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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 分子结构和晶体结构,引言分子是参与化学反应的基本单元。分子是由原子组成的，所以分子的形成说明原子之间存在着相互作用。,分子结构：微观独立存在的集合体（分子、离子、原子）中原子之间的排列及作用。,晶体结构：宏观聚集体中微粒（原子、分子、离子）的排列及作用。,本章重点：共价化合物结构理论，有关应用,第一节 化 学 键,(,自学,),一、定义：,在分子或晶体中，相邻原子间强烈的相互作用。,二、类型：,离子键 共价键（配位键）金属键,三、键参数：表征化学键性质的物理量。,1、键能：,概念：破坏1,mol,气态化学键（化学式表示）变成气态原子或原子团所需要的能量。,若破坏的化学键多于一个时，则取其平均值。,键能越大，破坏键所需能量越大，键越强。,2、键长：,概念：分子间两原子核间的平衡距离。,一般情况下，键长越短，键强度越大。键越牢固。,3、键角：指键之间的夹角,概念：,表征化学键方向性、分子空间结构的重要参数。,4、键矩：,表征原子间键的正负电荷重心不重合的程度。,键矩为零正负电荷重心重合，为非极性键。,键矩不为零，为极性键；键矩越大，键极性越强。,第二节 离子化合物的结构,(,总结归纳,),问题：,根据希有气体原子的电离能和电子亲合能数据,有何启示？,说明：原子难失去电子，也难得到电子。该电子构型稳定,对价电子数较少金属原子，倾向于失去价电子变成希有气体型的阳离子。,对非金属，价电子数多，则倾向于获得电子成8电子型的阴离子。,提出：金属与非金属原子彼此发生电子转移，形成的相互作用，称为离子键。,一、离子键及离子化合物：,1、定义：由异电荷靠静电作用产生的化学结合力，称为离子键。,离子型化合物：由离子键组成的化合物。,2、形成条件：,通常以电负性差大于1.7作为是否为离子键的参考依据,3、本质：静电作用。,4、特征：,无方向性 无饱和性,5、离子结构类型：,2,e、8e、18e、18+2e、,不饱和,型,二、离子晶体及其特性：,1、晶体：,微观粒子（分子、原子、离子）在空间规则排列形成的宏 观聚集体。,2、晶格结点：微粒所处的位置。,3、晶胞：重复排列的具有代表性的最小单元。,4、,AB,型晶体构型：,CsCl,型,NaCl,型,ZnS,型（了解）,晶格类型,体心立方 面心立方 面心立方,配位数,8 6 4,5,、离子晶体特性：,具有较高的熔沸点和硬度；,脆性，机械加工性能差；,导电性：熔融或水溶液导电，但固体不导电。,三、晶格能,1、定义：破坏,1,mol,晶体（化学式），形成无限远离的气态离子的能量变化,2、分析：离子晶体形成过程中的能量变化,3、表明：离子晶体能稳定存在，关键在于阴阳离子间强烈的结合力，仅用电子结构稳定说明其形成是不完善的。,4、影响因素：离子的电荷、半径,5、应用：,NaX,物理性质变化规律,第三节 共价化合物的结构,问题 如何说明,H,2,、HCl,等众多物质的形成及性质。,离子键理论不能圆满解释。,提出了原子间可通过共用电子对形成分子的观点，即共价键。,共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键。,问题：共用电子为什么能形成？形成条件是什么？本质是什么？,随着量子力学的建立，近代原子结构理论的发展，先后建立了两大共价键理论：,VB,法和,M0,法。,一、,VB,法：,立论点：电子配对和原子轨道最大重叠。,1、要点：,电子配对原理：,原子间共价键结合是以相互自旋反向的未成对电子彼此配对为前提，符合不相容原理,即成单电子且自旋相反，俩俩偶合成“电子对”形成共价键。,推论：两原子各有一个成单电子且自旋反向，则形成一个稳定共价单键；若有多个成单电子且自旋反向，则形成复键。,若,A,原子有两个成单电子，,B,原子有一个成单电子，满足自旋反向则形成,AB,2,型分子。,原子轨道最大重叠原理：,两配对电子的原子轨道，力图最大程度的重叠才能最大限度的使核间的电子云密集，能量处于最低状态，形成共价键。,2、共价键的本质和形成条件：,本质：仍是电性的。,形成条件：,.,成单电子自旋相反；,.,原子轨道最大重叠。,同时满足，方能成键。,3、共价键的特征：,饱和性：由于每个原子提供的轨道和成单电子数目是一定的，所以每年原子的成键总数或以单键联接的原子数目是一定的。,方向性：原子轨道除,S,外，在空间都有一定的取向，所以只有沿着一定的方向才能发生最大重叠。,4、共价键的类型：,键：沿键轴方向，“头碰头”方式重叠。,键：轨道对称轴相互平行，“肩并肩”重叠。,重叠程度：,键大于,键,5、,VB,法补充,激发成键观点：例,配位键：,原子间共用电子对是由一个原子提供形成的化学键。,问题：水分子的空间构型如何解释？,二、杂化轨道理论,立论：原子轨道在成键时，为增强其成键能力，几个原子轨道可混杂重新组成几个新的原子轨道。,(,一,),要点：,1.,原子形成分子时存在价层内电子的激发，轨道杂化过程。,杂化：原子相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道“混合”，重新组合成一组新的轨道的过程。,杂化轨道：杂化后形成的新轨道。,杂化轨道数目：与参与组合的原子轨道数目相同。,2.,等性、不等性杂化,等性杂化：每个杂化轨道完全等同,不等性杂化：每个杂化轨道不完全等同，即杂化轨道中有不参与 成键的孤电子对。,3.,满足轨道最大重叠原理,4.,满足化学键之间最小排斥原理,(,二,),杂化类型与分子空间构型：,SP,SP,2,SP,3,dSP,2,dSP,3,(SP,3,d)d,2,SP,3,(SP,3,d,2,),直线 三角型 四面体 四边形 三角双锥 八面体,离域键大,键,形成条件：“肩并肩”重叠方式，共用电子数小于共用电子原子数的两倍。,(,三,),应用,:,(,四,),杂化理论的局限性及应用注意,杂化类型的确定，应根据实验数据（键参数）、对中心原子结构分析，要灵活掌握。,三、分子的某些性质,1、极性分子偶极,表征分子中正、负电荷中心不重合的程度,(,偶极矩,),分子极性与键的极性关系,非极性键：非极性分子,极性键：结构对称非极性分子,结构不对称极性分子,2,、分子磁性：表征分子在磁场中行为,顺磁：,物质在磁场中因电子自旋产生对着外磁场方向的磁矩,抗磁：两电子自旋相反配对，两个小磁场方向相反而抵消,故主要与物质内部的成单电子结构有关，通过磁性数据，可得到成单电子数信息。,用,VB,法对,O,2,、,H,2,+,形成和性质无法圆满解释。,四、分子轨道理论,立论：原子轨道重新“组合”,要点：,1.,能量相近、对称性匹配的不同原子的原子轨道可以“组合”成数目相等的分子轨道，能级将发生变化。,2.,分子轨道类型,成键分子轨道：能量低于原子轨道，有,、,反键分子轨道：能量高于原子轨道，有,*,、,*,3.,电子排布遵循原子结构电子排布原理。,4.,分子能级顺序,5.,电子在成键轨道上，体系能量降低，形成化学键；,电子在反键轨道上，体系能量升高，不利于形成化学键,小结：,MO,法计算复杂，描述分子几何构型不够直观。,五、共价物质的晶体结构,共价键的饱和性,使一些以共价键结合的物质以小分子形式存在。,1、分子间作用力,(Van,氏力,),与分子晶体,范氏力,、分子偶极：,固有偶极 诱导偶极,瞬时偶极：处于不停运动的电子与核产生瞬间相对位移,、范氏力：,取向力,:,极性分子间，因固有偶极的存在产生的相互作用。,诱导力,:,外电场作用下分子产生诱导偶极而发生的作用。,色散力,:,由瞬时偶极而产生的作用。,、三种存在范围：,取向力极性分子间,诱导力：极性分子间、极性非极性分子,色散力：所有分子之间。,、影响因素：,取向力：分子间距离的六次方成反比，与温度成反比，与固有偶极成正比。,诱导力：分子间距离的六次方成反比，与温度成反比，与变形性成正比。,色散力：分子间距离的六次方成反比，与温度成反比，与变形性成正比。,相对大小：色散力取向力诱导力。,、范氏力特点：,永远存在于分子间的一种力；,作用力较小，作用范围小；,无方向性和饱和性。,分子晶体及特性：,、分子晶体：占据晶格结点的质点是小分子，分子间靠范氏力彼此规则排列，形成的宏观聚集体。,、特征：,硬度小，熔沸点低，,固液气态导电性差，,加工性尚可。,、范氏力对物质物性的影响,氢键分子间又一种作用力,、氢键：与电负性值很大、半径小的元素原子共价结合的氢原子与另一电负性值很大、半径小的元素原子之间的作用。,、形成条件：,F、O、N,、特征：,具有方向性和饱和性,氢键较范氏力大但不如化学键强。,、氢键类型及对物性的影响,分子内和分子间氢键,2、原子晶体,共价物质的另一类晶体,定义：占据晶格结点的质点为原子，原子间通过共价键规则排列，形成的宏观聚集体。,特征：,不存在独立的小分子,高熔沸点、高硬度,热电不良导体,加工性能差,3、混合型晶体石墨,第四节 金属键与金属晶体,如何解释金属单质的物理性质及原子间的相互作用,金属原子间强烈的相互作用力,金属键,一、改性共价键理论（自由电子理论）,1.,要点：,1,.,自由电子及形成,:,金属原子的价电子易电离成为自由电子，这些电子能自由地从一个原子“跑”向另一个原子。,2,.,金属键形成,:,金属原子通过“共用”“自由电子”相互作用（静电吸引）结合在一起,2.,金属键本质及特征：,电性力,无方向性和饱和性,形象化,:,金属原子间有电子气自由流动；金属原子沉浸在电子的“海洋”中。,二、金属晶体、特性及理解,结构特点：倾向最紧密堆积,特性：,较高密度 良好加工性,良好导电热性 金属光泽,第五节 离子极化,前面离子键的讨论，视离子为不变的球对称体，而实际上离子间将以各自的电场相互影响其电子云。,一、离子极化现象：使离子的电子云“变形”，与核发生相对位移，产生诱导偶极，在离子间产生一种附加作用力的现象。,二、极化规律及影响因素：,变形性：离子半径越大，变形性越大；,极化能力：外加电场或离子自身的电场强弱,离子半径小、电荷多，电场强度越大，极化能力越大,结构影响：,离子的结构对其极化能力和变形性影响较大,当半径和电荷相近时,极化能力和变形性与结构关系：,18,e、18+2e917e8e,一般，考虑阳离子的极化能力阴离子的变形性。,三、离子极化对结构和性质的影响,键型变异,例：,AgX,对化合物溶解度、颜色的影响,AgX,溶解度和颜色的变化,NaCl,和,CuCl,性质比较,注意离子极化是离子键理论的补充，但离子型化合物毕竟不多，故存在局限性，不能乱套。,
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