臭氧（O3）分子中的化学键是极性键还是非极性键？

一、问题的提出

在必修第一册人教版（2019版）第四章第三节化学键的教学中，我们教师给学生经常总结一些规律，比如共价键分成极性共价键和非极性共价键，非极性共价键指的是共用电子对不发生偏移的共价键，也就是同种元素间形成的共价键。高一阶段很好用，而且很多同学都认为是绝对正确的，但是在学习选择性必修2时解释臭氧的结构和性质时候就遇到了麻烦，O₃实际上是极性分子，但是O₃分子的三个氧原子没有差别啊，那究竟是什么原因引起的呢？作者通过本文的研究，给读者一个合理的解释。

二、理论分析

现代科学方法已经证实，臭氧分子（O₃）是一个极性分子，那么其中的两个共价键当然是极性键。如果一个分子内的所有化学键均无极性，分子是不会显示极性的，因为分子极性（用偶极矩表示）实际上是分子内各键极性的矢量和。有人在研究极性键、非极性键概念时，简单地给出这样的判断依据“同种元素原子间形成的键为非极性键”。这种以偏概全的总结是不合理的。实际上教材上资料卡片上说的很清楚。

首先从臭氧分子来看：现代科学实验已经表明，O₃ 分子具有V型结构（右图所示），键长：128 pm，键角：116.8°，分子偶极矩μ= 0.50 Cm。

让我们从分子内化学键的角度对此加以理解：O原子取sp²杂化，中间氧原子的2个单电子均位于sp²杂化轨道，其未参与杂化的2p轨道上有1对电子；而两侧的O原子的单电子则只有1个在杂化轨道上，另外的两个杂化轨道均被电子对占用，其另一个单电子位于未杂化的2p轨道上。中心氧原子分别用单电子跟两侧氧原子的单电子形成σ键后，三个氧原子未杂化的2p轨道相互平行，从侧面发生电子云重叠，形成一个三中心、四电子的大π键。

理论上讲，π键上的电子云是均匀分布的，但是三个原子对此π键的贡献不同，中间氧原子提供了2个电子，两侧的氧原子分别只提供了1个电子，最终电子云均匀化的结果是，中间氧原子的电子云向两侧偏移了，所以导致臭氧分子中键具有极性。说“同种元素原子间形成的键为非极性键”不正确，除臭氧分子外，还可以举出一些例子。

比如乙醇CH₃-CH₂-OH分子内的C-C单键，它受到-OH氧原子的吸电子作用影响，其电子对偏离左侧碳原子、偏向右侧碳原子，使得同是碳原子形成的键呈现一定极性。

三、结束语

多年来，中学教学中经常出现一些“绝对化”的结论，经常出现以“口诀”帮助学生应试做题的现象，如“前金换后金”“氢后金属不换氢”等。短期看，可以帮助学生快速记忆，长期看，学生容易形成绝对化的僵化认知，容易形成用套路解决问题的思维惯性，并错误地认为化学是一门只需要大量记忆就可以学好的学科。学生死记硬背的内容其实是某一条件下的结论，抛开前提条件可能就会出现问题。若学生一味盲从结论，不顾前提条件变化，只会生搬硬套，则难以建立批判性思维。希望中学教学注意指出中学化学知识的局限性和特殊性，使学生明白所学内容可能具有一定的局限性，部分概念只在一定条件下成立，同一问题可能有多种理论解释等。我们的教学因该由相对“独立、割裂、静止、绝对化、碎片化”向：“关联、融合、动态、相对化、系统化”转变。凸显知识间的内在关联性和整合性；加强分析问题的逻辑性、全面性，强调自主学习能力的提高，注意学科思想方法的培养，使其在思考问题，解决问题种持续发挥作用，迁移到不同具体问题中，使学生终生收益。

转自山哥化学课，致谢