分子結(jié)構(gòu)與晶體類型ppt課件

1、第3章 分子結(jié)構(gòu)與晶體類型學(xué)習(xí)內(nèi)容3.1 化學(xué)鍵3.2 雜化軌道與分子構(gòu)型3.3 分子間力與氫鍵3.4 晶體類型學(xué)習(xí)要求 1理解分子的極性，分子間力類型及變化規(guī)律，氫鍵的形成條件、本質(zhì)及特征，掌握分子間力和氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響規(guī)律；會(huì)判斷分子的極性，比較共價(jià)化合物的熔、沸點(diǎn)高低，溶解性強(qiáng)弱等性質(zhì)。 2掌握晶體的類型、特點(diǎn)，了解離子極化概念，理解不同晶體性質(zhì)差異的原因及離子極化對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響規(guī)律；能判斷分子間力、氫鍵及離子極化對(duì)物質(zhì)物理性質(zhì)影響。分子構(gòu)型 對(duì)稱性 非極性分子 CO2 直線形 CC143.3.1 分子的極性正負(fù)電荷中心重合的分子，稱為非極性分子。正負(fù)電荷中心不重合的分子，稱為極性

2、分子。1)雙原子分子的極性和化學(xué)鍵的極性是一致的。2)多原子分子的極性由分子組成和結(jié)構(gòu)決定。 H2，O2，N2，Cl2 非極性共價(jià)鍵 非極性分子 HF，HCl，HBr，HI 極性共價(jià)鍵 極性分子不對(duì)稱性 極性分子 H2O V形 CHC13 分子類型空間構(gòu)型分子極性常見(jiàn)實(shí)例三原子分子 ABA ABA ABC四原子分子 AB3 AB3五原子分子 AB4 AB3C直線形彎曲形直線形平面三角形三角錐形正四面體四面體非極性極性極性非極性極性非極性極性CO2，CS2，BeCl2，HgCl2H2O，H2S，SO2HCN，HClOBF3，BCl3，BBr3，BI3NH3，NF3，PCl3，PH3CH4，CCl

3、4，SiH4，SnCl4CH3Cl，CHCl3，CF2Cl2 多原子分子的類型、空間構(gòu)型、極性 偶極矩 =qd極性分子：極性的大小可以用偶極矩 來(lái)度量。HCl1、永久偶極(固有偶極)Dipole Moment, d ：正、負(fù)電荷重心間距（偶極長(zhǎng)）q ：電量單位： 德拜（Debye，D） 1D3.336 10-30 Cm（庫(kù)侖米）表示：（） （）（矢量） 偶極矩以德拜（D）為單位，當(dāng)q = 1.62 1019 庫(kù)侖（電子的電量），d=1.0 1010m()時(shí)，= 4.8 D 。 偶極矩 =qd 雙原子分子的偶極矩就是極性鍵的鍵矩。 HI HBr HCl NH3 H2O 乙醚 / D 0.38 0

4、.79 1.03 1.66 1.85 1.15 極性分子的偶極矩稱為永久偶極。H2O 分子 多原子分子的偶極矩是各鍵矩的矢量和。 下列分子中偶極矩為零的是( )。A NF3 B NO2 CPCl3 DBCl3答： D 非極性分子偶極矩為零，但各鍵矩不一定為零。BCl3 分子 誘導(dǎo)偶極用 表示， 其強(qiáng)度大小和電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，也和分子的變形性成正比。2、誘導(dǎo)偶極和瞬間偶極 而極性分子在外電場(chǎng)作用下，其偶極也可以增大。在電場(chǎng)的影響下產(chǎn)生的偶極稱為誘導(dǎo)偶極。 所謂分子的變形性，即分子的正負(fù)電重心的可分程度，分子體積越大，電子越多，變形性越大。 非極性分子在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)、碰撞，原子核和電子的

5、相對(duì)位置變化 其正負(fù)電重心可有瞬間的不重合；極性分子也會(huì)由于上述原因改變正負(fù)電重心。 這種由于分子在一瞬間正負(fù)電重心不重合而造成的偶極叫瞬間偶極。 瞬間偶極和分子的變形性大小有關(guān)。1、取向力 極性分子之間的永久偶極 永久偶極作用稱為取向力， 它僅存在于極性分子之間，F(xiàn) 2。 極性分子的永久部分電荷之間的吸引作用。3.2.2 分子間作用力 （范德華力） 極性分子作為電場(chǎng)，使非極性分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極或使極性分子的偶極增大（也產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極），這時(shí)誘導(dǎo)偶極與永久偶極之間產(chǎn)生誘導(dǎo)力。2、誘導(dǎo)力 誘導(dǎo)偶極 永久偶極之間的作用稱為誘導(dǎo)力。 因此，誘導(dǎo)力存在于極性分子與非極性分子之間，也存在于極性分子與極性分子

6、之間。色散力的形成3、色散力 色散力存在于極性分子和極性分子，極性分子和非極性分子及非極性分子和非極性分子之間。 瞬間偶極 瞬間偶極之間有色散力。 kJmol1 取向力 誘導(dǎo)力 色散力 Ar 0 0 8.49 HCl 3.305 1.104 16.82色散力大小與分子的形態(tài)1）分子量愈大，色散力愈大；2）相同組成時(shí)，線性分子的色散力較大。如：正戊烷，bp=36.1 C。而(CH3)4C, bp=9.5 C。 取向力、誘導(dǎo)力和色散力統(tǒng)稱范德華力。 a ) 永遠(yuǎn)存在于分子之間； b ) 力的作用很??； c ) 無(wú)方向性和飽和性； d ) 是近程力，F(xiàn) 1 / r7； e ) 經(jīng)常是以色散力為主。

7、范德華力的大小與物質(zhì)的 m. p. ，b. p. 等物理性質(zhì)有關(guān)。想一想He、Ne、Ar、Kr、Xe 從左到右b. p. 依次增高。為什么？想一想 下列每組分子之間存在著什么形式的分子間作用力？ I2和CCl4 CH3OH和H2O HBr氣體答： 色散力 色散力、取向力、誘導(dǎo)力 色散力、取向力、誘導(dǎo)力對(duì)物質(zhì)熔、沸點(diǎn)的影響 分子間力越強(qiáng)，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)越高。 如同族元素生成的單質(zhì)或同類共價(jià)化合物。 HeNeArKrXe F2Cl2Br2I2 熔、沸點(diǎn)依次升高 HClHBrHI對(duì)溶解性的影響 “相似相溶”規(guī)律。分子間力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響分子間作用力 (Intermolecular Forces)Ty

8、pe of interactionTypical energy(kJ/mol)Interacting speciesdipole-dipole03polar molecules Induced-dipole01polar and nonpolar moleculesDispersion825all types of moleculesHydrogen bonds530N, O, F; the link is a shared H atom化學(xué)鍵能約為：100600 (kJ/mol)1、氫鍵的形成氫鍵3.2.3 氫 鍵（Hydrogen Bonding）氫鍵F H F H 氫鍵的形成有兩個(gè)條件：

9、 1）與電負(fù)性大且 r 小的原子 ( F，O，N ) 相連的 H ； 2）在附近有電負(fù)性大，r 小的原子 ( F，O，N ) 。 （a）飽和性和方向性2、氫鍵的特點(diǎn)（b）氫鍵的強(qiáng)度（c）分子內(nèi)氫鍵 FH F OH O NHN E/kJmol1 28.0 18.8 5.4鄰硝基苯酚HNO3 想一想1、CH3CH2OH與H3COCH3b. p. 誰(shuí)大？2、HF、HCl、HBr、HI b. p. 如何變化？3、對(duì)硝基苯酚和鄰硝基苯酚 有分子內(nèi)氫鍵 m. p. 4445 沒(méi)有分子內(nèi)氫鍵 m.p. 113114 想一想m. p. 誰(shuí)高？想一想 N2、O2、F2等非極性分子能與H2O、NH3形成氫鍵嗎？為

10、什么？ 答：不能，因?yàn)镹2、O2、F2幾種分子中不具有帶局部負(fù)電荷的原子。 與非晶體不同，晶體具有以下特征： 規(guī)則的幾何外形 非晶體如玻璃、松香、瀝青等，沒(méi)有規(guī)則的幾何外形，因此稱為無(wú)定形體。3.4.1 晶體的特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)1晶體的特征 晶體與非晶體的不同點(diǎn) （a）可壓性和擴(kuò)散性均不同 （b）晶體有固定的外形，非晶體沒(méi)有 （c）晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒(méi)有 （d）晶體有各向異性，非晶體則是各向同性的晶體與非晶體玻璃、松香、瀝青無(wú)定形體3.4.1 晶體的特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十四種晶格三斜P(pán)單斜P(pán)單斜C正交P正交C正交I正交F四方P四方F三方P六方P立方P立方F立方I(a) 簡(jiǎn)單立方晶格

11、(b) 面心立方晶格 (c) 體心立方晶格 (d) 簡(jiǎn)單六方晶格幾種常見(jiàn)晶格 最常見(jiàn)的為簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方和簡(jiǎn)單六方等四種晶格 。晶體可劃分為離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體等。晶格能 晶格能是氣態(tài)的正負(fù)離子，結(jié)合成 1 mol NaCl 晶體時(shí)，放出的能量，用 U 表示。Na + ( g ) + Cl ( g ) = NaCl ( s ) H = U 晶格能 U 越大，則形成離子鍵得到離子晶體時(shí)放出的能量越多，離子鍵越強(qiáng)。 定義：晶格能表示相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)正離子和負(fù)離子結(jié)合成 1 mol 離子晶體時(shí)所釋放的能量，或1 mol 離子晶體解離成自由氣態(tài)離子時(shí)所吸收的能量。（一）離子

12、晶體離子化合物的性質(zhì) (The Properties of Ionic Compounds)高熔點(diǎn) High melting points高沸點(diǎn) High boiling points易脆性 Brittleness溶解性 Some are soluble, some not.例 Ca3(PO4)2：骨頭的主要成分Osteoporosis（骨質(zhì)疏松癥）Fcc not ccp (陰離子面心立方，陽(yáng)離子處在八面體空隙)Coordination number (6, 6)Radius ratio = rcation/ranion, 0.4-0.7 (NaCl, 0.564)Rock-salt stru

13、cture (NaCl, KBr, RbI, MgO, CaO, AgCl)Fcc (陰離子面心立方，陽(yáng)離子處在四面體空隙)(2)number (4, 4) Coordination (3)Radius ratio = rcation/ranion, 0.7Cesium-chloride structure (CsCl, CsBr, CsI, NH4Cl) 在分子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列的都是中性分子。雖然分子內(nèi)部各原子是以強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，但分子之間是以較弱的范德華力相結(jié)合的。以二氧化碳晶體為例，它呈面心結(jié)構(gòu)，CO2分子分別占據(jù)立方體的8個(gè)頂點(diǎn)和6個(gè)面的中心位置，分子內(nèi)部是以C=O共價(jià)鍵結(jié)合，而

14、在晶體中CO2分子間只存在色散力。而另一些如固體氯化氫、氨、三氯化磷、冰等由極性鍵構(gòu)成的極性分子，晶體中分子間存在色散力、取向力、誘導(dǎo)力，有的還有氫鍵，所以它們的結(jié)點(diǎn)上的粒子間作用力大于相對(duì)分子質(zhì)量相近的非極性分子之間的引力。（二）分子晶體(Molecular solids) 分子晶體的硬度較小，熔點(diǎn)也較低，揮發(fā)性大，在常溫下以氣體或液體存在。 分子晶體與離子晶體、原子晶體有所不同，它是以獨(dú)立的分子出現(xiàn)，因此，化學(xué)式也就是它的分子式。屬于分子晶體的有非金屬單質(zhì)，如鹵素、H2、N2、O2；也有非金屬化合物，如CO2、H2S、HCl、NH3等，以及絕大部分的有機(jī)化合物。在稀有氣體的晶體中，雖然在晶

15、格結(jié)點(diǎn)上是原子，但這些原子間并不存在化學(xué)鍵，所以稱為單原子分子晶體。液態(tài)和固態(tài)的H2O and Benzene冰的晶體結(jié)構(gòu)Each O atom is surrounded tetrahedrally by four H atoms, two of which are sigma-bonded to it and two of which are hydrogen bonded to it.冰和苯The mobility of the valence electrons in a metal accounts for its luster(光澤), malleability, ductilit

16、y (延展性), and electrical conductivity(導(dǎo)電性). The resistance of conductors increase with temperature.金屬的性質(zhì)（三）金屬晶體 (Metallic crystals)金屬晶體(Metallic crystals)六方緊密堆積 IIIB，IVB面心立方緊密堆積 IB，Ni，Pd， Pt立方體心堆積 IA，VB，VIB 金屬的堆積方式金屬晶體中離子是以緊密堆積的形式存在的。六方緊堆晶格面心立方緊堆晶格ABCABC, 配為數(shù) coordination number = 12Examples: Al, Cu,

17、 Ag, Au（許多金屬采取密堆積結(jié)構(gòu)，但非所有）金屬晶體立方密堆積，面心六方密堆積 (hexagonal close-packed, hcp)ABABAB, coordination number = 12. e.g., Mg and Zn金 (gold, Au)金晶格體心立方 body-centered cubic (bcc), e.g., Fe, Na, K, U鈾（Uranium, U)簡(jiǎn)單立方（釙，Po）釙 晶格結(jié)點(diǎn)上交替排列著原子，原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合的晶體，稱為原子晶體。 （四）原子晶體特點(diǎn)：硬度很大；熔點(diǎn)很高；導(dǎo)電性差，多為絕緣體或半導(dǎo) 體；溶解性差，不溶于常見(jiàn)溶劑。 常見(jiàn)原

18、子晶體還有金剛砂（SiC）、石英（SiO2）、氮化硼（BN）、氮化鋁（AlN）等。金剛石結(jié)構(gòu)示意圖 金剛石硬度為10，熔點(diǎn)3552。每個(gè)C原子以4個(gè)sp3雜化軌道下列物質(zhì)按熔點(diǎn)由高到低的順序排列為 。 SiC Au CO2 HCl 答： 石墨的層狀晶體結(jié)構(gòu)示意圖（五）混合型晶體每個(gè)C原子均以3個(gè)sp2雜化軌道鍵角為120一個(gè)未雜化的2p軌道 石墨晶體中既有共價(jià)鍵，又有分子間力，是兼有原子晶體、分子晶體和金屬晶體特征的混合型晶體。 四種晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性質(zhì)特點(diǎn)晶體類型晶格結(jié)點(diǎn)上的粒子粒子間的作用力晶體的一般性質(zhì)實(shí) 例離子晶體陰、陽(yáng)離子離子鍵熔點(diǎn)較高，硬度大而脆，固態(tài)不導(dǎo)電，熔融態(tài)或水溶液導(dǎo)電Na

19、Cl、MgO、CaO、BaSO4原子晶體原子共價(jià)鍵熔點(diǎn)很高，硬度很大，不導(dǎo)電金剛石、SiC分子晶體分子分子間力（有的有氫鍵）熔點(diǎn)低，硬度小，不導(dǎo)電CO2、I2、H2O、NH3金屬晶體原子、離子金屬鍵熔點(diǎn)一般較高，硬度一般較大，能導(dǎo)電，導(dǎo)熱，具有延展性W、Au 、Cu *3.4.3 離子極化 1離子極化的概念 【實(shí)例分析】某些離子半徑相近，電荷相同的二元化合物性質(zhì)差異很大。例如， NaClr（Na）95pm遠(yuǎn)比CuClr（Cu）96pm在水中的溶解度大，這是由離子的極化引起的。 離子極化理論是離子鍵理論的重要補(bǔ)充。離子極化理論認(rèn)為：離子化合物中除了起主要作用的靜電引力之外，誘導(dǎo)力起著很重要的作用

20、。陰、陽(yáng)離子靠近時(shí)，由于靜電作用，相互產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極的過(guò)程，稱為離子極化（見(jiàn)鏈接）。 離子極化程度主要決定于陽(yáng)離子極的化作用和陰離子的變形性。通常陽(yáng)離子以極化作用為主；而離子以變形性為主。 2影響陽(yáng)離子極化作用的主要因素 陽(yáng)離子的極化作用與離子的電荷、半徑和外層電子構(gòu)型有關(guān)。 離子電荷 當(dāng)離子殼層的電子構(gòu)型相同，半徑相近時(shí)，離子電荷較高的陽(yáng)離子有較強(qiáng)的極化作用。例如：Al3+ Mg2+ Na+ 外層電子構(gòu)型 當(dāng)離子電荷相等，半徑相近時(shí)，不同外層電子構(gòu)型的陽(yáng)離子，其極化作用大小順序如下18電子,18+2電子,2電子 917電子構(gòu)型（如Fe2+, 8電子構(gòu)型（如Na+,Ca2+,型（如Ag+,Pb2

21、+,Li+等） Ni2+,Cr3+等） Mg2+等） 離子半徑 當(dāng)離子構(gòu)型相同，離子電荷相等時(shí)，半徑越小，離子極化作用越大。 由于陽(yáng)離子半徑相互差別不大，所以，陽(yáng)離子的電荷數(shù)及外層電子構(gòu)型對(duì)極化作用影響較大。 3影響陰離子變形性的主要因素 陰離子的變形性主要決定于離子半徑，其次是離子電荷。 離子半徑 當(dāng)電荷相同時(shí)，陰離子半徑越大，其變形性越大。例如F- Cl- Br- I- 離子電荷 當(dāng)陰離子半徑相近時(shí)，隨陰離子電荷的增加（電子云蓬松），其變形性將逐漸增大。 4離子附加極化 上面著重討論了陽(yáng)離子對(duì)陰離子的極化作用，而當(dāng)陽(yáng)離子也容易變形時(shí)，陰離子對(duì)陽(yáng)離子也會(huì)產(chǎn)生極化。兩種離子相互極化，可使誘導(dǎo)偶

22、極進(jìn)一步拉長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱為附加極化。附加極化加大了離子間引力，因而會(huì)對(duì)化合物性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。 通常，具有18電子和182電子構(gòu)型的陽(yáng)離子（如Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+、Bi3+等），還具有較大的變形性，可以產(chǎn)生附加極化。 同族元素，當(dāng)離子電荷相同時(shí)，附加極化隨離子半徑的增大而增大。例如，在B族元素鋅、鎘、汞的碘化物中，總極化作用依Zn2+ Cd2+ Hg2+順序增大。 5離子極化對(duì)化合物性質(zhì)的影響 晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變 陰、陽(yáng)離子之間有強(qiáng)烈的相互極化作用，則會(huì)縮短離子間的距離，因而使離子晶格發(fā)生轉(zhuǎn)變。在AB型化合物中，晶型將依下列順序發(fā)生改變：CsCl 型 NaCl 型 ZnS 型 分子晶體相互極化作用遞增，晶型的配位數(shù)遞減 例如，AgCl、AgBr和AgI，按離子半徑比規(guī)則計(jì)算，它們的晶體都應(yīng)該屬于NaCl 型晶格（配位數(shù)為6）。但由于AgI離子間很強(qiáng)的附加極化作用，離子愈加靠近，致使AgI轉(zhuǎn)變?yōu)閆nS 型晶格。 熔點(diǎn)、沸點(diǎn)降低 離子極化作用加強(qiáng)，可引起化學(xué)鍵型發(fā)生變化，使離子鍵逐漸向極性共價(jià)鍵過(guò)渡，導(dǎo)致晶格能降低。例如：AgCl 與 NaCl 同屬于NaCl 型晶體，但Ag+離子的極化力和變形性遠(yuǎn)大于Na+離子，所以，AgCl的鍵型為過(guò)渡型，晶格能小于NaCl。因而AgCl的熔點(diǎn)（455）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NaCl的熔點(diǎn)（800）。