第3章 晶体结构PPT讲稿.ppt

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1、第3章 晶体结构第1页，共51页，编辑于2022年，星期一 3.1 3.1 晶体结构晶体结构3.1.1 3.1.1 晶体与非晶体晶体与非晶体 由粒子微粒在空间有规律地排列而形成的固体叫晶体。如食盐、石英和磁铁由粒子微粒在空间有规律地排列而形成的固体叫晶体。如食盐、石英和磁铁矿等都是晶体。晶体内部微粒排列的规律性，决定了晶体不同于非晶体的许多特矿等都是晶体。晶体内部微粒排列的规律性，决定了晶体不同于非晶体的许多特点。点。3.1.2 3.1.2 晶体的特征晶体的特征 1.1.晶体有一定的几何外形晶体有一定的几何外形-面角守恒定率面角守恒定率 物质物质 液态液态 固态固态 气态气态 晶态晶态 非晶态

2、非晶态第2页，共51页，编辑于2022年，星期一 晶体晶角示意图晶体晶角示意图 结晶格子示意图结晶格子示意图 2.2.晶体有固定的熔点晶体有固定的熔点NaCl(801)NaCl(801)、MgO(2800)MgO(2800)3.3.晶体的各向异性晶体的各向异性云母云母(导热性导热性)、石墨、石墨(导电性导电性)4.4.晶体的解理性晶体的解理性食盐食盐易易碎成小碎成小立方体立方体、云母、云母易易撕成薄片、撕成薄片、方解石方解石易裂成小菱面体易裂成小菱面体第3页，共51页，编辑于2022年，星期一3.1.3 3.1.3 晶体的内部结构晶体的内部结构1.1.晶格和晶胞晶格和晶胞为了研究晶体的几何结构

3、，通常将晶体中的粒子想象为几何学中的点，这为了研究晶体的几何结构，通常将晶体中的粒子想象为几何学中的点，这些点的总和构成的点群具有一定的几何形状，称为些点的总和构成的点群具有一定的几何形状，称为点阵或结晶格子点阵或结晶格子，简，简称称晶格晶格。在晶格上排有粒子的那些点，称为在晶格上排有粒子的那些点，称为晶格的结点晶格的结点。在晶体内，能够表现晶体结构特性的基本单位叫在晶体内，能够表现晶体结构特性的基本单位叫单元晶胞单元晶胞晶胞晶胞。氯化钠的晶格和晶胞氯化钠的晶格和晶胞 第4页，共51页，编辑于2022年，星期一2.2.几种简单的晶格几种简单的晶格 在晶格中，我们总可找到一个一个的在晶格中，我们

4、总可找到一个一个的平行六面体平行六面体。这些平行六面体的形状，可用三边。这些平行六面体的形状，可用三边之长之长a a、b b、c c 及夹角及夹角、来表示。根据来表示。根据a a、b b、c c、的不同特征，将晶体的不同特征，将晶体分为七大晶系。在同一晶系中又有不同的晶格类型，共有十四种晶格类型。本节只简单介分为七大晶系。在同一晶系中又有不同的晶格类型，共有十四种晶格类型。本节只简单介绍常见的立方晶系中的简单立方、体心立方和面心立方三种晶格和六方晶系中的六方密集绍常见的立方晶系中的简单立方、体心立方和面心立方三种晶格和六方晶系中的六方密集晶格晶格。简单立方晶格：简单立方晶格：由由8 8个粒子堆

5、积而成，外形为一立方体。八个粒子分别个粒子堆积而成，外形为一立方体。八个粒子分别排列在单个晶胞立方体的八个角顶上。排列在单个晶胞立方体的八个角顶上。体心立方晶格：体心立方晶格：由由9 9个粒子堆积而成，外形是个立方体。有八个粒子占个粒子堆积而成，外形是个立方体。有八个粒子占据立方体的八个角顶，第九个粒子排布在立方体的体心据立方体的八个角顶，第九个粒子排布在立方体的体心面心立方晶格面心立方晶格：由：由1414个粒子堆积而成，外形是个立方体。有八个粒子占据个粒子堆积而成，外形是个立方体。有八个粒子占据立方体的八个角顶，剩余立方体的八个角顶，剩余6 6个粒子分别排布在立方体的六个正方形平面的个粒子分

6、别排布在立方体的六个正方形平面的中心。中心。第5页，共51页，编辑于2022年，星期一六方密集晶格：六方密集晶格：六方密集晶格的外形为六面柱体，第一层的正六六方密集晶格的外形为六面柱体，第一层的正六 边形的每一个角上和其中心都各有一个粒子边形的每一个角上和其中心都各有一个粒子 (以绿色圆圈表示以绿色圆圈表示)；第二层在柱体中间有三；第二层在柱体中间有三 个粒子排成等边三角形个粒子排成等边三角形(以红色圆圈表示以红色圆圈表示)；第三、五第三、五,奇数层与第一层相同；第四、奇数层与第一层相同；第四、六六，偶数层与第二层相同，如此堆积构成，偶数层与第二层相同，如此堆积构成 六面体拄。这是粒子间的一种

7、最紧密的堆积方式之一。六面体拄。这是粒子间的一种最紧密的堆积方式之一。某些物质在不同的条件下可以以不同的晶格存在。例如，铁在某些物质在不同的条件下可以以不同的晶格存在。例如，铁在温度变化是可发生如下的温度变化是可发生如下的晶格转变晶格转变：不同晶格结构在固体中构成不同的相，因此，这种转变称为不同晶格结构在固体中构成不同的相，因此，这种转变称为固固体相变体相变。同一物质，晶格不同时，其性质也会有所差异同一物质，晶格不同时，其性质也会有所差异。例如，。例如，FeFe在室温在室温下溶碳量为下溶碳量为0.005%0.005%，723723时为时为0.02%0.02%，而在，而在FeFe中最大溶碳量可达

8、中最大溶碳量可达2%2%。910 1300910 1300Fe Fe Fe第6页，共51页，编辑于2022年，星期一 3.2 3.2 晶体的基本类型及特性晶体的基本类型及特性 依据晶格结点上粒子的种类不同将晶体分为下列四种主要类型依据晶格结点上粒子的种类不同将晶体分为下列四种主要类型 离子晶体：离子晶体：晶格结点上交替地排列着正、负离子晶格结点上交替地排列着正、负离子(图图a)a)；原子晶体：原子晶体：晶格结点上排列着中性原子晶格结点上排列着中性原子(图图b)b)；分子晶体：分子晶体：晶格结点上排列着极性分子或非极性分子晶格结点上排列着极性分子或非极性分子(图图c)c)；金属晶体：金属晶体：晶

9、格结点上排列着金属的原子或正离子晶格结点上排列着金属的原子或正离子(图图d)d)。第7页，共51页，编辑于2022年，星期一3.2.13.2.1离子晶体离子晶体 定义定义：由正、负离子交替地排列在晶格结点上所形成的晶体叫离子晶体。由正、负离子交替地排列在晶格结点上所形成的晶体叫离子晶体。离子晶体中晶格结点上微粒间的作用力是静电引力。离子晶体中晶格结点上微粒间的作用力是静电引力。特点特点：配位数高；熔点高硬度大；有脆性；固态下不导电，水溶液和熔融态配位数高；熔点高硬度大；有脆性；固态下不导电，水溶液和熔融态导电；大多数易溶于水形成水合离子；晶体中无独立存在的分子等。导电；大多数易溶于水形成水合离

10、子；晶体中无独立存在的分子等。1.1.离子晶体的配位数高离子晶体的配位数高 配位数和配位数高的原因配位数和配位数高的原因 表表3-13-1离子晶体的配位数与空间构型对照表离子晶体的配位数与空间构型对照表因为离子键即没有方向性，又没有饱和性，所以，在离子晶体中，只要空间条件允许，每个离子将因为离子键即没有方向性，又没有饱和性，所以，在离子晶体中，只要空间条件允许，每个离子将尽可能多地吸引异号离子在自己的周围。尽可能多地吸引异号离子在自己的周围。空间构型空间构型晶晶 格格 类类 型型配位数配位数NaCl型型面心立方晶格面心立方晶格Na+一套一套Cl-一套一套Na+6Cl-6CsCl型型简单立方晶格

11、简单立方晶格Cs+一套一套Cl-一套一套Cs+8Cl-8ZnS型型面心立方晶格面心立方晶格Zn2+一套一套S2-一套一套Zn2+4S2-4CaF2型型面心立方晶格面心立方晶格Ca2+一套一套F-两套两套Ca2+8F-4第8页，共51页，编辑于2022年，星期一 离子晶体是如何实现高配位数的？离子晶体是如何实现高配位数的？第9页，共51页，编辑于2022年，星期一 离子型化合物的离子型化合物的半径比规则半径比规则-半径比与配位数的关系半径比与配位数的关系 有两种例外情况有两种例外情况:当一个化合物中当一个化合物中r r+/r/r-等于或接近两种构型的转变值时，该物质可能同时具有两种晶等于或接近两

12、种构型的转变值时，该物质可能同时具有两种晶型。型。GeOGeO2 2 ：r r+/r/r-53/1320.4053/1320.40，有时有时r r+/r/r-可能超过理论的转变值，可能超过理论的转变值，如如RbClRbCl中中r r+/r/r-147/1840.80147/1840.80，配位数应为，配位数应为8 8，但，但事实上却等于事实上却等于6 6，为，为NaClNaCl型。型。影响配位数的因素：影响配位数的因素：r r+/r/r-，离子的电子构型，组成元素的比例，外界条件。例如，离子的电子构型，组成元素的比例，外界条件。例如，CsClCsCl常温是常温是CsClCsCl型，高温转变成型

13、，高温转变成NaClNaCl型型。r r+/r/r-0.2250.2250.4140.4140.4140.4140.7320.7320.7320.7321.001.00配位数配位数4 468空间构型空间构型ZnSZnS型型NaClNaCl型型CsClCsCl型型第10页，共51页，编辑于2022年，星期一离子晶体的空间构型对化合物性质的影响离子晶体的空间构型对化合物性质的影响 吸水性吸水性:无水无水Mg(ClOMg(ClO4 4)2 2是一个强的吸水剂，而高氯酸锂的水合是一个强的吸水剂，而高氯酸锂的水合 物物Li(HLi(H2 2O)O)2 2ClOClO4 4却是稳定的。却是稳定的。-r-r

14、+/r/r-太小太小 溶解度溶解度:例如，例如，LiClOLiClO4 4比比NaClONaClO4 4 溶解度约大溶解度约大1010倍，而倍，而KClOKClO4 4则则 属微溶盐。即属微溶盐。即AA的高氯酸盐，从上到下溶解度依次降低。的高氯酸盐，从上到下溶解度依次降低。-离子水合热大小和晶体结构稳定性离子水合热大小和晶体结构稳定性 热稳定性：若热稳定性：若r r+/r/r-太小，则离子晶体热稳定性较小。受热时太小，则离子晶体热稳定性较小。受热时 易分解，生成正、负离子半径比更合适的，负离子变小的离子易分解，生成正、负离子半径比更合适的，负离子变小的离子 晶体。如晶体。如 Li Li2 2C

15、OCO3 3 Li Li2 2O O CO CO2 2(g)(g)2NaO 2NaO2 2 Na Na2 2O O 3/23/2 O O2 2(g)(g)离子半径离子半径 离子半径本来应该是指离子电子云分布的范围。但是离子半径本来应该是指离子电子云分布的范围。但是 电子云的分布范围是较广的，仅几率密度不同而已，电子云的分布范围是较广的，仅几率密度不同而已，没有一个断然的截面。因此严格说来，一个离子的半径是不定的，一般所了解没有一个断然的截面。因此严格说来，一个离子的半径是不定的，一般所了解 的离子半径是：离子晶体中正负离子的核间距是正负离子的半径之和。的离子半径是：离子晶体中正负离子的核间距是

16、正负离子的半径之和。x x射线分析实验测射线分析实验测 标准标准 r(F r(F-)=133pm;r(O)=133pm;r(O2-2-)=132pm)=132pm NaF NaF的的d=230pmd=230pm r(Na+)230133=97pm正负离子的半径和正负离子的半径和与核间距的关系与核间距的关系 第11页，共51页，编辑于2022年，星期一2.2.离子晶体一般熔沸点高，硬度大离子晶体一般熔沸点高，硬度大 离子键的键能比较大，离子键的键能比较大，离子晶体具有较高的熔点和沸点。离子晶体具有较高的熔点和沸点。离子晶体的熔沸点规律离子晶体的熔沸点规律 一些离子型化合物的熔点和沸点一些离子型化

17、合物的熔点和沸点 离子电荷和离子大小对其熔点的影响离子电荷和离子大小对其熔点的影响 物质物质MgOCaONaClKCl熔点熔点/28002572801768沸点沸点/3600285014131417化合物化合物MgOBaONaFNaClNaBrNaI离子电荷离子电荷2,22,21,11,11,11,1离子核间距离子核间距/pm197266230278293317熔点熔点/29001920988800740660第12页，共51页，编辑于2022年，星期一离子晶体的晶格能离子晶体的晶格能U U 定义定义:当气态离子从远处逐渐接近结合为一摩尔离子晶体时所当气态离子从远处逐渐接近结合为一摩尔离子晶体

18、时所 放出的能量，称为离子晶体的晶格能（或点阵能）。放出的能量，称为离子晶体的晶格能（或点阵能）。玻恩玻恩-哈伯循环哈伯循环推算晶格能的实验值：推算晶格能的实验值：U UQ QS S1/2D1/2DI IE E 如如NaClNaCl：U U769.45769.45kJkJmolmol-1-1 如如NaClNaCl：d d278pm,A278pm,A1.7476,n1.7476,n8,8,求得求得U U761.77761.77 kJ kJmolmol-1-1 MX(晶晶)M+(g)X-(g)Q IEUM(晶晶)1/2X2(g)M(g)X(g)S1/2Dd=r+r-A马德隆常数；马德隆常数；n玻恩

19、指数玻恩指数玻恩玻恩-郎德公式：郎德公式：化合物化合物NaClKFCaSBaOSrOCaOMgO晶格能晶格能/kJmol-1769.45807.813028.823125.413309.513514.603928.78熔点熔点8018501923243025852800硬度硬度3.33.54.56.5越大，化合物的硬度越大，熔点愈高，愈稳定越大，化合物的硬度越大，熔点愈高，愈稳定。第13页，共51页，编辑于2022年，星期一离子晶体的硬度离子晶体的硬度 硬度：物质对于某种外来机械作用的抵抗程度。硬度是一种物硬度：物质对于某种外来机械作用的抵抗程度。硬度是一种物 质与另一种物质相刻画，利用其相对

20、的等级来确定的。质与另一种物质相刻画，利用其相对的等级来确定的。莫氏硬度标准莫氏硬度标准 离子晶体的离子晶体的硬度与下列因素有关：硬度与下列因素有关：配位数增大，硬度增大；配位数增大，硬度增大；极化作用增强而变软。极化作用增强而变软。物物 质质组组 成成硬度硬度物物 质质组组 成成硬度硬度滑石滑石Mg3(OH)2Si2O521正长石正长石KAlSi3O86石膏石膏CaSO42H2O2石英石英SiO27方解石方解石CaCO33黄晶黄晶Al2(FOH)2SiO48萤石萤石CaF24刚玉刚玉Al2O39磷灰石磷灰石Ca5F(PO4)35金刚石金刚石C10离子的电荷增大，硬度增大离子的电荷增大，硬度增

21、大离子的半径减小，硬度增大离子的半径减小，硬度增大晶格能愈大，则硬度愈大晶格能愈大，则硬度愈大第14页，共51页，编辑于2022年，星期一3.3.离子晶体有脆性离子晶体有脆性 离子晶体虽硬但比较脆，这是因为晶体受到冲击力时，各层离子离子晶体虽硬但比较脆，这是因为晶体受到冲击力时，各层离子发生错动，则吸引力大大减弱而破碎。发生错动，则吸引力大大减弱而破碎。离子晶体的错动示意图离子晶体的错动示意图 4.4.故态下不导电水溶液或熔融态导电故态下不导电水溶液或熔融态导电5.5.大多数易溶于水形成水合离子（大多数易溶于水形成水合离子（CaFCaF2 2除外除外）6.6.离子晶体物质的化学式离子晶体物质的

22、化学式第15页，共51页，编辑于2022年，星期一3.2.23.2.2原子晶体原子晶体 在晶格结点上排列着中性原子，原子以共价键相结合，即晶格结点上微粒间在晶格结点上排列着中性原子，原子以共价键相结合，即晶格结点上微粒间的作用力是共价键，这类晶体叫原子晶体。的作用力是共价键，这类晶体叫原子晶体。金刚石的晶体结构金刚石的晶体结构 石英的晶体结构石英的晶体结构 1.1.原子晶体的配位数小原子晶体的配位数小 2.2.原子晶体熔点很高，硬度很大原子晶体熔点很高，硬度很大 金刚石的硬度金刚石的硬度10,10,最大最大;t;tf f=3570=3570，单，单质中最高。工业应用质中最高。工业应用:耐磨或耐

23、火材料。金刚石、金刚砂都是极重要的耐磨或耐火材料。金刚石、金刚砂都是极重要的磨料。是应用极广的耐火材料，石英和它的变体，如水晶和玛瑙等，磨料。是应用极广的耐火材料，石英和它的变体，如水晶和玛瑙等，是工业上贵重的材料。是工业上贵重的材料。第16页，共51页，编辑于2022年，星期一3.3.原子晶体延展性小，有脆性原子晶体延展性小，有脆性 当原子晶体在外力作用下沿晶体内某一平面相对移动错位时，当原子晶体在外力作用下沿晶体内某一平面相对移动错位时，共价键被破坏，晶体被破损，因而，延展性小且性脆。共价键被破坏，晶体被破损，因而，延展性小且性脆。4.4.原子晶体固态液态均不导电原子晶体固态液态均不导电

24、这是因为原子晶体是由中性原子组成的，所以无论在固态或液这是因为原子晶体是由中性原子组成的，所以无论在固态或液 态下，系统内即没有自由移动的离子，也没有自由移动的电态下，系统内即没有自由移动的离子，也没有自由移动的电 子，因而不能导电。子，因而不能导电。5.5.原子晶体不溶于一般溶剂中原子晶体不溶于一般溶剂中6.6.原子晶体中无独立存在的分子原子晶体中无独立存在的分子 在周期表中能形成原子晶体的元素并不多，主要是在周期表中能形成原子晶体的元素并不多，主要是AA主族及主族及AA、AA和和AA主族元素互化物。如碳，硅，锗等单质的晶体是原子晶体；主族元素互化物。如碳，硅，锗等单质的晶体是原子晶体；碳化

25、硅（碳化硅（SiCSiC），碳化硼（），碳化硼（B B4 4C C），砷化镓（），砷化镓（GaAsGaAs）也属于原子晶体。）也属于原子晶体。碳化硅的晶格与金刚石一样，只是碳原子和硅原子乡间的排列起来。碳化硅的晶格与金刚石一样，只是碳原子和硅原子乡间的排列起来。第17页，共51页，编辑于2022年，星期一3.2.33.2.3分子晶体分子晶体 1.1.分子间力和氢键分子间力和氢键 化学键是分子内部相邻原子间的强烈的作用力。分子内部的化学键是分子内部相邻原子间的强烈的作用力。分子内部的化学键决定物质的化学性质。化学键决定物质的化学性质。分子间作用力分子间作用力(或称范德华引力或称范德华引力)是决定

26、物质的沸点、熔点、汽是决定物质的沸点、熔点、汽化热、熔化热以及溶解度、表面张力、粘度等物理性质的主要因素。化热、熔化热以及溶解度、表面张力、粘度等物理性质的主要因素。分子的极化分子的极化 非极性分子的极化非极性分子的极化-诱导偶极诱导偶极极性分子的极化极性分子的极化-固有偶极取向固有偶极取向+诱导偶极诱导偶极+-(a)极化极化P0+-+-+-+-+-+-+-+-(b)PP诱诱+-+-+-+-+-+-+-+-(b)P P固固+P诱诱极化极化(a)PP固固+-+-+-+-+-+-+-+-第18页，共51页，编辑于2022年，星期一分子间力的分类和形成分子间力的分类和形成 分子间力可以归结为下列三种

27、力的总和：分子间力可以归结为下列三种力的总和：取向力取向力-极性分子极性分子 极性分子极性分子 取向作用示意图取向作用示意图当两个极性分子相互接近时，一个分子的带负电的一端要和另一个分子带正当两个极性分子相互接近时，一个分子的带负电的一端要和另一个分子带正电的一端接近。这样就使得极性分子按照异极相邻的状态排列取向，由于分电的一端接近。这样就使得极性分子按照异极相邻的状态排列取向，由于分子中固有偶极之间的取向而产生的分子间引力称为取向力。取向力的大小可子中固有偶极之间的取向而产生的分子间引力称为取向力。取向力的大小可由下式计算：由下式计算：式中：式中：1 1、2 2分子分子1 1和分子和分子2

28、2的固有偶极矩；的固有偶极矩；RR通用摩尔气体常数；通用摩尔气体常数；TT绝对温度（绝对温度（K K）；）；dd分子间距离。分子间距离。取向力只存在于极性分子之间。两个极性分子间相互吸引作用但由于分取向力只存在于极性分子之间。两个极性分子间相互吸引作用但由于分子的热运动，分子不会完全定向排列成行。子的热运动，分子不会完全定向排列成行。第19页，共51页，编辑于2022年，星期一诱导力诱导力-极性分子极性分子 非极性分子；极性分子非极性分子；极性分子 极性分子极性分子 诱导作用示意图诱导作用示意图由于极性分子的固有偶极与非极性分子的诱导偶极之间由于极性分子的固有偶极与非极性分子的诱导偶极之间相互

29、吸引而产生的作用力，称为诱导力。相互吸引而产生的作用力，称为诱导力。式中式中2 2非极性分子的变形性。非极性分子的变形性。同样，极性分子与极性分子相互接近时，除了上述的取同样，极性分子与极性分子相互接近时，除了上述的取向力外，在彼此偶极相互影响下，每个分子也会发生变向力外，在彼此偶极相互影响下，每个分子也会发生变形，产生诱导偶极。因此诱导力不仅存在于极性分子与形，产生诱导偶极。因此诱导力不仅存在于极性分子与非极性分子之间，也存在与极性分子之间。非极性分子之间，也存在与极性分子之间。第20页，共51页，编辑于2022年，星期一色散力色散力 由于每个分子的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电

30、由于每个分子的电子不断运动和原子核的不断振动，经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对位移，因而产生了瞬时偶极，而且两个子云和原子核之间的瞬时相对位移，因而产生了瞬时偶极，而且两个瞬时偶极必然采取异极相邻的状态而相互吸引。瞬时偶极必然采取异极相邻的状态而相互吸引。瞬时偶极存在的时间极短，但是上述情况在不断地重复着，使得分子间始终瞬时偶极存在的时间极短，但是上述情况在不断地重复着，使得分子间始终存在着引力。象这种由非极性分子瞬间偶极相互吸引而产生的分子间作用力存在着引力。象这种由非极性分子瞬间偶极相互吸引而产生的分子间作用力叫色散力。理论计算公式叫色散力。理论计算公式:式中式中I I1 1、I I2

31、 2分子分子1 1和和2 2的极化力；的极化力；1 1、2 2分子分子1 1和和2 2的变形性。的变形性。分子间色散力随着分子量的增大而增大；分子间色散力随着分子量的增大而增大；色散力普遍存在于各种分子之间；色散力普遍存在于各种分子之间；三种力中所占比例一般较大。三种力中所占比例一般较大。第21页，共51页，编辑于2022年，星期一 分子间作用能的分配分子间作用能的分配分子分子取向能取向能诱导能诱导能色散能色散能总能总能Ar008.4938.493H2001.6741.674N2007.7827.782Cl20030.96130.961CH40011.29711.297HI0.0250.113

32、25.85725.995HBr0.6350.50221.92423.112HCl3.3061.00416.82021.129CO0.002930.008378.7458.456NH313.3051.54814.93729.790H2O36.3581.9258.99647.279非极性分子非极性分子 非极性分子：色散力；非极性分子：色散力；极性分子极性分子 非极性分子：色散力、诱导力；非极性分子：色散力、诱导力；极性分子极性分子 极性分子：色散力、诱导力、取向力。极性分子：色散力、诱导力、取向力。第22页，共51页，编辑于2022年，星期一 分子间作用力的特点分子间作用力的特点 没有方向性和饱和

33、性没有方向性和饱和性 。微弱的作用力微弱的作用力(分子间作用能分子间作用能0.20.250kJmol50kJmol-1-1；共价键键；共价键键 能能100100450kJmol450kJmol-1-1；相比差相比差10101 12 2 。近程力近程力 作用范围很小，随分子之间距离的增大而迅速减弱作用范围很小，随分子之间距离的增大而迅速减弱 分子间作用力和物质性质的关系：分子间作用力和物质性质的关系：熔、沸点的规律性熔、沸点的规律性 同类物质的熔、沸点随着分子量的增大而升高。例如同类物质的熔、沸点随着分子量的增大而升高。例如 相互溶解规律相互溶解规律-相似相溶相似相溶 极性分子可以溶解在极性分子

34、中；非极性分子可以溶解在非极性分子极性分子可以溶解在极性分子中；非极性分子可以溶解在非极性分子中；而极性分子与非极性分子则不能互溶中；而极性分子与非极性分子则不能互溶X2F2Cl2Br2I2熔点熔点()-223-102.4-7.3113.6(加压加压)沸点沸点()-187.9-34.058.0184.5(加压加压)第23页，共51页，编辑于2022年，星期一 分子间力小结：分子间力小结：分子类型分子类型分子间作用力类型分子间作用力类型作用力作用力种类数种类数互溶情况互溶情况预测预测极性极性极性极性取向力，诱导力，色散力取向力，诱导力，色散力3可互溶可互溶极性极性非极性非极性诱导力，色散力诱导力

35、，色散力2不互溶不互溶非极性非极性非极性非极性色散力色散力1可互溶可互溶第24页，共51页，编辑于2022年，星期一 氢氢 键键 NH3、H2O和和HF沸点沸点反常地高，这说明了在这反常地高，这说明了在这些物质的分子中除上述三些物质的分子中除上述三种分子间力之外，还存在种分子间力之外，还存在着另一种较强的作用力。着另一种较强的作用力。氢键及其形成氢键及其形成 氢键是指氢原子与电负性氢键是指氢原子与电负性较大的较大的X X 原子原子(如如F,O,NF,O,N原子原子)以极性共价键相结合时，还能以极性共价键相结合时，还能吸引另一个电负性较大，而半吸引另一个电负性较大，而半径又较小的径又较小的Y Y

36、原子原子(X(X原子也可原子也可与与Y Y原子相同，也可不同原子相同，也可不同)的孤的孤对电子所形成的分子间或分子对电子所形成的分子间或分子内的键。内的键。X XHY HY 裸露的质子裸露的质子 缔合缔合 水分子间的氢键水分子间的氢键 沸沸点点2 3 4 5CH4SiH4GeH4SnH4100500-50-100-150NH3PH3AsH3SbH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2TeAA族氢化物的沸点随周期变化图族氢化物的沸点随周期变化图 第25页，共51页，编辑于2022年，星期一氢键的特点氢键的特点 氢键具有方向性和饱和性氢键具有方向性和饱和性 XHY XHY 一条直线一条直线

37、 解释：解释：(a)(a)冰的密度很小，能浮在水面冰的密度很小，能浮在水面 (b)4 (b)4时水的密度最大。时水的密度最大。氢键氢键基本上还属于静电吸引作用基本上还属于静电吸引作用 一般，键能一般，键能41.84kJmol41.84kJmol-1-1化学键的键能分子间力，且和分子间化学键的键能分子间力，且和分子间 力的数量级相近，力的数量级相近，氢键是较强的有方向性的分子间作用力氢键是较强的有方向性的分子间作用力那些物质可以形成氢键？那些物质可以形成氢键？H HX(NX(N、O O、F)F)HFHF、H H2 2O O、NHNH3 3、无机含氧酸、有机羧酸、醇、胺、蛋白质、脂肪、糖、无机含氧

38、酸、有机羧酸、醇、胺、蛋白质、脂肪、糖、某些成高分子化合物的分子某些成高分子化合物的分子(或分子链或分子链)之间都存在着氢键。之间都存在着氢键。氢键能存在于晶态，液态甚至于气态之中氢键能存在于晶态，液态甚至于气态之中。HF HF分子间形成的氢键分子间形成的氢键 冰晶体中水分子间的氢键冰晶体中水分子间的氢键第26页，共51页，编辑于2022年，星期一氢键的类型氢键的类型分子间氢键：分子间氢键：A A分子的分子的XHY(BXHY(B分子分子).).强的分子间氢键的生成强的分子间氢键的生成:(a)(a)使得甲酸，醋酸等缔合成二聚物；使得甲酸，醋酸等缔合成二聚物；(b)(b)产生缔合使物质的介电常数增

39、大产生缔合使物质的介电常数增大(水水)(c)(c)使化合物的熔沸点升高。使化合物的熔沸点升高。分子内氢键：分子内氢键：A A分子的分子的XHY(AXHY(A分子分子).).如在苯酚邻位上有如在苯酚邻位上有CHOCHO、COOHCOOH、OHOH、NONO2 2等时可形成氢键螯合环。等时可形成氢键螯合环。(a)(a)分子内氢键不可能在一条直线上；分子内氢键不可能在一条直线上；(b)(b)分子内氢键一般会使化合物沸点、熔点降分子内氢键一般会使化合物沸点、熔点降 低，汽化热、升华热减少。低，汽化热、升华热减少。(c)(c)分子内氢键也影响化合物的溶解度，分子内氢键也影响化合物的溶解度，如邻位硝基苯酚

40、比其间位、对位更不易溶如邻位硝基苯酚比其间位、对位更不易溶 于水，而更易溶于非极性溶剂中。于水，而更易溶于非极性溶剂中。总之，有氢键的液体常有反常的性质，氢键的形成对化合物的物理，化学性质总之，有氢键的液体常有反常的性质，氢键的形成对化合物的物理，化学性质有各种不同的影响。有各种不同的影响。OHONO H C C HOH OO HO第27页，共51页，编辑于2022年，星期一 2.2.分子晶体分子晶体在晶格结点上排列着电中性分子，分子内各原子间虽是以坚强的共价在晶格结点上排列着电中性分子，分子内各原子间虽是以坚强的共价键相结合，但分子之间却是以较弱的分子间力或氢键相结合。键相结合，但分子之间却

41、是以较弱的分子间力或氢键相结合。特点：特点：配位数一般比较高；硬度较小，熔点较低，挥发性大；配位数一般比较高；硬度较小，熔点较低，挥发性大；固态和熔固态和熔融态时都不导电，但某些极性分子水溶液可导电；融态时都不导电，但某些极性分子水溶液可导电；分子晶体中有独立存在的分分子晶体中有独立存在的分子，化学式分子式子，化学式分子式。绝大多数共价化合物都形成绝大多数共价化合物都形成 分子晶体，只有很少一部分分子晶体，只有很少一部分 共价化合物形成原子晶体。共价化合物形成原子晶体。分子晶体有：分子晶体有：非金属单质：非金属单质：F F2 2,Cl,Cl2 2,O,O2 2,N,N2 2；非金属化合物：非金

42、属化合物：COCO2 2,HCl,H,HCl,H2 2O O；绝大部分有机化合物；绝大部分有机化合物；稀有气体的单原子分子晶体。稀有气体的单原子分子晶体。COCO2 2和和SiOSiO2 2组成相似，化学性质也相近，如它们都能和碱反应生成盐。但其物理组成相似，化学性质也相近，如它们都能和碱反应生成盐。但其物理性质相差很大。如性质相差很大。如SiOSiO2 2熔点很高，硬度很大；熔点很高，硬度很大；COCO2 2在在300K300K时升华为气体。为时升华为气体。为什么？什么？氯、溴、碘的晶体结构氯、溴、碘的晶体结构 二氧化碳分子的晶体结构二氧化碳分子的晶体结构第28页，共51页，编辑于2022年

43、，星期一3.3.43.3.4金属晶体金属晶体 在晶格结点上在晶格结点上排列着金属原子或金属阳离子排列着金属原子或金属阳离子，晶格结点间微，晶格结点间微粒间的作用力是金属键，这种晶体叫金属晶体。粒间的作用力是金属键，这种晶体叫金属晶体。1.1.金属晶体的主要特点金属晶体的主要特点：配位数高，如金属配位数高，如金属MgMg、金属、金属CaCa的配位数竟高达的配位数竟高达1212；金属晶体中无独立存在的原子或分子；金属晶体中无独立存在的原子或分子；具有金属的通性，如导电性、导热性、各种机械加工性能；具有金属的通性，如导电性、导热性、各种机械加工性能；熔沸点高，硬度大（除钠、汞外）。熔沸点高，硬度大（

44、除钠、汞外）。这些特点，都与金属键和金属晶体的紧密堆积方式有关。这些特点，都与金属键和金属晶体的紧密堆积方式有关。2.2.金属晶体的紧密堆积金属晶体的紧密堆积 金属晶体都是紧密堆积的排列方式。紧密堆积的意思就是粒子之间金属晶体都是紧密堆积的排列方式。紧密堆积的意思就是粒子之间的作用力，使粒子间尽可能的互相接近，使它们占有最小的空间。如的作用力，使粒子间尽可能的互相接近，使它们占有最小的空间。如果把金属原子视为球体，则金属晶体的等径园球紧密堆积方式有三种：果把金属原子视为球体，则金属晶体的等径园球紧密堆积方式有三种：六方紧密堆积；面心立方紧密堆积；体心立方紧密堆积六方紧密堆积；面心立方紧密堆积；

45、体心立方紧密堆积 第29页，共51页，编辑于2022年，星期一第一层等径圆球的最紧密排列只有一种方式第一层等径圆球的最紧密排列只有一种方式A A。第二层只能排列三个原子，。第二层只能排列三个原子，最紧密排列方式最紧密排列方式B B。第三层堆上去有两种方式：。第三层堆上去有两种方式：第三层与第一层相对，这样的第三层与第一层相对，这样的 堆积就成为堆积就成为ABAB、ABAB的重复方的重复方 式，如图式，如图a a、b b所示。由于在这所示。由于在这 种堆积中可以找到六方的晶种堆积中可以找到六方的晶 胞，因此称为胞，因此称为六方紧密堆积六方紧密堆积。第三层与第一层不相对，即第第三层与第一层不相对，

46、即第 三层球在第一，第二层凹隙之三层球在第一，第二层凹隙之 上。这样堆积上去就成为上。这样堆积上去就成为 ABC ABC、ABCABC的重复。由于在这的重复。由于在这 种堆积中可以找出立方的晶种堆积中可以找出立方的晶 胞，且球是按面心立方晶型分胞，且球是按面心立方晶型分 布着，因此称为布着，因此称为面心立方紧密面心立方紧密 堆积堆积。第30页，共51页，编辑于2022年，星期一金属晶体紧密堆积的第三种方式为金属晶体紧密堆积的第三种方式为体心立方紧密堆积体心立方紧密堆积。金属金属晶体晶体的三种紧密堆积方式比较表的三种紧密堆积方式比较表 通常把面心立方和六方紧密堆积称为通常把面心立方和六方紧密堆积

47、称为最紧密堆积方式。最紧密堆积方式。由于面心立方紧密堆积与六方紧密堆积的紧密程度非常相似，这两种形式的由于面心立方紧密堆积与六方紧密堆积的紧密程度非常相似，这两种形式的稳定程度也很接近。因此象稳定程度也很接近。因此象CoCo、NiNi等元素在低温时为六方紧密堆积，在较高温度等元素在低温时为六方紧密堆积，在较高温度下则为面心立方紧密堆积。下则为面心立方紧密堆积。名名 称称晶系晶系晶格类型晶格类型配位配位数数空间利空间利用率用率%典典 型型 实实 例例面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积立方立方 面心立方面心立方121274.0574.05B B,Pb,Pd,Pt,Pb,Pd,Pt体心立方紧密堆积体心

48、立方紧密堆积立方立方 体心立方体心立方8 868.0268.02A A,B B,B B等等六方紧密堆积六方紧密堆积六方六方 六方六方121274.0574.05Be,Mg,Be,Mg,B B,B B,B B第31页，共51页，编辑于2022年，星期一3.3.金属键金属键 大多数金属元素的价电子都少于大多数金属元素的价电子都少于4 4个个(多数只有多数只有1 1或或2 2个价电子个价电子)，而在金属，而在金属晶格中每个原子要被晶格中每个原子要被8 8或或1212个相邻原子所包围。以钠为例，它在晶格中的配位个相邻原子所包围。以钠为例，它在晶格中的配位数是数是8 8，它只有，它只有1 1个价电子，很

49、难想象它怎样同相邻个价电子，很难想象它怎样同相邻8 8个原子结合起来。金属键个原子结合起来。金属键的本质是什么？的本质是什么？金属键的改性共价理论金属键的改性共价理论 该理论认为，在固态或液态金属中，该理论认为，在固态或液态金属中，价电子可以自由的从一个原子跑向价电子可以自由的从一个原子跑向 另一个原子，这样一来就好象是一个另一个原子，这样一来就好象是一个 价电子为许多原子所共有。这些共用价电子为许多原子所共有。这些共用 电子起到把许多原子粘合在一起的作电子起到把许多原子粘合在一起的作 用，形成了所谓的金属键。这种键可以用，形成了所谓的金属键。这种键可以认为是改性的共价键，这种键是由多个原子共

50、用一些能够流动的自由认为是改性的共价键，这种键是由多个原子共用一些能够流动的自由电子所组成的。对于这种键有两种形象化的说法：一种说法是电子所组成的。对于这种键有两种形象化的说法：一种说法是“在金在金属原子之间有电子气在自由流动属原子之间有电子气在自由流动”；另一种说法是；另一种说法是“金属离子浸沉在电子金属离子浸沉在电子的海洋中的海洋中”。(小黑点代表在晶格空隙中运动的电子小黑点代表在晶格空隙中运动的电子)金属键示意图金属键示意图第32页，共51页，编辑于2022年，星期一自由电子的存在和晶体的紧堆结构使金属获得了共同的性质，例如相对较大的比自由电子的存在和晶体的紧堆结构使金属获得了共同的性质