物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論元素化合物

1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論元素化合物清華大學(xué)張寧2000. 9本文稿版權(quán)有清華大學(xué)張寧所有，嚴(yán)禁涂改，照搬，違者必究。第一節(jié)物質(zhì)的形成晶體的類型【離子晶體】離子晶體是由陰陽離子相互作用而組成的化合物。大多數(shù)活潑金屬的鹽類、 可溶性強(qiáng)堿都是離子晶體。 離子晶體熔化需要克服離子鍵。決定離子鍵強(qiáng)弱的是組成離子鍵離子的離子半徑、所帶的電荷數(shù)。離子半徑越小、所帶的電荷越多，離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔 沸點(diǎn)越高。例如 MgO、AI2O3都是高溫防火材料?！窘饘倬w】金屬晶體由金屬離子和自由電子組成。 決定金屬熔沸點(diǎn)的是金屬鍵的強(qiáng)弱。 原子半徑 越小，原子核所帶電荷越大， 金屬鍵越強(qiáng)，熔沸點(diǎn)越高。例如：在堿金屬族Li、Na

2、、K、 Rb、 Cs，熔沸點(diǎn)隨原子序數(shù)的增大而減小。【分子晶體】多數(shù)的非金屬，非金屬氧化物，不活潑金屬的氧化物， 難溶性弱堿，大多數(shù)的含氧酸， 一些鹽類、絕大多數(shù)有機(jī)物都是分子晶體。分子晶體中，分子之間以范德華力相結(jié)合。分 子晶體發(fā)生物態(tài)變化不破壞化學(xué)鍵，只克服范德華力。熔沸點(diǎn)取決于范德華力的大小。結(jié) 構(gòu)相似，范德華力隨分子量的增大而增大。例如：F2、CI2、B2、I2熔沸點(diǎn)增大；有機(jī)物的同系物例如烷烴，醇，酸等隨碳原子個數(shù)的增加，熔沸點(diǎn)升高。分子極性是指分子內(nèi)的正負(fù)電荷空間分布是否均勻。例如：CH4、CCI4是非極性分子；NH3、H2O就是極性分子。大多數(shù)的有機(jī)物分子的極性很弱。分子極性 與

3、分子化學(xué)鍵的極性有關(guān)。 有些分子內(nèi)雖然有極性共價鍵， 但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對稱,屬于非極性分子。同樣，非極性鍵組成的分子也不一定是非極性分子，例如：臭氧分子O3因?yàn)榉肿映收劬€形，就是極性分子。常見分子的空間構(gòu)型如下表：分子種類與代表物質(zhì)鍵的極性分子形狀分子的極性雙原子分子CI2、N 2CI Cl; N三N非極性鍵直線型非極性分子HF、HClH F; H CI極性鍵直線型極性分子多 原 子 分 子CO2CS2極性鍵直線型、對稱鍵角180非極性分子H2O極性鍵折線型，鍵角104 30極性分子CH4、CCI4極性鍵正四面體型，鍵角 109 28非極性分子NH3極性鍵三角錐型，鍵角107 18極性分子H2S極性

4、鍵折線型，鍵角90極性分子P4非極性鍵正四面體型，鍵角60 非極性分子根據(jù)分子極性，有相似相溶原理。即極性分子易溶在極性溶劑中，非極性分子易溶在非極性溶劑中。例如：HCI、NH3極易溶于水；CI2、 B2、 I2在水中的溶解度不大,但在CCI4、汽油、苯等有機(jī)溶劑中，溶解度較大?！驹泳w】SiO2、Si、 SiC 金剛砂、金剛石等是原子晶體，都具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)，硬度 大的特點(diǎn)。1、決定原子晶體溶沸點(diǎn)的是組成元素原子半徑的大小，原子半徑越小，共價鍵越牢固，熔沸點(diǎn)越高。所以熔沸點(diǎn)的關(guān)系是C SiO2 SiC Si。2、石墨不是典型的原子晶體。它是層狀結(jié)構(gòu)，每一層內(nèi)，碳原子排成正六邊形鍵長0.1

5、42nm，比金剛石的鍵長更短，因此熔沸點(diǎn)更高，層與層之間以范德華力相結(jié)合，層與層之間可滑動。石墨的晶體結(jié)構(gòu)示意圖石墨的晶體結(jié)構(gòu)俯視圖如上圖一個元素原子參與成 3個六邊形，即3個六邊形共用一個碳原子，平均每個環(huán)有2個碳原子。這個圖中屬于這七個六邊形的碳原子共有14個。金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖如上圖，金剛石晶體呈立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元呈正四面體。在金剛石結(jié)構(gòu)中，碳原子組成的最小環(huán)是六元環(huán)，每個碳原子為 與金剛石類似，只是在碳碳之間參加了一個氧原子12個六元環(huán)所共有。SiO2晶體 Si O鍵呈直線，其最小重復(fù)單位為12元環(huán)，每個Si原子為12個環(huán)共有，每個12元環(huán)平均占有一個氧原子?！鞠∮袣怏w】

6、1、稀有氣體的原子半徑比同周期的其他元素原子半徑大。2、稀有氣體是單原子分子。3、 稀有氣體都是分子晶體。 其中He因分子量小，而且是單原子分子，其熔點(diǎn)一272.2 C接近于絕對零度。4、 原子序數(shù)大的稀有氣體化學(xué)性質(zhì)相對其他稀有氣體活潑一些。例如Xe可以與F2 形成一系列的化合物 XeF2、XeF4、XeF6?！驹刂芷诒?、元素周期律】俄國化學(xué)家門捷列夫創(chuàng)立了元素周期表。在現(xiàn)行的長式周期表中，左側(cè)是金屬元 素，中間是過渡元素，右側(cè)是非金屬元素。從元素周期表中，可以明顯地看到：金屬 元素多于非金屬元素。同主族元素的化學(xué)性質(zhì)相似，隨原子序數(shù)增大，原子半徑增大， 非金屬性減弱，金屬性增強(qiáng)。同周期元素隨原子序數(shù)增大，原子半徑減小，非金屬性 增強(qiáng)，金屬性減弱。稀有氣體的原子半徑比同周期的其他元素原子半徑大。元素周期表的前三周期為短周期，第四周期至第六周期為長周期，第七周期為不 完全周