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1、q元素周期表元素周期表元素周期表元素周期表q原子和离子半径原子和离子半径原子和离子半径原子和离子半径q密堆积原理密堆积原理密堆积原理密堆积原理q配位数和配位多面体配位数和配位多面体配位数和配位多面体配位数和配位多面体q化学键和晶格类型化学键和晶格类型化学键和晶格类型化学键和晶格类型第10章 晶体化学基础元素周期表元素周期表The Periodic TableElements are classified as:Elements are classified as:碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土、非金属、卤素、惰性气体碱金属、碱土金属、过渡金属、稀土、非金属、卤素、惰性气体MetalsMeta
2、ls:lose e:lose e-and and cationscationsNonNonmetals:metals:gain egain e-and and anionsanionsMetalloidsMetalloids intermediate(B,Si,Ge,As,Sb,Te,Po.)intermediate(B,Si,Ge,As,Sb,Te,Po.)Elements are classified as:Elements are classified as:按纵行分为按纵行分为9 9个族个族:除零族除零族(惰性气体惰性气体)和和VIIIVIII族外，族外，I I至至VIIVII族又分主
3、族又分主(A)(A)和副和副(B)(B)族族 最外层电子数最外层电子数:IAIA为为1(1(nsns1 1););VIIAVIIA为为7(7(nsns2 2 npnp5 5););IB(IB(铜族铜族)和和IIB(IIB(锌锌族族)最外层电子数分别为最外层电子数分别为1 1和和2;IIIB2;IIIB至至VIIBVIIB的的族号族号等于最外层等于最外层s s电子电子数加上次外层数加上次外层d d电子数电子数;VIIIVIII族和零族另当别论。族和零族另当别论。Atomic and Ionic Radii原子和离子半径Atomic and Ionic Radiiuu不能绝对测量不能绝对测量(不可
4、能确切知道不可能确切知道e e-的运动状况的运动状况,即运动即运动速度和位置速度和位置)uu如果将电子云的分布空间如果将电子云的分布空间(体积体积)视为球形，则球的半径视为球形，则球的半径就是原子或离子的半径就是原子或离子的半径=理论半径理论半径理论半径理论半径 uu以键长数据为基础，由实验方法得到的原子或离子半径以键长数据为基础，由实验方法得到的原子或离子半径称为原子或离子的称为原子或离子的有效半径有效半径有效半径有效半径uu对应于不同的化学键，也有对应于不同的化学键，也有离子半径、共价半径离子半径、共价半径、金属金属原子半径、范德华半径原子半径、范德华半径的区别的区别Atomic and
5、Ionic Radii周期表中的规律周期表中的规律周期表中的规律周期表中的规律：uu同种元素原子半径同种元素原子半径:共价半径共价半径 金属原子半径金属原子半径uu同种元素离子半径同种元素离子半径:r:rcationcation r 2,2,较大较大 用静电理论解释用静电理论解释离子键 ionic bond化学键离子键 ionic bondNa:Na:失去失去e e-Na Na+(Ne (Ne 构型构型:2s:2s2 2 2 p 2 p6 6)Cl:Cl:得到得到e-e-Cl Cl-(Ar (Ar 构型构型:3s:3s2 2 3p 3p6 6)化学键化学键共价键共价键 covalent bon
6、dl l以共用电子对的方式所成的化学键以共用电子对的方式所成的化学键 FF具有方向性、饱和性具有方向性、饱和性:低配位数、非密堆积、低密度低配位数、非密堆积、低密度FF无电子和离子无电子和离子:不导电不导电FF键强较大键强较大(400 kJ/mol):(400 kJ/mol):高熔点、高硬度高熔点、高硬度FF具有单键、双键、叁键等具有单键、双键、叁键等FF一般电负性差小一般电负性差小FF用量子力学理论、键价理论或分子轨道理论用量子力学理论、键价理论或分子轨道理论 化学键 键能：气态原子键能：气态原子A A、B B生成气态分子生成气态分子ABAB所释放的能量所释放的能量A+B A+B AB AB
7、 单位：单位：kJ/mol (+kJ/mol (+值为释放的能量值为释放的能量)典型的共价键及其键能、键长典型的共价键及其键能、键长共价键共价键 H HH OH OO ClO ClCl CCl CC CC CC CC CC C键能键能 432 400 240 345.6 602 835 432 400 240 345.6 602 835 键长键长 0.74 1.21 1.99 1.53 1.34 1.20 0.74 1.21 1.99 1.53 1.34 1.20 共价键 covalent bond化学键化学键共价键 covalent bond原子靠近时：原子靠近时：原子轨道相互重叠原子轨道相
8、互重叠 电子云密度增加电子云密度增加 电子云同时受到两个核的吸引电子云同时受到两个核的吸引O O原子原子:1s:1s2 2 2s 2s2 2 2p 2p4 4两个两个O O原子，共用两个原子，共用两个2p 2p 电电子，子，O O2 2成成2s2s2 2 2p 2p6 6稳定构型稳定构型ClCl原子原子:1s:1s2 2 2s 2s2 2 2 p 2 p6 6 3s 3s2 2 3p 3p5 5 两个两个O O原子，共用原子，共用1 1个个2p 2p 电电子，子，ClCl2 2成成3s3s2 2 3p 3p6 6稳定构型稳定构型Carbon:Carbon:|1s 2s 2p1s 2s 2p 1
9、s 1s 2(sp 2(sp3 3)C-C-C angle=109o 28金刚石的结构sp3杂化化学键共价键 covalent bond:杂化Carbon:Carbon:|1s 2s 2p1s 2s 2p 1s 1s 2(sp 2(sp3 3)2s轨道上1个e-被激发至2p轨道:体系能量增加4.16 eV 2p轨道每增加1个CC键：能量降低4.29 eV化学键共价键 covalent bond:杂化Carbon:Carbon:|1s 2s 2p1s 2s 2p 1s 2(sp 1s 2(sp2 2)2p)2p化学键共价键 covalent bond:杂化石墨的结构sp2杂化uu其他类型的杂化
10、杂化杂化轨道夹角轨道夹角轨道形状轨道形状例子例子sp:sp:180180o o直线直线carbynecarbynespsp2 2:120120o o三角形三角形C(C(石墨石墨)spsp3 3:109109o o 28 28 四面体四面体C(C(金刚石金刚石)dspdsp2 2:9090o o,180,180o o正方形正方形CuClCuCl4 4 2-2-dspdsp3 3:120 120o o三角双锥体三角双锥体CuClCuCl4 4 2-2-化学键化学键共价键共价键 covalent bond:杂化杂化化学键化学键金属键金属键 metallic bondl l正离子和正离子和“自由电子自
11、由电子”之间的静电作用力之间的静电作用力FF没有方向性、饱和性没有方向性、饱和性:高配位数、密堆积、高密度高配位数、密堆积、高密度FF自由电子自由电子:良导体良导体FF键强小键强小(80 kJ/mol):(80 kJ/mol):低熔点、低硬度低熔点、低硬度FF自由电子理论、能带理论自由电子理论、能带理论 化学键化学键金属键金属键 metallic bondl l能带理论要点能带理论要点FF满带满带FF导带导带(空带空带)FF重叠带重叠带FF禁带禁带FFBrillouinBrillouin区区FFZnSZnS宽禁带宽禁带半导体？新半导体？新一代光源？一代光源？化学键金属键金属键 metallic
12、 bondl l能带理论要点能带理论要点FF满带满带FF导带导带(空带空带)FF重叠带重叠带FF禁带禁带FFBrillouinBrillouin区区FFZnSZnS-宽禁带半导体？宽禁带半导体？新一代光源？新一代光源？化学键分子键分子键 van der Waals bondl l分子与分子与分子间的作用力分子间的作用力FF无方向性、饱和性无方向性、饱和性:低配位数、非密堆积、低密度低配位数、非密堆积、低密度FF键强小键强小(8 kJ/mol):(8 kJ/mol):低熔点、低硬度、高热膨胀性低熔点、低硬度、高热膨胀性FFvan van derder WaalsWaals bond=bond=静电力静电力诱导力诱导力色散力色散力 FF常产生在分子之间，如石墨层间常产生在分子之间，如石墨层间化学键化学键氢键氢键 hydrogen bondl l氢原子参与成键的一种特殊的化学键氢原子参与成键的一种特殊的化学键FF有方向性、饱和性有方向性、饱和性FF键强小键强小(8 kJ/mol)(8 kJ/mol)FF氢键晶体氢键晶体:草酸铵石草酸铵石FF 化学键化学键混和键混和键同学们，再见！同学们，再见！