《第六章分子结构和晶体结构PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章分子结构和晶体结构PPT讲稿.ppt（137页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章分子结构和晶体结构第1页，共137页，编辑于2022年，星期三 所以，除稀有气体外，自然界中的所以，除稀有气体外，自然界中的物质都是由原子通过化物质都是由原子通过化学键结合成分子或者直接结合成晶体而形成的学键结合成分子或者直接结合成晶体而形成的。原子结构决。原子结构决定了物质的化学性质，分子和晶体的结构则决定了物质的定了物质的化学性质，分子和晶体的结构则决定了物质的物理性质。这一章，我们就介绍分子结构和晶体结构的有物理性质。这一章，我们就介绍分子结构和晶体结构的有关知识。关知识。在分子结构中，我们主要介绍分子内部在分子结构中，我们主要介绍分子内部共价键的形成、共价键的形成、分子空间构型、
2、分子间相互作用力分子空间构型、分子间相互作用力三部分内容。三部分内容。第2页，共137页，编辑于2022年，星期三6.1 6.1 共价键共价键(Covalent bond)共价键指的是两个相同原子或电负性相差不大的原共价键指的是两个相同原子或电负性相差不大的原子之间的成键方式子之间的成键方式。共价键的概念最早是共价键的概念最早是1916年路易斯提出年路易斯提出来的，他认为共价键是两个原子之间通过共用电子对结合的成来的，他认为共价键是两个原子之间通过共用电子对结合的成键方式。键方式。1927年，德国化学家海特勒和伦敦把量子力学理论引年，德国化学家海特勒和伦敦把量子力学理论引入分子结构中，经发展形
3、成了两种共价键理论：入分子结构中，经发展形成了两种共价键理论：第3页，共137页，编辑于2022年，星期三一、价键理论一、价键理论(Valence bond theory)（一）共价键的形成（一）共价键的形成（共价键的本质）共价键的本质）所以价键理论认为：所谓所以价键理论认为：所谓共价键，是原子间由于成键共价键，是原子间由于成键电子的原子轨道相互重叠而形成的化学键电子的原子轨道相互重叠而形成的化学键。第4页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）价键理论的要点（二）价键理论的要点1.电子配对成键：自旋方向相反的单电子配对成键电子配对成键：自旋方向相反的单电子配对成键 2.原子轨道重叠成键：
4、原子轨道重叠成键：形成共价键时，成键电子的原形成共价键时，成键电子的原 子子轨道重叠越多，电子在两核间出现的几率密度越大，成轨道重叠越多，电子在两核间出现的几率密度越大，成键越稳定。所以，键越稳定。所以，共价键的形成在可能范围内总是沿着原共价键的形成在可能范围内总是沿着原子轨道重叠最大的方向重叠成键子轨道重叠最大的方向重叠成键，这就是这就是最大重叠原理最大重叠原理。（最大重叠原则最大重叠原则）3.3.能量最低原理：能量最低原理：电子配对后放出能量，使体系能量降低。电子配对后放出能量，使体系能量降低。第5页，共137页，编辑于2022年，星期三（三）共价键的特征：饱和性和方向性（三）共价键的特征
5、：饱和性和方向性1.饱和性：饱和性：一个原子的一个未成对电子，只能与另一个原子的一个原子的一个未成对电子，只能与另一个原子的自旋方向相反的单电子配对成键，不能再与其它电子配对自旋方向相反的单电子配对成键，不能再与其它电子配对成键。所以，一个原子有几个未成对电子，一般就只能形成键。所以，一个原子有几个未成对电子，一般就只能形成几个共价键，如：成几个共价键，如：HCl、NN。2.方向性：方向性：因为轨道重叠时，是沿轨道伸展的方向重叠因为轨道重叠时，是沿轨道伸展的方向重叠（遵循最大重叠原理），所以共价键是有方向性的。（遵循最大重叠原理），所以共价键是有方向性的。（与离子键不同）与离子键不同）第6页，
6、共137页，编辑于2022年，星期三二、共价键的类型二、共价键的类型(Types of covalent bond)共价键按原子轨道的重叠方式不同可分为：共价键按原子轨道的重叠方式不同可分为：键键和和键键两种。两种。（一）（一）键：成键原子轨道沿键轴方向以键：成键原子轨道沿键轴方向以“头碰头头碰头”的方式的方式重叠成键重叠成键。如果两个原子是以单键结合的，都是如果两个原子是以单键结合的，都是键。键。第7页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）（二）键：成键原子轨道沿键轴方向以键：成键原子轨道沿键轴方向以“肩并肩肩并肩”的方式重的方式重叠成键。叠成键。（共价键的键型共价键的键型）如果两个原
7、子之间形成双键或叁键，那么其中有一个如果两个原子之间形成双键或叁键，那么其中有一个是是键，其它的都是键，其它的都是键。键。第8页，共137页，编辑于2022年，星期三 共价键还可以按键有没有极性，分为极性共价键和非极共价键还可以按键有没有极性，分为极性共价键和非极性共价键。性共价键。（键的极性键的极性）非极性共价键：同种原子之间形成的共价键非极性共价键：同种原子之间形成的共价键。因为原子。因为原子电负性相同，对共用电子对的吸引力相同，共用电子对均电负性相同，对共用电子对的吸引力相同，共用电子对均匀分布在两原子之间，这样的键称为非极性共价键（简称匀分布在两原子之间，这样的键称为非极性共价键（简称
8、非极性键）。如：非极性键）。如：H2、O2、N2、金刚石、纯硅等。、金刚石、纯硅等。极性共价键：不同原子之间形成的共价键极性共价键：不同原子之间形成的共价键。原子电负性不原子电负性不同，共用电子对会偏向电负性较大的一方，在键的两端出现正负同，共用电子对会偏向电负性较大的一方，在键的两端出现正负极，这样的键叫极性键。如：极，这样的键叫极性键。如：HCl（HCl 键）、键）、NH3（NH键）等。键）等。第9页，共137页，编辑于2022年，星期三 有一些物理量专门用来描述化学键的性质，叫做键参数。有一些物理量专门用来描述化学键的性质，叫做键参数。三、键参数三、键参数(Bond parameters
9、)（一）键能（一）键能(Bond energy):（键能键能）：衡量化学键强弱的物理量。衡量化学键强弱的物理量。指气体分子每断裂单位物质的量的某键时的焓变。指气体分子每断裂单位物质的量的某键时的焓变。很明显，键能越大，说明键越牢固。很明显，键能越大，说明键越牢固。（二）键角（二）键角(Bond angle)：（键角）键角）：分子中相邻的两个化学键之间的夹角。分子中相邻的两个化学键之间的夹角。第10页，共137页，编辑于2022年，星期三如如:H2O中两个中两个OH 键的夹角约为键的夹角约为104.5，为，为V型结构：型结构：NH3中每两个中每两个NH 键夹角为键夹角为107018，分子为三角锥
10、型：，分子为三角锥型：键角是反映分子空间构型的一个重要参数键角是反映分子空间构型的一个重要参数。显然，双原子分子中不存在键角，分子都是直线型结构。显然，双原子分子中不存在键角，分子都是直线型结构。第11页，共137页，编辑于2022年，星期三 价键理论的局限性：价键理论的局限性：如：如：H2O，若按，若按VB法的解释：法的解释：8O：1s22s22p4 两个两个OH 键的夹角应该是键的夹角应该是900，但事实上，但事实上OH 键键键键角却是角却是104.50。再如：再如：CH4，6C：1s22s22p2，按照价键理论，只能形，按照价键理论，只能形 成两个共价键，键角应该是成两个共价键，键角应该
11、是900，但事实上，但事实上，C 与与 4 个个H形成形成4 个个CH 键，而且键角是：键，而且键角是：109028。为了解释多原子分子的形成和空间构型，鲍林在价为了解释多原子分子的形成和空间构型，鲍林在价键理论的基础上提出了键理论的基础上提出了“杂化轨道杂化轨道”理论，成为价键理理论，成为价键理论的重要补充和发展。论的重要补充和发展。第12页，共137页，编辑于2022年，星期三6.2 6.2 杂化轨道理论杂化轨道理论（Hybrid orbital theory）一、杂化与杂化轨道一、杂化与杂化轨道(Hybridization and hybridization orbitals)1.定义：
12、原子在相互结合形成分子的过程中，定义：原子在相互结合形成分子的过程中，同一原子中不同一原子中不同类型能量相近的某些原子轨道，会发生重新组合同类型能量相近的某些原子轨道，会发生重新组合，形成一组能量相同的新轨道，这个过程称为原子轨道的形成一组能量相同的新轨道，这个过程称为原子轨道的“杂杂化化”，形成的新轨道就是，形成的新轨道就是“杂化轨道杂化轨道”。第13页，共137页，编辑于2022年，星期三2.2.要点：要点：（1 1）杂化发生在同一原子中能量相近的原子轨道之间）杂化发生在同一原子中能量相近的原子轨道之间。（2 2）杂化前后轨道数目不变）杂化前后轨道数目不变，有几个原子轨道发生杂化，有几个原
13、子轨道发生杂化，就会产生几个杂化轨道。就会产生几个杂化轨道。（3 3）形成的杂化轨道之间满足最小排斥原理）形成的杂化轨道之间满足最小排斥原理，就是说，杂就是说，杂化轨道之间的夹角从空间构型来说，应达到最大，这化轨道之间的夹角从空间构型来说，应达到最大，这样成键后，成键电子之间的斥力才最小，体系比较稳样成键后，成键电子之间的斥力才最小，体系比较稳定。定。(4)(4)杂化时，成对电子可以被激发到空轨道上变成单杂化时，成对电子可以被激发到空轨道上变成单电子。电子。第14页，共137页，编辑于2022年，星期三 根据参加杂化的原子轨道的类型，可将杂化分为：根据参加杂化的原子轨道的类型，可将杂化分为：s
14、-p、d-s-p和和s-p-d型杂化。型杂化。后两种杂化我们将在下一章介绍，这一章后两种杂化我们将在下一章介绍，这一章我们主要介绍我们主要介绍s-p型杂化。型杂化。二、杂化类型与分子空间构型二、杂化类型与分子空间构型（一）（一）s sp p型等性杂化及分子的空间构型型等性杂化及分子的空间构型 (Equivalent hybrid orbital and unequivalent hybrid orbital)第15页，共137页，编辑于2022年，星期三1.1.sp杂化杂化：BeCl2 直线型，键角：直线型，键角：1800（sp杂化轨道）杂化轨道）2.sp2 杂化：杂化：BF3 平面三角形，键
15、角平面三角形，键角1200（sp2杂化轨道）杂化轨道）3.3.sp3杂化：杂化：CH4 四面体构型，键角：四面体构型，键角：1091090 01818（sp3杂化轨道）杂化轨道）第16页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）（二）s sp p型不等性杂化及分子的空间构型型不等性杂化及分子的空间构型 在在sp型等性杂化中，参加杂化的原子轨道都是含有单电子型等性杂化中，参加杂化的原子轨道都是含有单电子的原子轨道，如果参加杂化的原子轨道含有成对电子，这样的杂的原子轨道，如果参加杂化的原子轨道含有成对电子，这样的杂化为化为不等性杂化不等性杂化，形成的杂化轨道为不等性杂化轨道。，形成的杂化轨道为不
16、等性杂化轨道。最典型的不等性杂化的例子：最典型的不等性杂化的例子：NH3和和H2O（等性杂化和不等性杂化）等性杂化和不等性杂化）总结总结第17页，共137页，编辑于2022年，星期三 分子内部的原子之间，是通过共价键结合在一起分子内部的原子之间，是通过共价键结合在一起的的,而分子之间，是通过分子间作用力相互结合的。而分子之间，是通过分子间作用力相互结合的。这种作用力比化学键要弱得多，一般只有几个这种作用力比化学键要弱得多，一般只有几个-几几十个十个kJmol1。分子间力虽然较弱，但它对分子晶。分子间力虽然较弱，但它对分子晶体的物理性质：如熔沸点、溶解度、表面张力、粘体的物理性质：如熔沸点、溶解
17、度、表面张力、粘度等，起着决定性的作用。度等，起着决定性的作用。第18页，共137页，编辑于2022年，星期三6.4 6.4 分子间力与氢键分子间力与氢键(Van der Waals forces and hydrogen bond)分子间力最早由范德华提出，所以也叫分子间力最早由范德华提出，所以也叫范德华力范德华力。分。分子间力从本质上说属于静电引力作用，这种作用的产生与子间力从本质上说属于静电引力作用，这种作用的产生与分子的分子的极性极性和和变形性变形性有关。有关。一、分子的极性和变形性一、分子的极性和变形性（一）分子的极性和偶极距（一）分子的极性和偶极距(Dipole moments)极
18、性分子和非极性分子（极性分子和非极性分子（分子的极性分子的极性）第19页，共137页，编辑于2022年，星期三 分子极性的大小可以用分子极性的大小可以用偶极矩偶极矩来衡量：来衡量：分子中正（负）电荷分子中正（负）电荷电量与正、负电荷中心间距的乘积电量与正、负电荷中心间距的乘积。值可以通过实验测定。值可以通过实验测定。第20页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）分子的变形性（二）分子的变形性 当分子处在外加电场中时，会因电场作用发生变形。当分子处在外加电场中时，会因电场作用发生变形。非极性分子本身没有极性，正、负电荷中心是重合的，非极性分子本身没有极性，正、负电荷中心是重合的，但但在外加
19、电场作用下，电子云和原子核会发生相对位移，分子发在外加电场作用下，电子云和原子核会发生相对位移，分子发生变形，正、负电荷中心不再重合，产生偶极生变形，正、负电荷中心不再重合，产生偶极诱导偶极诱导偶极(Induction dipole)。这个过程叫做。这个过程叫做分子的极化分子的极化；分子受极化发分子受极化发生变形的性质，叫做生变形的性质，叫做分子的变形性分子的变形性。有的分子容易被极化，变。有的分子容易被极化，变形性大；有的则相反。分子的变形性大小跟分子的体积、分子量形性大；有的则相反。分子的变形性大小跟分子的体积、分子量有关。有关。第21页，共137页，编辑于2022年，星期三 极性分子本身
20、就存在极性分子本身就存在固有偶极固有偶极(Permanent dipole)，当处，当处在外加电场中时，固有偶极就会顺着电场的方向定向排列（正在外加电场中时，固有偶极就会顺着电场的方向定向排列（正极朝向电场的负极，负极朝向电场的正极）。这个过程叫做极朝向电场的负极，负极朝向电场的正极）。这个过程叫做取取向向(Orientation)。同时，正、负电荷的中心距离增大，分。同时，正、负电荷的中心距离增大，分子发生变形，在固有偶极的基础上，子发生变形，在固有偶极的基础上，产生诱导偶极产生诱导偶极，也发，也发生了极化。生了极化。第22页，共137页，编辑于2022年，星期三二、分子间力二、分子间力(I
21、ntermolecular forces)不同类型的分子之间，产生的分子间力的类型也不同。不同类型的分子之间，产生的分子间力的类型也不同。（一）非极性分子和非极性分子之间：（一）非极性分子和非极性分子之间：瞬时偶极瞬时偶极 瞬时偶极瞬时偶极 色散力色散力 (Instantaneous dipole)(Dispersion force)（分子间的作用力分子间的作用力 色散力色散力）非极性分子的物质正是由于色散力的作用才有可能凝聚非极性分子的物质正是由于色散力的作用才有可能凝聚为液体和固体。如为液体和固体。如H2、O2、N2等气体在低温下会被液化甚等气体在低温下会被液化甚至固化，靠的就是色散力的作
22、用。至固化，靠的就是色散力的作用。第23页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）非极性分子和极性分子之间：（二）非极性分子和极性分子之间：诱导偶极诱导偶极 固有偶极固有偶极 诱导力诱导力 (Induction force)极性分子与非极性分子相互接近时，极性分子本身存极性分子与非极性分子相互接近时，极性分子本身存在固有偶极，相当于给非极性分子加了一个电场，使非极在固有偶极，相当于给非极性分子加了一个电场，使非极性分子发生极化变形，产生诱导偶极。性分子发生极化变形，产生诱导偶极。诱导偶极与固有偶诱导偶极与固有偶极之间产生的相互吸引力，称为诱导力极之间产生的相互吸引力，称为诱导力。（诱导力诱
23、导力）第24页，共137页，编辑于2022年，星期三 当然，不管极性分子还是非极性分子，都存在瞬时偶极，当然，不管极性分子还是非极性分子，都存在瞬时偶极，所以二者之间也有色散力的作用。因此，极性分子与非极性所以二者之间也有色散力的作用。因此，极性分子与非极性分子之间的作用力有两种：分子之间的作用力有两种：色散力和诱导力色散力和诱导力。第25页，共137页，编辑于2022年，星期三（三）极性分子和极性分子之间：（三）极性分子和极性分子之间：固有偶极固有偶极 固有偶极固有偶极 取向力取向力 (Orientation force)极性分子本身有固有偶极，相互靠近时，固有偶极会极性分子本身有固有偶极，
24、相互靠近时，固有偶极会发生取向作用，采取异极相邻的定向排列，产生相互吸引，发生取向作用，采取异极相邻的定向排列，产生相互吸引，这种这种由于固有偶极的取向而产生的作用力称为取向力由于固有偶极的取向而产生的作用力称为取向力。（取向力取向力）第26页，共137页，编辑于2022年，星期三 同时，极性分子之间因相互极化产生诱导力，还有瞬时偶同时，极性分子之间因相互极化产生诱导力，还有瞬时偶极产生的色散力。所以极性分子之间的作用力有三种：极产生的色散力。所以极性分子之间的作用力有三种：取向力、取向力、诱导力和色散力诱导力和色散力。一般来说，除了极性很大而且分子间有氢键的分子之一般来说，除了极性很大而且分
25、子间有氢键的分子之外，在大多数分子中，色散力是分子间主要的作用力，其外，在大多数分子中，色散力是分子间主要的作用力，其次是取向力，而诱导力通常都很小。次是取向力，而诱导力通常都很小。色散力色散力 取向力取向力 诱导力诱导力第27页，共137页，编辑于2022年，星期三第28页，共137页，编辑于2022年，星期三（一）对熔沸点的影响：分子间力越大，熔沸点越高。（一）对熔沸点的影响：分子间力越大，熔沸点越高。1.一般来说，结构相似的同系列物质，分子量越大，分子一般来说，结构相似的同系列物质，分子量越大，分子变形性越大，分子间力越强。变形性越大，分子间力越强。熔沸点升高熔沸点升高2.分子量相近而体
26、积较大的分子，变形性大，分子间分子量相近而体积较大的分子，变形性大，分子间 力强，熔沸点较高。力强，熔沸点较高。三、分子间力对物质物理性质的影响三、分子间力对物质物理性质的影响3.液态物质，分子间力越大，汽化热越大，沸点也就液态物质，分子间力越大，汽化热越大，沸点也就 越高；固态物质，分子间力越大，熔化热越大，熔越高；固态物质，分子间力越大，熔化热越大，熔 点也就越高。点也就越高。第29页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）对溶解度的影响（二）对溶解度的影响 一般极性分子之间存在比较强的取向力，可以互溶；非一般极性分子之间存在比较强的取向力，可以互溶；非极性分子之间色散力较大，也可以互
27、溶；而极性分子和非极性极性分子之间色散力较大，也可以互溶；而极性分子和非极性分子之间的互溶性较差。这就是分子之间的互溶性较差。这就是极性相似相溶原理极性相似相溶原理：Br2、I2CCl4（非极性）、（非极性）、HClH2O（极性）（极性）CCl4H2O。另外，结构相似的物质一般也具有相同的极性，可以互溶，另外，结构相似的物质一般也具有相同的极性，可以互溶，如：乙醇和水（均含有羟基）；煤油易溶于高级醇（丁醇以上）如：乙醇和水（均含有羟基）；煤油易溶于高级醇（丁醇以上）（都含有烷基），但不溶于水。（都含有烷基），但不溶于水。第30页，共137页，编辑于2022年，星期三四、氢键四、氢键(Hydro
28、gen bond)（氢键）氢键）从分子间力的大小来考虑，从分子间力的大小来考虑，H2O、HF、NH3的熔沸点应的熔沸点应该是同族氢化物中最低的，但实际恰恰相反，它们的熔沸点该是同族氢化物中最低的，但实际恰恰相反，它们的熔沸点反而最高，原因就是这些分子之间存在着氢键。反而最高，原因就是这些分子之间存在着氢键。（一）氢键的形成（一）氢键的形成条件：条件：H 原子与电负性大而半径小的原子如：原子与电负性大而半径小的原子如：N、O、F 形成共价化合物时，分子间会产生氢键形成共价化合物时，分子间会产生氢键。（。（NH3、H2O、HF）（氢键的形成氢键的形成）有些分子间除了普通的分子间力之外还有一种特殊的
29、作用力有些分子间除了普通的分子间力之外还有一种特殊的作用力氢键。氢键。第31页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）氢键的特点：（二）氢键的特点：（氢键的特点氢键的特点）1.1.方向性（有方向性的分子间力）方向性（有方向性的分子间力）2.2.饱和性饱和性（三）氢键对物质物理性质的影响（三）氢键对物质物理性质的影响 氢键的强度比化学键小，但比普通的分子间力要氢键的强度比化学键小，但比普通的分子间力要大，它对物质的物理性质有很大的影响。大，它对物质的物理性质有很大的影响。3.3.氢键的强弱与元素电负性有关氢键的强弱与元素电负性有关第32页，共137页，编辑于2022年，星期三1.1.对熔沸点
30、的影响对熔沸点的影响 分子间若存在氢键，会使相互作用力增强，使物质熔沸点分子间若存在氢键，会使相互作用力增强，使物质熔沸点升高。象刚才的升高。象刚才的NH3、H2O、HF就是因为分子间存在氢键，才就是因为分子间存在氢键，才会产生特殊的高熔点、高沸点。会产生特殊的高熔点、高沸点。2.2.对溶解度的影响对溶解度的影响 溶质分子和溶剂分子之间存在着氢键，溶解度就会溶质分子和溶剂分子之间存在着氢键，溶解度就会大大增加。大大增加。NH3H2O（喷泉实验）（喷泉实验）第33页，共137页，编辑于2022年，星期三3.对粘度的影响对粘度的影响 分子之间存在着氢键，粘度就会大大增加。比如：分子之间存在着氢键，
31、粘度就会大大增加。比如：甘油、浓硫酸等多羟基的化合物，由于众多氢键的形成，甘油、浓硫酸等多羟基的化合物，由于众多氢键的形成，大部分为粘稠状液体。大部分为粘稠状液体。有若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质的化学有若干个简单分子联成复杂分子而又不会改变原物质的化学性质的现象。如性质的现象。如：(HF)n；(H2O)n 4.分子缔合：分子缔合：氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能氢键通常是物质在液态时形成的，但形成后有时也能继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。如：气、液、固继续存在于某些晶态甚至气态物质之中。如：气、液、固态的态的HF中都有氢键存在。中都有氢键存在。氢键的应用举例氢
32、键的应用举例第34页，共137页，编辑于2022年，星期三 6.5 6.5 晶体结构晶体结构(Crystal Structure)一、晶体的特性和内部结构一、晶体的特性和内部结构（一）晶体的特性（一）晶体的特性1.1.具有一定的几何外形具有一定的几何外形 构成晶体的微观粒子在空间排列是有一定规律的，构成晶体的微观粒子在空间排列是有一定规律的，所以晶体一般都有一定的几何外形。所以晶体一般都有一定的几何外形。NaCl：立方体；石英：立方体；石英：六角柱形；明矾：八面体。（六角柱形；明矾：八面体。（晶体晶体）2.2.具有各向异性具有各向异性 晶体中各个方向排列的质点的距离不同，所以许多物晶体中各个方
33、向排列的质点的距离不同，所以许多物理性质在晶体的不同方向的表现也有差异。理性质在晶体的不同方向的表现也有差异。固体固体第35页，共137页，编辑于2022年，星期三3.3.具有固定的熔点具有固定的熔点 晶体加热到某一温度开始熔化，熔化过程中，温度保持晶体加热到某一温度开始熔化，熔化过程中，温度保持恒定，直到全部熔化，温度才继续上升。晶体熔化时的恒定恒定，直到全部熔化，温度才继续上升。晶体熔化时的恒定温度，就是晶体的熔点。在熔点温度下，晶体吸收的热量全温度，就是晶体的熔点。在熔点温度下，晶体吸收的热量全部用来破坏晶体的晶格。而玻璃、石蜡加热时，由固体转变部用来破坏晶体的晶格。而玻璃、石蜡加热时，
34、由固体转变为液体是一个连续升温的过程，慢慢变软，没有固定的熔点。为液体是一个连续升温的过程，慢慢变软，没有固定的熔点。晶体的这些特性都是因为晶体的这些特性都是因为:晶体中质点的排列是有一定规则的。晶体中质点的排列是有一定规则的。第36页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）晶体的内部结构（二）晶体的内部结构 1.1.晶格晶格(Crystal lattice)：如果把构成晶体的微粒（原子、离子如果把构成晶体的微粒（原子、离子或分子）看成是几何学上的点，这些晶体中的质点按一定的规或分子）看成是几何学上的点，这些晶体中的质点按一定的规则组成的几何图形就叫作则组成的几何图形就叫作晶格晶格（或点阵
35、）。每个点在晶格（或点阵）。每个点在晶格中的位置叫做晶格的中的位置叫做晶格的结点结点。根据晶格的结构，可以把晶。根据晶格的结构，可以把晶体分为七大晶系，共十四种晶格类型。其中最简单、最常体分为七大晶系，共十四种晶格类型。其中最简单、最常见的是立方晶格。立方晶格又分为：简单立方晶格、面心见的是立方晶格。立方晶格又分为：简单立方晶格、面心立方晶格和体心立方晶格三种。（立方晶格和体心立方晶格三种。（离子型晶体的类型离子型晶体的类型）第37页，共137页，编辑于2022年，星期三2.2.晶胞晶胞(Unit cell)：在晶体中具有代表性的最小结构单位称在晶体中具有代表性的最小结构单位称为为晶胞晶胞。晶
36、胞在三维空间周期性地重复排列起来，就构成。晶胞在三维空间周期性地重复排列起来，就构成了宏观的晶体。了宏观的晶体。晶体的性质，除了跟它的晶格类型有关外，还决定于晶晶体的性质，除了跟它的晶格类型有关外，还决定于晶格结点上质点的种类以及质点间的作用力。根据质点的种类可格结点上质点的种类以及质点间的作用力。根据质点的种类可以把晶体分为四种类型：以把晶体分为四种类型：第38页，共137页，编辑于2022年，星期三二、离子键与离子晶体二、离子键与离子晶体(Ionic bond and ionic crystals)离子晶体的晶格结点上是离子，离子间通过离子键结合离子晶体的晶格结点上是离子，离子间通过离子键
37、结合在一起。在一起。（一）离子键：正、负离子之间靠静电引力作用形成的化学（一）离子键：正、负离子之间靠静电引力作用形成的化学键键。一般电负性差别较大的原子相互结合，形成的都一般电负性差别较大的原子相互结合，形成的都是离子键。如：是离子键。如：A、A和卤素（和卤素（A）、氧族元素）、氧族元素（A）相结合，生成的多是离子化合物。）相结合，生成的多是离子化合物。特性：没有方向性和饱和性特性：没有方向性和饱和性。离子键理论离子键理论第39页，共137页，编辑于2022年，星期三影响离子键强弱的影响因素：影响离子键强弱的影响因素：1.1.离子的电荷离子的电荷(Charge)正、负电荷间的引力：正、负电荷
38、间的引力：电荷越高，引力越大，离子键越强。电荷越高，引力越大，离子键越强。KCl NaI3.3.离子的外层电子构型离子的外层电子构型(Electronic configuration)不同构型的离子，会使离子产生不同的极化作用，使离不同构型的离子，会使离子产生不同的极化作用，使离子键键型发生不同程度的改变。这一性质我们在无机化合物子键键型发生不同程度的改变。这一性质我们在无机化合物中详细讨论。中详细讨论。第40页，共137页，编辑于2022年，星期三离子的外层电子构型离子的外层电子构型 一般单原子负离子的外层电子构型与稀有气体相同，均一般单原子负离子的外层电子构型与稀有气体相同，均为稳定的八电
39、子构型。但单原子正离子的外层电子构型较为稳定的八电子构型。但单原子正离子的外层电子构型较复杂，有如下类型：复杂，有如下类型：(1)无电子构型，无电子构型，如如1H+:1s0；(2)2电子构型，电子构型，如如3Li+:1s2(3)8电子构型，电子构型，如如11Na+:2s2 2p6(4)9 17电子构型，电子构型，如如26Fe3+:3s2 3p6 3d5(5)18电子构型，电子构型，如如30Zn2+:3s2 3p6 3d10(6)18+2电子构型，电子构型，如如50Sn2+:4s2 4p6 4d10 5s2第41页，共137页，编辑于2022年，星期三（二）离子晶体的特征和性质（二）离子晶体的特
40、征和性质（离子型晶体离子型晶体）1.1.离子晶体的结构特征离子晶体的结构特征(1)(1)质点：正、负离子；作用力：离子键质点：正、负离子；作用力：离子键。每个离子周围，都每个离子周围，都有一定数目的异号离子包围。有一定数目的异号离子包围。如：如：NaCl：Na和和Cl按一定规则在空间交替排列。按一定规则在空间交替排列。(2)(2)正、负离子有一定的配位比正、负离子有一定的配位比：NaClNa：Cl6：6；CsClCs：Cl8：8；ZnSZn2：S24：4。配位数的大小跟正、负离子的半径比有关系。但不配位数的大小跟正、负离子的半径比有关系。但不管配位数是多少，对于正、负离子电荷相同的晶体来说，管
41、配位数是多少，对于正、负离子电荷相同的晶体来说，其最简配位比都是其最简配位比都是1：1，只有这样，才能保持晶体的电，只有这样，才能保持晶体的电中性。中性。(AB型型)第42页，共137页，编辑于2022年，星期三(3)(3)空间结构类型空间结构类型：典型的离子晶体结构有三种：典型的离子晶体结构有三种：NaCl型、型、CsCl型、型、ZnS型。晶胞形状都是正立方体形的。型。晶胞形状都是正立方体形的。NaCl型：面心立方晶格型：面心立方晶格CsCl型：体心立方晶格型：体心立方晶格2.2.离子晶体的性质离子晶体的性质（1 1）熔沸点高、硬度大）熔沸点高、硬度大 要改变其凝集状态，必须破坏晶格结构，破
42、坏正、要改变其凝集状态，必须破坏晶格结构，破坏正、负离子的离子键，所以需要提供很高的能量。负离子的离子键，所以需要提供很高的能量。第43页，共137页，编辑于2022年，星期三（2 2）导电性：晶体状态不导电，但在熔融状态和溶液中，产生带）导电性：晶体状态不导电，但在熔融状态和溶液中，产生带电离子，是电的良导体。电离子，是电的良导体。（3 3）溶解性：一般都易溶于水）溶解性：一般都易溶于水（4 4）脆性高、延展性差：）脆性高、延展性差：一旦受到外力冲击，离子错位，一旦受到外力冲击，离子错位，晶格被破坏，容易破碎。晶格被破坏，容易破碎。第44页，共137页，编辑于2022年，星期三（三）离子晶体
43、的热稳定性（三）离子晶体的热稳定性 离子晶体的稳定性除了可以用离子键的强弱描述外，还有离子晶体的稳定性除了可以用离子键的强弱描述外，还有一个定量的衡量标准：一个定量的衡量标准：晶格能晶格能U(Lattice energy)。标准状态下，由相互远离的气态正、负离子结合成标准状态下，由相互远离的气态正、负离子结合成1mol固态离子晶体所放出的能量。单位：固态离子晶体所放出的能量。单位：kJmol1 标准状态下，拆开单位物质的量的离子晶体使其变为气态标准状态下，拆开单位物质的量的离子晶体使其变为气态正、负离子所需吸收的能量。单位：正、负离子所需吸收的能量。单位：kJmol1第45页，共137页，编辑
44、于2022年，星期三 晶格能的大小实际上从另一个角度反映了离子键的强弱。晶格能的大小实际上从另一个角度反映了离子键的强弱。离子键越强，晶格能越大，正、负离子结合越牢固，离子晶离子键越强，晶格能越大，正、负离子结合越牢固，离子晶体越稳定。体越稳定。离子电荷越多，正负离子核间距越短，晶格能越大，离子电荷越多，正负离子核间距越短，晶格能越大，离子键越牢固，反映在物性上有较高的熔点、沸点和硬度。离子键越牢固，反映在物性上有较高的熔点、沸点和硬度。第46页，共137页，编辑于2022年，星期三三、金属晶体三、金属晶体(Metallic crystals)：（金属型晶体金属型晶体）1.1.结构特点：结构特
45、点：质点：金属原子或金属正离子质点：金属原子或金属正离子作用力：金属键作用力：金属键金属原子和金属正离子靠自由电子相金属原子和金属正离子靠自由电子相互结合的作用力。互结合的作用力。可以看作是一种可以看作是一种特殊共价键特殊共价键：由许多原子共用许多电子，由许多原子共用许多电子，但无方向性和饱和性。每个原子在空间允许的条件下，总是与但无方向性和饱和性。每个原子在空间允许的条件下，总是与尽可能多的原子形成金属键，所以金属晶体一般都是按紧密堆尽可能多的原子形成金属键，所以金属晶体一般都是按紧密堆积方式排列，密度较大。积方式排列，密度较大。自由电子模型自由电子模型第47页，共137页，编辑于2022年
46、，星期三2.2.性质特点：性质特点：（1 1）有金属光泽（多为银白色）有金属光泽（多为银白色）（2 2）良好的传热导电性）良好的传热导电性（3 3）良好的延展性）良好的延展性：金属键无方向性，外力作用使原子金属键无方向性，外力作用使原子位移并不破坏金属键。位移并不破坏金属键。（4 4）多数有较大的硬度和较高的熔沸点）多数有较大的硬度和较高的熔沸点，但碱金属、碱土金但碱金属、碱土金属例外。属例外。d电子参加成键，自由电子数多，金属键强；电子参加成键，自由电子数多，金属键强；s电子成键，价电子数少，且原子半径大，对电子吸引力电子成键，价电子数少，且原子半径大，对电子吸引力弱，弱，碱金属、碱土金属金
47、属键弱。碱金属、碱土金属金属键弱。第48页，共137页，编辑于2022年，星期三四、原子晶体四、原子晶体(Covalent crystals)1.1.结构特点：质点结构特点：质点原子原子 作用力作用力共价键共价键 原子晶体的空间构型（晶格类型）和原子之间的配位原子晶体的空间构型（晶格类型）和原子之间的配位数取决于共价键的方向性和饱和性。数取决于共价键的方向性和饱和性。例如：金刚石例如：金刚石(金刚石金刚石)，每个，每个C原子以原子以sp3杂化轨道与杂化轨道与相邻的相邻的4个个C原子形成原子形成4个共价键（个共价键（键）键）C：C4：4，晶格类，晶格类型：立方型：立方ZnS型。型。第49页，共1
48、37页，编辑于2022年，星期三 属于原子晶体的物质不太多，常见的象：属于原子晶体的物质不太多，常见的象：Si、B、SiC（金刚砂）、（金刚砂）、SiO2（石英）、（石英）、BN、AlN等。注意原子晶体中等。注意原子晶体中也不存在单个分子，晶格结点上的微粒都是原子，上述这也不存在单个分子，晶格结点上的微粒都是原子，上述这些表示仅代表其化学组成（原子的最简配位比），是化学些表示仅代表其化学组成（原子的最简配位比），是化学式而不是分子式。式而不是分子式。2.2.性质特点：性质特点：高熔点、高沸点、硬度大、不导电高熔点、高沸点、硬度大、不导电SiC：3550 （熔点）（熔点）原子之间以共价键结合，作
49、用力强，不易破坏，所以原子之间以共价键结合，作用力强，不易破坏，所以熔沸点都很高，硬度也大，晶体内没有自由电子，也不存在熔沸点都很高，硬度也大，晶体内没有自由电子，也不存在离子，所以不能导电。离子，所以不能导电。第50页，共137页，编辑于2022年，星期三1.1.结构特点：质点结构特点：质点分子分子 作用力作用力分子间力（氢键）分子间力（氢键）例：干冰（例：干冰（CO2分子晶体）（非极性分子型晶体）分子晶体）（非极性分子型晶体）常见分子晶体：稀有气体，非金属单质及化合物（常见分子晶体：稀有气体，非金属单质及化合物（X2、H2、O2、P、S、HCl、CO2等）、大部分有机物，固态时都等）、大部
50、分有机物，固态时都是分子晶体。是分子晶体。五、分子晶体五、分子晶体(Molecular crystals)第51页，共137页，编辑于2022年，星期三2.2.性质特点：性质特点：分子间作用力比化学键要弱得多，所以分子晶体分子间作用力比化学键要弱得多，所以分子晶体一一般熔沸点低、硬度小、易挥发般熔沸点低、硬度小、易挥发。比如：白磷熔点为。比如：白磷熔点为44.1（室温下，所有的气态物质、易挥发的液体，易熔化和易升华（室温下，所有的气态物质、易挥发的液体，易熔化和易升华的固体，在一定条件下都可形成分子晶体）；干冰易挥发，可的固体，在一定条件下都可形成分子晶体）；干冰易挥发，可作制冷剂；樟脑球：萘