化学键是使原子或原子团结合在一起，形成稳定化学结构的相互作用。化学键将物质组织成分子和延展的固体结构，包括离子晶体和金属。它涉及电子的分布，以及电子与原子核之间的相互作用。在化学中，成键概念为解释物质的组成、结构和反应性提供了理论框架。化学键这一术语涵盖多种相互作用，而非一种普适的机制。(goldbook.iupac.org)
物理基础
相对于适当的分离参考态，化学键的形成伴随着能量降低。在简单的双原子分子中，能量随核间距而变化：在适中的距离下，吸引作用有利于原子结合；而在极短的距离下，排斥作用占主导地位。这条能量曲线的最低点确定了平衡核间距。成键原子并非静止不动，而是在这一平衡构型附近振动。(openstax.org)
要详细描述化学键，需要借助量子力学。电子用量子态来表示，而不是用连接原子核的经典运动轨迹来描述。成键反映了电子与原子核之间的吸引、电子之间及原子核之间的排斥，以及对电子态的量子约束。因此，常见的“原子共享电子”图景是一种有用的模型，并不意味着粒子真的在原子之间来回交换。(openstax.org)
主要成键类型
**共价键**涉及原子间共享的电子密度。最简单的例子是氢分子 H₂，其中两个电子占据成键态。常规结构式分别用一条、两条和三条线表示单键、双键和三键。共价键既存在于独立的分子中，也存在于延展的网络结构中，例如金刚石；在金刚石固体中，每个碳原子都与相邻原子相连，构成遍及整个固体的网络。(openstax.org)
**离子键**着重体现带相反电荷的离子之间的静电吸引。固态氯化钠是由钠阳离子和氯阴离子构成的延展排列，而不是孤立 NaCl 分子的集合。电子转移是描述离子形成的一种有用方式，但这些离子之间的吸引才是成键相互作用。离子键和共价键的描述是两种极限模型，实际的化学键可以同时具有离子性和共价性。(goldbook.iupac.org)
**金属键**涉及在许多原子位点之间离域的电子。这种集体性的电子结构有助于解释为什么金属通常能够导热、导电，以及为什么金属可以发生形变而不立即断裂。与局限在两个原子之间的化学键不同，金属键适合从整个延展固体的尺度来描述。(openstax.org)
配位共价键被描述为由一个供体提供共享电子对中的两个电子而形成的键。这种描述在配位化学中尤其有用，其中配体向中心原子或离子提供电子密度。它说明的是电子对的来源，而不是确立一种本质上独立的作用力。(goldbook.iupac.org)
电子结构模型
路易斯结构用点表示价电子，用线表示共享电子对。八隅体规则有助于解释许多主族元素化合物，但并不普遍适用：缺电子物种、奇电子分子及其他例外均存在。当单一的路易斯结构式无法充分表示电子分布时，共振（化学）的描述会采用多个贡献结构。这些贡献结构并不是随时间交替出现的不同分子。(openstax.org)
价键理论通过原子轨道的重叠和电子配对来描述成键。轨道杂化通过构建轨道的组合来帮助表示具有方向性的化学键。分子轨道理论则用延伸于整个分子的轨道来描述电子。其中的成键态和反键态能够解释稳定性和电子性质，包括导致氧气呈现磁性的未成对电子。这些方法为同一个底层量子系统提供了不同的表述。(openstax.org)
键的性质与分子形状
键长是成键原子核之间的距离。键级表示原子位点之间的成键程度；在简单的分子轨道处理方法中，键级等于成键电子数与反键电子数之差的一半。对于相同元素之间可作比较的化学键，键级越高，通常键越短、越强，不过化学环境也会产生影响。(openstax.org)
电负性描述原子吸引化学键中电子的倾向。电子共享不均会产生键的极性，但分子的极性还取决于其三维形状。例如，直线形二氧化碳中的极性键对偶极矩的贡献相互抵消，而水的折线形结构使分子具有净偶极矩。电子对排斥模型通过考虑中心原子周围的成键区域和孤电子对，可以预测许多分子的几何构型。(openstax.org)
键能与较弱的相互作用
键解离能衡量在规定条件下断开某一特定化学键所需的能量。断键需要吸收能量；相对于相应的分离片段，成键会释放能量。因此，化学反应的净能量变化取决于这两个过程。平均键能可用于粗略估算反应焓，而离子固体通常用针对整体晶体结构的晶格能来表征。(openstax.org)
氢键和范德华力通常与决定分子内原子连接关系的主要化学键相区别。不过，广义的化学成键定义也可以包括较弱的缔合作用。氢键涉及连接在电负性较强原子上的氢与合适受体之间的吸引；它既可发生在分子之间，也可发生在同一分子内部。这类相互作用会影响分子缔合和材料结构，但不一定改变通常意义上的共价连接关系。(goldbook.iupac.org)