分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)(另)

1、第五章 分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu),引言分子是參與化學(xué)反應(yīng)的基本單元。分子是由原子組成的，所以分子的形成說明原子之間存在著相互作用。 分子結(jié)構(gòu)：微觀獨立存在的集合體（分子、離子、原子）中原子之間的排列及作用。 晶體結(jié)構(gòu)：宏觀聚集體中微粒（原子、分子、離子）的排列及作用。 本章重點：共價化合物結(jié)構(gòu)理論，有關(guān)應(yīng)用 第一節(jié) 化 學(xué) 鍵(自學(xué)) 一、定義： 在分子或晶體中，相鄰原子間強烈的相互作用。,二、類型： 離子鍵 共價鍵（配位鍵） 金屬鍵 三、鍵參數(shù)：表征化學(xué)鍵性質(zhì)的物理量。 1、鍵能： 概念：破壞1mol氣態(tài)化學(xué)鍵（化學(xué)式表示）變成氣態(tài)原子或原子團所需要的能量。 若破壞的化學(xué)鍵多于一個時，則取其平均值

2、。 鍵能越大，破壞鍵所需能量越大，鍵越強。 2、鍵長： 概念：分子間兩原子核間的平衡距離。 一般情況下，鍵長越短，鍵強度越大。鍵越牢固。 3、鍵角：指鍵之間的夾角 概念：表征化學(xué)鍵方向性、分子空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。 4、鍵矩：表征原子間鍵的正負電荷重心不重合的程度。 鍵矩為零正負電荷重心重合，為非極性鍵。 鍵矩不為零，為極性鍵；鍵矩越大，鍵極性越強。,第二節(jié) 離子化合物的結(jié)構(gòu) (總結(jié)歸納) 問題：根據(jù)希有氣體原子的電離能和電子親合能數(shù)據(jù)有何啟示？ 說明：原子難失去電子，也難得到電子。該電子構(gòu)型穩(wěn)定 對價電子數(shù)較少金屬原子，傾向于失去價電子變成希有氣體型的陽離子。 對非金屬，價電子數(shù)多，則傾向于獲

3、得電子成8電子型的陰離子。 提出：金屬與非金屬原子彼此發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成的相互作用，稱為離子鍵。,一、離子鍵及離子化合物： 1、定義：由異電荷靠靜電作用產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)合力，稱為離子鍵。 離子型化合物：由離子鍵組成的化合物。 2、形成條件： 通常以電負性差大于1.7作為是否為離子鍵的參考依據(jù) 3、本質(zhì)：靜電作用。 4、特征： 無方向性 無飽和性 5、離子結(jié)構(gòu)類型： 2e、8e、18e、18+2e、不飽和型,二、離子晶體及其特性： 1、晶體： 微觀粒子（分子、原子、離子）在空間規(guī)則排列形成的宏 觀聚集體。 2、晶格結(jié)點：微粒所處的位置。 3、晶胞：重復(fù)排列的具有代表性的最小單元。 4、AB型晶體構(gòu)型

4、： CsCl型 NaCl型 ZnS型 （了解） 晶格類型 體心立方 面心立方 面心立方 配位數(shù) 8 6 4 5、離子晶體特性： 具有較高的熔沸點和硬度； 脆性，機械加工性能差； 導(dǎo)電性：熔融或水溶液導(dǎo)電，但固體不導(dǎo)電。,三、晶格能 1、定義：破壞1mol晶體（化學(xué)式），形成無限遠離的氣態(tài)離子的能量變化 2、分析：離子晶體形成過程中的能量變化 3、表明：離子晶體能穩(wěn)定存在，關(guān)鍵在于陰陽離子間強烈的結(jié)合力，僅用電子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定說明其形成是不完善的。 4、影響因素：離子的電荷、半徑 5、應(yīng)用： NaX物理性質(zhì)變化規(guī)律,第三節(jié) 共價化合物的結(jié)構(gòu) 問題 如何說明H2、HCl等眾多物質(zhì)的形成及性質(zhì)。 離子鍵理

5、論不能圓滿解釋。 提出了原子間可通過共用電子對形成分子的觀點，即共價鍵。 共價鍵：原子間通過共用電子對形成的化學(xué)鍵。 問題：共用電子為什么能形成？形成條件是什么？本質(zhì)是什么？ 隨著量子力學(xué)的建立，近代原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，先后建立了兩大共價鍵理論：VB法和M0法。 一、VB法： 立論點：電子配對和原子軌道最大重疊。,1、要點： 電子配對原理： 原子間共價鍵結(jié)合是以相互自旋反向的未成對電子彼此配對為前提，符合不相容原理 即成單電子且自旋相反，倆倆偶合成“電子對”形成共價鍵。 推論：兩原子各有一個成單電子且自旋反向，則形成一個穩(wěn)定共價單鍵；若有多個成單電子且自旋反向，則形成復(fù)鍵。 若A原子有兩個成單

6、電子，B原子有一個成單電子，滿足自旋反向則形成AB2型分子。 原子軌道最大重疊原理： 兩配對電子的原子軌道，力圖最大程度的重疊才能最大限度的使核間的電子云密集，能量處于最低狀態(tài)，形成共價鍵。,2、共價鍵的本質(zhì)和形成條件： 本質(zhì)：仍是電性的。 形成條件： .成單電子自旋相反； .原子軌道最大重疊。 同時滿足，方能成鍵。 3、共價鍵的特征： 飽和性：由于每個原子提供的軌道和成單電子數(shù)目是一定的，所以每年原子的成鍵總數(shù)或以單鍵聯(lián)接的原子數(shù)目是一定的。 方向性：原子軌道除S外，在空間都有一定的取向，所以只有沿著一定的方向才能發(fā)生最大重疊。 4、共價鍵的類型： 鍵：沿鍵軸方向，“頭碰頭”方式重疊。 鍵：

7、軌道對稱軸相互平行，“肩并肩”重疊。 重疊程度：鍵大于鍵,5、VB法補充 激發(fā)成鍵觀點：例 配位鍵：原子間共用電子對是由一個原子提供形成的化學(xué)鍵。 問題：水分子的空間構(gòu)型如何解釋？ 二、雜化軌道理論 立論：原子軌道在成鍵時，為增強其成鍵能力，幾個原子軌道可混雜重新組成幾個新的原子軌道。 (一)要點： 1.原子形成分子時存在價層內(nèi)電子的激發(fā)，軌道雜化過程。 雜化：原子相互影響，若干不同類型能量相近的原子軌道“混合”，重新組合成一組新的軌道的過程。 雜化軌道：雜化后形成的新軌道。 雜化軌道數(shù)目：與參與組合的原子軌道數(shù)目相同。,2.等性、不等性雜化 等性雜化：每個雜化軌道完全等同 不等性雜化：每個雜

8、化軌道不完全等同，即雜化軌道中有不參與 成鍵的孤電子對。 3.滿足軌道最大重疊原理 4.滿足化學(xué)鍵之間最小排斥原理 (二)雜化類型與分子空間構(gòu)型： SP SP2 SP3 dSP2 dSP3(SP3d) d2SP3(SP3d2) 直線 三角型 四面體 四邊形 三角雙錐 八面體 離域鍵大鍵 形成條件：“肩并肩”重疊方式，共用電子數(shù)小于共用電子原子數(shù)的兩倍。 (三)應(yīng)用: (四)雜化理論的局限性及應(yīng)用注意 雜化類型的確定，應(yīng)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)（鍵參數(shù)）、對中心原子結(jié)構(gòu)分析，要靈活掌握。,三、分子的某些性質(zhì) 1、極性分子偶極 表征分子中正、負電荷中心不重合的程度(偶極矩) 分子極性與鍵的極性關(guān)系 非極性鍵：

9、非極性分子 極性鍵： 結(jié)構(gòu)對稱非極性分子 結(jié)構(gòu)不對稱極性分子 2、分子磁性：表征分子在磁場中行為 順磁：物質(zhì)在磁場中因電子自旋產(chǎn)生對著外磁場方向的磁矩 抗磁：兩電子自旋相反配對，兩個小磁場方向相反而抵消 故主要與物質(zhì)內(nèi)部的成單電子結(jié)構(gòu)有關(guān)，通過磁性數(shù)據(jù)，可得到成單電子數(shù)信息。,用VB法對O2 、H2+形成和性質(zhì)無法圓滿解釋。 四、分子軌道理論 立論：原子軌道重新“組合” 要點： 1.能量相近、對稱性匹配的不同原子的原子軌道可以“組合”成數(shù)目相等的分子軌道，能級將發(fā)生變化。 2.分子軌道類型 成鍵分子軌道：能量低于原子軌道，有、 反鍵分子軌道：能量高于原子軌道，有*、* 3.電子排布遵循原子結(jié)構(gòu)

10、電子排布原理。 4.分子能級順序 5.電子在成鍵軌道上，體系能量降低，形成化學(xué)鍵； 電子在反鍵軌道上，體系能量升高，不利于形成化學(xué)鍵 小結(jié)：MO法計算復(fù)雜，描述分子幾何構(gòu)型不夠直觀。,五、共價物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu) 共價鍵的飽和性,使一些以共價鍵結(jié)合的物質(zhì)以小分子形式存在。 1、分子間作用力(Van氏力)與分子晶體 范氏力 、分子偶極： 固有偶極 誘導(dǎo)偶極 瞬時偶極：處于不停運動的電子與核產(chǎn)生瞬間相對位移 、范氏力： 取向力: 極性分子間，因固有偶極的存在產(chǎn)生的相互作用。 誘導(dǎo)力: 外電場作用下分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極而發(fā)生的作用。 色散力: 由瞬時偶極而產(chǎn)生的作用。,、三種存在范圍： 取向力極性分子間 誘導(dǎo)

11、力：極性分子間、極性非極性分子 色散力：所有分子之間。 、影響因素： 取向力：分子間距離的六次方成反比，與溫度成反比，與固有偶極成正比。 誘導(dǎo)力：分子間距離的六次方成反比，與溫度成反比，與變形性成正比。 色散力：分子間距離的六次方成反比，與溫度成反比，與變形性成正比。 相對大?。荷⒘θ∠蛄φT導(dǎo)力。 、范氏力特點： 永遠存在于分子間的一種力； 作用力較小，作用范圍小； 無方向性和飽和性。,分子晶體及特性： 、分子晶體：占據(jù)晶格結(jié)點的質(zhì)點是小分子，分子間靠范氏力彼此規(guī)則排列，形成的宏觀聚集體。 、特征： 硬度小，熔沸點低， 固液氣態(tài)導(dǎo)電性差， 加工性尚可。 、范氏力對物質(zhì)物性的影響 氫鍵分子間又

12、一種作用力 、氫鍵：與電負性值很大、半徑小的元素原子共價結(jié)合的氫原子與另一電負性值很大、半徑小的元素原子之間的作用。 、形成條件：F、O、N 、特征： 具有方向性和飽和性 氫鍵較范氏力大但不如化學(xué)鍵強。,、氫鍵類型及對物性的影響 分子內(nèi)和分子間氫鍵 2、原子晶體 共價物質(zhì)的另一類晶體 定義：占據(jù)晶格結(jié)點的質(zhì)點為原子，原子間通過共價鍵規(guī)則排列，形成的宏觀聚集體。 特征： 不存在獨立的小分子 高熔沸點、高硬度 熱電不良導(dǎo)體 加工性能差 3、混合型晶體石墨,第四節(jié) 金屬鍵與金屬晶體 如何解釋金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)及原子間的相互作用 金屬原子間強烈的相互作用力金屬鍵 一、改性共價鍵理論（自由電子理論） 1

13、.要點： 1.自由電子及形成:金屬原子的價電子易電離成為自由電子，這些電子能自由地從一個原子“跑”向另一個原子。 2.金屬鍵形成:金屬原子通過“共用”“自由電子”相互作用（靜電吸引）結(jié)合在一起 2.金屬鍵本質(zhì)及特征： 電性力 無方向性和飽和性 形象化:金屬原子間有電子氣自由流動；金屬原子沉浸在電子的“海洋”中。 二、金屬晶體、特性及理解 結(jié)構(gòu)特點：傾向最緊密堆積 特性： 較高密度 良好加工性 良好導(dǎo)電熱性 金屬光澤,第五節(jié) 離子極化 前面離子鍵的討論，視離子為不變的球?qū)ΨQ體，而實際上離子間將以各自的電場相互影響其電子云。 一、離子極化現(xiàn)象：使離子的電子云“變形”，與核發(fā)生相對位移，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，在離子間產(chǎn)生一種附加作用力的現(xiàn)象。 二、極化規(guī)律及影響因素： 變形性：離子半徑越大，變形性越大； 極化能力：外加電場或離子自身的電場強弱 離子半徑小、電荷多，電場強度