工科化学(1)课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层波函数本身没有明确的物理意义，但它的平方2代表电子在空间各点出现的概率密度。若用黑点的疏密程度来表示空间各点电子概率密度的大小，则2大的地方黑点较密，其概率密度大；反之2小的地方黑点较疏，概率密度小。在原子核外分布的小黑点，好象一团带负电的云，把原子核包起来，如同天空中的云雾一样，所以又称为电子云（,electron cloud）。,即通常把2在核外空间分布的图形称电子云。,第三层,第四层,第五层,*,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,*,倪惠琼主讲,第3章 化学键和晶体结构,（续）,3.3,分子间力、氢键和分子晶体,3.4 金属键和金属晶体,3.5 混合型晶体,3.6 离子极化对晶体性质的影响,3.8,非晶体 液晶,3.7,晶体缺陷,10/3/2024,1,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,3.3,分子间力、氢键和分子晶体,（1）,分子间力没有方向性和饱和性；,特点,：,一、,分子间力,(,intermolecular force),中性的原子或分子间非化学键的相互作用力。,（2）能量比化学键力小12个数量级；作用范围小（仅为几百,pm,之间，与分子间距离的7次方成反比）；,（3）,影响重大：对物质的熔点、沸点、溶解度、表面张力以及熔化热、气化热等性质产生很大的影响。,本质：,属静电引力，它与分子的极性有关。,10/3/2024,2,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,二、分子的极性和分子的极化,分子中正负电荷重心重合。,（1）,非,极性分子,(,nonpolar molecule),：,1、分子的极性,任何分子中的正负电荷总值都相同，使分子呈电中性。但分子中的正电荷和负电荷又有其各自的运动规律，可以设想正负电荷各有一个“重心”或“中心”或“极”。,（2）,极性分子,(,polar molecule)：,分子的正负电荷重心不重合。,分子的极性会影响物质的性质。,注意：,分子的极性与化学键的极性不完全一致,。,10/3/2024,3,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,（3）,化学键的极性,取决于原子在分子中吸引电子的能力。,特点：,两原子对其共用电子对吸引力相同，化学键正负电荷重心重合。,（4）,非极性共价键：,同核双原子分子（,H,2,、O,2,、N,2,及,X,2,）,形成的共价键。,（5）,极性共价键：,由不同元素的原子（如,HCl,等）形成的共价键。,特点,：两原子电负性不同，对共用电子对吸引力有差异，使其偏向某一原子，导致化学键的正负电荷重心不重合，键中形成正负两个极。,10/3/2024,4,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,（6）,分子的极性与化学键的极性的关系：,复杂的多原子分子，分子的极性不仅与键的极性有关，而且还取决于分子的空间构型。,简单的双原子分子，键的极性就是分子的极性。,A、,空间结构对称的分子（如,CO,2,、CCl,4,），,键有极性，分子无极性,B、,由极性键构成的空间构型不对称的分子（如,H,2,O、NH,3,），,正负电荷重心不重合，是极性分子。,2、分子的偶极矩,(,electric dipole moment),分子中正负电荷重心之间的距离,l,（,偶极长）与偶极一端电量,q,的乘积。,单位,：库仑米（,Cm）,=,l,q,10/3/2024,5,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,说明：,=0的分子为非极性分子；,是矢量，其方向从正指向负。其值可由实验测得。,0的分子是极性分子，值越大，分子的极性越强。,偶极矩不仅可以说明分子极性的强弱，还可判断分子的空间构型,如实测,H,2,O,分子的=6.1710,-30,Cm，H,2,S,分子的=3.2410,-30,Cm，,由此可判断这两种化合物都是极性分子，空间构型肯定不是直线型，而且,H,2,O,的极性大于,H,2,S。,表3.9,一些分子的偶极矩（,10,30,/,Cm）,和分子的空间构型,10/3/2024,6,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,分子,偶极矩,空间构型,分子,偶极矩,空间构型,双原子,分子,N,2,H,2,HF,HCl,CO,0,0,6.37,3.60,0.37,直线型,直线型,直线型,直线型,直线型,三原子,分子,CS,2,CO,2,H,2,S,SO,2,H,2,O,0,0,3.63,5.28,6.17,直线,直线,V,字形,V,字形,V,字形,四原子,分子,BF,3,NH,3,0,4.90,平面三角形,三角锥,五原子,分子,CH,4,CCl,4,CHCl,3,0,0,3.63,正四面体,正四面体,四面体,表3.9 一些分子的偶极矩（,10,30,/,Cm）,和分子的空间构型,10/3/2024,7,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,3、分子的极化,(,molecular polarization),诱导偶极,(,inductive,dipole,),在外电场作用下，正负两极被分化的过程。,在外电场作用下，正负两极被分化的所产生的偶极。,外电场强，分子变形显著，诱导偶极大；电场消失，诱导偶极消失。,分子极化的结果,：,使非极性分子出现偶极；使极性分子两极不重合性被进一步拉大,分子的变形性：,因电子云与原子核相对位移而使分子外形发生变化的性质。,10/3/2024,8,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,极化率,：,极化率越大，分子的变形性越大；反之亦然。对于同类型分子，相对,分子质量越大,，变形性越大，极化率越大。,分子（或离子）在单位电场中被极化所产生的偶极矩，是表示分子在外电场作用下发生极化变形的能力的物理量。,二、分子间作用力,：包括三种力,1、色散力,(,dispersion force),由于存在瞬时偶极而产生的相互作用力。,特点,：普遍存在（包括稀有气体）,是最主要的分子间力,。,影响大小的因素,：变形性越大，分子越易被极化，色散力越强,*,存在于一切分子之间。,10/3/2024,9,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,2、诱导力,(,inductive force,),影响大小的因素,：,极性分子的固有偶极（永久偶极）与诱导偶极之间的相互作用力（非极性分子在极性分子的微电场作用下，电子云和核发生相对位移，产生诱导偶极）。,非极性分子的变形性越大，诱导力越强。,3、取向力,(,orientation force),极性分子相互接近时，它们的固有偶极之间同极相斥，异极相吸，使分子在空间的运动按异极相邻的状态取向，这种依靠固有偶极的取向所产生的相互作用力。,影响大小的因素,：,固有偶极的越大，取向力越大。,*,存在于极-非或极-极之间。,*,存在于极-极之间。,10/3/2024,10,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,4、关于分子间力,：,分子间距离的7次方成反比。随分子距离的增大（10,nm），,分子间力急剧减弱。,与距离的关系,：,对物质的性质的影响,：,（1）,熔、沸点,：分子间力越大，液化热和气化热越大，物质的熔点、沸点越高。,（2）,溶解性,：极性相似的分子间作用力较大。其溶解度也大，反之亦然。,表3.10,分子间作用力的分配,10/3/2024,11,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,分子,色散力,诱导力,取向力,总和,H,2,Ar,Co,HI,HBr,HCl,NH,3,H,2,O,0.17,8.49,8.74,25.86,21.92,16.82,14.94,8.996,0.000,0.000,0.0084,0.1130,0.502,1.004,1.548,1.929,0.000,0.000,0.0029,0.025,0.686,3.305,13.31,36.38,0.17,8.49,8.75,25.98,23.09,21.13,29.58,47.28,表2.10 分子间作用力的分配（,kJmol,-1,）,10/3/2024,12,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,三、氢键,(,hydrogen bond),（1）氢键形成的原因,1、氢键的形成,氢原子与电负性很大的,X,原子形成共价键时，,H,原子几乎成了不带电子、半径很小的裸露带正电的原子核,，遇到另一个分子中的电负性大、半径小的原子,Y,时，会与,Y,原子中的孤对电子相互吸引，在其间表现出较强的作用力,氢键,。,（2）形成氢键的条件,：,A、,分子中有,H,原子；,B、X-HY,中的,X,和,Y,原子元素的电负性大、半径小、有孤对电子。只有,N、O、F。,10/3/2024,13,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,注意,：含有,CHO,或,CO,基团的醛、酮等有机物，虽有,H、O,存在，但与,H,原子直接连接的是电负性较小的,C，,故这种同种化合物的分子之间不可能形成氢键。,2、氢键的特点,（1）氢键有饱和性和方向性,（2）氢键的强弱与,X,和,Y,的电负性大小有关,关于氢键的键能,：,它比共价键的键能小得多，而与分子间力具有相同的数量级。不同种类原子所形成的氢键其键能不同。,10/3/2024,14,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,3、氢键对化合物性质的影响,（2）对物质溶解度的影响,（1）对熔沸点的影响,若溶质与溶剂分子间能形成氢键，则会增加溶解度。,如溶质分子形成分子内氢键，则它在极性溶剂中溶解度降低，在非极性溶剂中溶解度增大。,四、分子晶体,(,molecular crystals),晶体的晶格结点上排列的是分子，分子之间以较弱的分子间力结合而形成的晶体。,特点：,（1）分子间力没有方向性和饱和性，分子采取紧密堆积的方式；,（2）分子间力很弱，故,分子晶体的熔点低、挥发性强、硬度小,。,10/3/2024,15,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,3.4 金属键和金属晶体,（1）,金属的共同特征：,金属键及其本质,有金属光泽、不透明、是优良的导电体和导热体、有延展性等。,（2）原因,：,金属以金属键构成,金属晶体,(,metallic crystal),的形式存在，金属性能是其特定结构的外在反映。,金属键是与普通的离子键和共价键不同的一种特殊类型的化学键,10/3/2024,16,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,一、自由电子理论,金属都是电离能低、电负性小的元素，它们的内层电子受束缚较强，只能在比较狭窄的区域内活动，称为“定域电子”；,外层电子受束缚较弱，能够在整个晶体中比较自由地运动，称为“自由电子”或“离域电子”,。,定域电子和离域电子：,金属键：,自由电子把金属原子和金属离子联系在一起而形成金属晶体，其相互作用力称。,金属键可以看成是一种由许多原子和离子共用许多电子的一种特殊形式的少电子多中心的共价键，或者说，是一种特殊的离域共价键。,10/3/2024,17,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,分子中含有,F-H、O-H,或,N-H,键。而含有 或 基团的,金属晶体的特性,（2）高熔、沸点，高密度，良好的机械加工性能,（1）良好的导电性和导热性（自由电子之故），且导电性随温度升高而降低；,金属键无方向性，紧密堆集,，,使金属中正离子难以脱离“电子海”的包围，使金属具有高的沸点和气化热；,但金属键的强弱不同，使金属晶体的硬度、熔点、延展性等性质有很大差异。,（3）银白色光泽和对辐射能有良好的反射性能。,自由电子可吸收可见光，并将吸收的光以不同的波长辐射出来。,10/3/2024,18,工科化学（1）课件 安徽理工大学化工系 倪惠琼 制作,二、金属键的能带理论,n,个原子轨道线性组合得到,n,个分子轨道，每个,原子,轨道可容纳2个电子，共可容纳2,n,个电子。,n,的数值越大，分子轨道能级间的能量差越小