是在另一个原子存在时吸引电子密度的能力。电负性越大的原子，其吸引电子密度的能力越强。

静电相互作用也被称为电荷-电荷相互作用和离子相互作用。当存在紧密排列的带相反电荷的离子时，就会出现静电吸引。静电排斥存在于带相同电荷的不同离子之间。

库仑定律

两个点电荷之间的力可以通过库仑定律计算得出，

F_1on2 = F_2on1 = kq₁q₂/r²

换句话说，键能与两个原子的电荷成正比，与两个原子之间的距离平方成反比。F 的单位为N（牛顿），r 是两个点电荷中心之间的距离，以米为单位，q₁ 和 q₂ 分别是每个原子的电荷（以 C，库仑为单位）。k 是常数，约等于 $9.00x10^{9}$ N•m²•C⁻²。如果力为负（F < 0），则表示存在吸引力，因为只有当 q₁ 和 q₂ 的符号不同或相反时，F 才能小于零，这意味着这两个原子的电荷符号相反。换句话说，如果力为正（F > 0），则意味着两个带电原子相互排斥，因为它们具有相同的电荷符号（都是正电荷或负电荷）。

离子键能

两个点电荷之间的离子键能可以使用电势能公式计算得出，

U_ele= Kq₁q₂/r²

换句话说，键能与两个原子的电荷成正比，与两个带电原子之间的距离（微观水平上的键长）成反比。U_ele 的单位为J（焦耳），r 是离子中心之间的距离，以纳米为单位，q₁ 和 q₂ 是离子电荷的数值。K 是常数，约等于 $2.31x10$⁻¹⁹ J•nm。它也等于 kQ² x 10⁻⁹（转换为纳米，nm）或 Q²/4$\pi \epsilon _{0}$ x 10⁻⁹，其中 k 约等于 $9.00x10^{9}$ Nm²C⁻²，而 Q 等于质子的电荷，$1.60x10$⁻¹⁹C；$\epsilon _{0}$ 约等于 $8.85x10$⁻¹² C²N⁻¹•m⁻² 或 F•m⁻¹，表示自由空间的介电常数。

晶格能

晶格能（ΔH⁰_lattice）是离子之间相互作用释放的能量。这种能量的正号表示需要能量来使离子形成固体。另一方面，能量的负号表示需要能量来将离子固体分离成气态离子。此外，离子相互作用可以根据晶格能来解释，因为能量的定性数量表明了离子的硬度、溶解度和熔点。可以根据离子尺寸和离子变化的影响来预测晶格能。当人们沿着元素周期表向下移动时，离子半径会增加。随着半径增加，正电荷原子和负电荷原子之间的静电能会降低。结果，晶格能会降低。此外，离子电荷也可以决定晶格能。使带更大电荷的离子靠近在一起所需的能量比形成带更小电荷的离子所需的能量更多。