分子结构与晶体结构.ppt

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1、 9.1 共价键理论 9.2 分子间作用力 9.3 晶体结构 面心立方晶格 晶体结构 结点 晶胞：代表晶体结构 特征的最小组成部分 概述 化学键：原子结合成分子或晶体时，相邻 原子间强烈的相互吸引作用。 离子键 共价键 金属键 晶体类型 正、负 离子 离子晶体 原子 原子晶体 分子 分子晶体 金属原子、 离子、 自由电子 金属晶体 9.1 共价键理论 9.1.1 现代价键理论（简称VB法） 1 共 价 键 的 形 成 H2分子排斥态 H2基态 R00，有单电子 单位：B.M. n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n -未成对电子数 = =1.73 2.83 3.87 4.90 5.92 C

2、OCN-NO2-enRNH2NH3H2O C2O42-OH-F-Cl-SCN- 电负性较小的C作配位原子，形成内轨型， 光谱化学序列 强场配体 弱场配体 F、O等配位原子，多为外轨型。 内轨型配键结合较牢，稳定性较高。 中心离子d5（Fe3+），一般形成外轨、高自旋 配合物，除与CN-。 d6（Co3+）,一般内轨型，除与F- 。 d8（Ni2+ ) ，一般外轨，除与CN- 。 Pd2+、Pt2+内轨型。 （3） 配合物的稳定性K稳 CN-易形成内轨配合物，F-易形成外轨配合物 。 例1 测得Fe(H2O)62+和Fe(CN)64-的磁矩分 别为5.0 B.M.和0 B.M.，试据此推测配离子

3、的 空间构型，未成对电子数，中心离子轨道杂 化类型，内轨型还是外轨型配合物？比较其 相对稳定性。 解 Fe2+ 3d 64s0 Fe(H2O)62+ n 4 中心离子 sp3d2杂化，外轨型配合物。 Fe(CN)64-， n =0 正八面体 Fe2+ d2sp3杂化，内轨型配合物 稳定性Fe(CN)64- Fe(H2O)62+ Co(NH3)63+ Co(NH3)62+ Ni(CN)42- Ni(NH3)42+ dsp2杂化sp3杂化 CoY- CoF63- 在配合物中，Cu+、Ag+、Au+等中心离子常以 （ ）方式杂化，形成配位数为（ ）的配 离子，空间构型为（ ）。Zn2+、Cd2+、H

4、g2+ 等以（ ）方式杂化，配离子构型多为（ ） 。 稳定性 FeF63-（ ）Fe(CN)63- Co(en)33+（ ）Co(en)32+ FeF63-是( )自旋、（ ）轨型配离子。 Co(NH)63+形成（ ）磁性、（ ）轨型配 合物，磁矩为（ ），Co3+以（ ）方式杂 化，配离子构型为（ ）。 中心离子 电子构型 配 位 数 杂化 类型 空间 构型 配合物举例 Cu+、Ag+ 、Au+ (n-1)d10 2sp 直 线 形 Ag(NH3)2+、CuCl2-、 Ag(CN)2- 、Ag(SCN)2- Au(CN)2- Zn2+、Cd2+ 、Hg2+ (n-1)d10 Ni2+ d8

5、Co2+ d7 4sp3 正 四 面 体 Zn2+、Cd2+、Hg2+配合 物Ni(CO)4、NiCl42-、 Ni(NH3)42+ Co(NCS)42- Ni2+ (CN- ) Pd2+ Pt2+ Cu2+ 4 dsp2平 面 正 方 形 Ni(CN)42- Pd2+ 、 Pt2+ 配合物， Cu (NH3)42+ Cu(H2O)42+ Fe3+ (d5) Fe2+ (d6) Co3+(d6) Co2+(d7) Pt4+ (d6) 6 sp3d2 正 八 面 体 Fe(H2O)63+、FeF63- CoF63- 、Co(H2O)62+ Co(en)32+ Co(NH3)62+ d2sp3 正

6、 八 面 体 Fe(CN)63-、Fe(CN)64- Co3+配合物(除CoF63- ) Co(CN)64-、PtCl62- Cu+3sp2平面 三角 Cu Cl32- Cu(CN)32- Ni2+ Fe 5 dsp3三角 双锥 Ni(CN)53- Fe(CO)5 解释分子稳定性以及分子的磁性。 H2+ O2+ NO NO2 可稳定存在， O2 顺磁性 9.1.4 分子轨道理论 （1）在分子中，电子不从属于某个原子， 而是在整个分子范围内运动。 分子总能量=被电子占据的各轨道能量总和。 1.分子轨道理论基本要点 （2）分子轨道（MO）由原子轨道（AO）线 性组合而成， MO数目=原子轨道数目

7、（4）分子轨道中电子排布三原则： （3）原子轨道组成分子轨道三原则： 能量相近，轨道最大重叠，对称性相同。 能量最低，保里不相容原理，洪特规则。 2原子轨道组成分子轨道 1s* 反键轨道 1s 成键轨道 H2 分子轨道（MO）能级图 AOAO 1S 1S 对称性匹配原则 形成分子轨道三原则 能量相近似原则 对称性相符为成键轨道，不符为反键轨道。 同核双原子分子：ns-ns组合成 ns ns* np-np轨道组合成六个分子轨道。 最大重叠原则 2px -2px “头碰头”重叠形成2px 2px*， 2py - 2py，“肩并肩”形成2py和2py* s-s原子轨道的组合 原子轨道 组合方式 分子

8、轨道 键型 反键轨道 成键轨道 p-p原子轨道的组合 3.分子轨道能级 O2，F2 2s 2s 2p 2p 1s 1s 1s *1s 2s *2s 2Px 2Py 2Pz * 2Py * 2Pz *2Px O2分子轨道表示式 2s 2s 2p 2p 1s 1s O2顺磁性 2s 2s 2p 2p 1s 1s N2 2Px 2Py 2Pz 反磁性 N2，B2，C2 N2 F2 键级分子稳定性 键级大，净成键电子数多，分子能量低， 稳定性高。 He2+ (1s)2(1s*)1 键级=(2-1)/2=1/2， N2：键级=6/2=3，一个键，两个键。 计算 He2，He2 + ，N2， O2 键级

9、He2 (1s)2(1s*)2 键级=(2-2) / 2=0， 分子不存在； O2 ：键级(6-2)/2=2，一个键， 两个3电子键 = 1个键 N2 3，O2 2，O2 + 2.5，O2- 1.5，O22- 1.0 稳定性 N2 O2+ O2 O2- O22- 顺磁性 O2+ , O2 , O2- 下列稳定性顺序中正确的是 （ ）。 A O2+ O2 B O22- O2 C N2+ N2 D H2+ H2 由键级判断稳定性 O2+ 轨道表示式（ ）， 键级为（ ），有（ ）个三电子键， 在磁场中呈现( )磁性。 N2分子轨道电子排布式（ ）， 键级为（ ），分子中有一个（ ）键， 两个（ ）

10、键。 （ ）键比（ ）键的 强度大。 9.2 分子间作用力和氢键 1键的极性 9.2.1 分子的极性和变形性 2分子的极性 非极性分子： 正 负电荷重心重合 H2，Cl2，CH4，CCl4， BF3，CO2 非极性共价键，极性共价键。 H2，O2，Cl2 HF，CS2 非极性键组成的分子。H2，Cl2， 极性键组成多原子分子，中心对称。 空间构型 极性键组成的双原子分子 HF，HCl， 极性键组成的多原子分子， 无对称中心。 正 负电荷重心不重合 极性分子： H2S PH3 CHCl3，SO2 = ql （ Cm） q：极上电荷（正电中心或负电中心）。 偶极矩衡量分子极性 =0 时，非极性分子

11、 N2，CH4，BF3，CO2 0 时，极性分子 CO，NO，HCl，HF 极性分子在电场中的取向 极性分子-固有偶极（永久偶极） 分子置于外电场中，核与电子发生相对位 移，正 负电荷重心位置改变的过程。 非极性分子产生诱导偶极，分子变形极化。 3.分子的极化 瞬时偶极 分子运动会出现电子和原子轨道的瞬间相对 位移，引起分子中正 负电荷重心不重合。 分子外形发生变化的性质称分子变形性。 4. 分子的变形性 分子变形性与分子大小有关。 电子数多，分子量大，变形性大。 分子被极化的程度（变形性大小）。 极化率大，分子变形性大。 F2， Cl2， Br2， I2 极化率 9.2.2 分子间作用力 1

12、色散力 色散力大小与极化率有关。 分子量大，极化率大，色散力大。 存在于一切分子之间 非极性分子间只存在色散力 非极性分子与极性分子间，除了色散力， 还有诱导力。 2诱导力 诱导力大小与极性分子固有偶极和非极 性分子极化率有关。 3取向力 极性分子间，除了色散力、诱导力外， 固有偶极作用，产生取向力。 只存在于极性分子之间， 取向力取决于 分子固有偶极大小。 HF H2O NH3 （3）距离增大分子间力减小。 分子间力特点 （1）永远存在于分子间，以色散力为主。 （2）静电引力，没有饱和性和方向性。 HCl HBr HI，色散力递增，主要。 4. 分子间力对物质性质的影响 （1）熔 沸点 （2

13、）溶解性- 相似相溶原理 E从几个kJmol-1几十kJmol-1 常温F2 、 Cl2 、 Br2、I2 聚集状态不同 9.2.3 氢键 HF HCl HBr HI 沸点/ 20.0 -85.0 -67.0 -36.0 氢键键能：拆开1mol HY 需要的能量 1氢键 XH YX-电负性大，半径小 Y-电负性大，半径小，含孤对电子 X Y：F O N 氢键键长XH Y 冰氢键示意图 部分分子量小的有机酸、醇、胺、氨基酸等 。 （1）分子间氢键 2氢键的种类 NH3分子间， H2O分子间，HF分子间可以形 成氢键，沸点升高。 H2O与NH3间， H2O与HF分子间， NH3与HF 间形成氢键，

14、互溶。 同一分子内形成氢键，多为有机物， 形成五 六元环。 （2）分子内氢键 -OH，-COOH，-NH2 沸点降低 3. 氢键的特点 分子间氢键 （1）方向性 XH Y （2）饱和性 （3）强弱与电负性有关 FHF OH O NH N 分子间氢键，加大分子间作用力，使分子缔 合，沸点、熔点显著升高；极性溶剂中溶解 度增大，液体密度增大。 4. 氢键形成对物质性质的影响 分子内氢键，沸点、熔点降低，极性溶剂中 溶解度减小。 NH3、PH3、AsH3、SbH3沸点由高到低的顺序 为( )。 NH3分子间除了（ 、 、 ）外， 还有（ ）。 9.3 离子晶体 阴、阳离子靠静电引力形成的化学键。 C

15、sF， NaCl，KCl， CsCl，MgO，CaO等。 熔点较高，硬度较大。 9.3.1 离子键理论 1.离子键的形成 离子型化合物 2.离子键的特征 静电引力，没有饱和性，没有方向性。 化学式 1.7 3. 离子的特征 离子的电子构型 阴离子 ns2np6 8 F -、Cl-、 O2-等 阳离子 1s2 2 Li+、Be2+ 离子外层电子排布电子构型常见实例 ns2np6 8 Na+、Mg2+、 K+、Ca2+ Sc3+Al3+ p区 (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 18+2 B、B ns2np6nd10 18 Cu+、Zn2+、Cd2+ Ag+、 Hg2+ 过渡元素

16、ns2np6nd19 917 Cr3+、Mn2+、Fe3+ Cu2+、Fe2+ Sn2+、Pb2+、Sb3+、Bi3+ 离子半径 d = r+r- 离子半径规律 （1）具有相同电子层结构， r+ r(M) （3）同周期电子层结构相同的离子，阳离子 电荷数大，半径小。 （4）同一主族，相同电荷离子半径增大。 （5）同一元素形成不同电荷阳离子，半径随 电荷数增大而减小， r(Al3+) r(S) r(Na+) r(Mg2+) r(Al3+) r(Na+) 0.414 r+/r-0.732 配位数8 r+/r- CaOBaO CsCl 经验公式 kJ/mol Z-离子电荷绝对值，r+r- 单位pm

17、A-马德隆常数，n-玻恩指数，可查 波恩哈伯循环得 NaCl U=769.4 kJmol-1 1. 指出离子晶体熔点高低、晶格能大小顺序 NaF NaCl NaBr NaI U 3889 3513 3152 920 780 740 2. 指出离子的电子构型：Ba2+，Cr3+，Pb2+， Mn2+，Cu+，Cu2+, Fe2+ MgO CaO BaO NaF NaCl NaBr 晶格能与阴、 阳离子电荷数乘积成正比， 与阴、阳离子核间距成反比。 5.离子极化 （1）离子的极化力和变形性 正、负离子靠近，核与电子发生相对位移， 产生诱导偶极，该过程称离子的极化。 离子极化力 某种离子使异号电荷离

18、子极化（变形）的 能力。一般指正离子为主的极化力。 离子极化作用 取决于离子极化力和离子变形性大小。 离子电荷、半径相近，决定于离子电子构型。 离子极化力与电荷 半径及离子电子构型有关 正离子电荷高，半径小，产生的电场强， 离子极化力强。 8电子构型 Fe2+ Ca2+ K+ P5+Si4+Al3+Mg2+Na+Pb2+ Mg2+ 电子构型相同，一般负离子变形性正离子； 离子的变形性 Ag+ K+ 主要取决于离子半径。离子半径大，变形 性大。 正离子电荷高，变形性小； 负离子电荷高，变形性大； 电荷 半径相近，18、18+2、917d电子的 正离子变形性较大。 S2- I- Al3+ AgCl

19、 化合物颜色 CuClAgCl AgBr AgI BaCl2 SrCl2 CaCl2 MgCl2 Ag2SHgS CaO BeO NaCl MgCl2 AlCl3 结点上为原子，共价键。 9. 非离子型晶体 1原子晶体 原子晶体硬度大、熔点高、一般不导电 不导热。 常见：金刚石 SiC 石英 Si B BN 金刚石，C sp3 杂化 CC 键 多数非金属单质 非金属化合物及有机化合 物大多数形成分子晶体。 2分子晶体 晶格结点上的粒子为分子，分子间以分子间 力结合。 分子晶体一般硬度小、熔点低，晶体状态 不导电。 碘 萘 白磷 干冰（CO2）， 干冰（CO2） 金属键-没有饱和性和方向性。 3

20、金属晶体 不同金属所含自由电子数目不同，金属键 的强弱不同、熔点与硬度变化大。 晶格结点上排列的粒子为金属原子或离子， 以金属键相结合。 金属单质及合金，易导电导热。 Cr硬度大，Os密度大，W（3400）熔点高， Hg（-38）熔点低。 六方紧密堆积 面心立方紧密堆积 体心立方紧密堆积 4混合键型晶体 晶体内同时存在若干种不同作用力，具有若 干种晶体的结构和性质。 C sp2杂化，键角120 2p轨道垂直于平面，形成大键 同层CC键长142pm 层间相邻C间距335pm 根据晶格结点上粒子种类及其结合力的不同， 将晶体分成（ 、 、 、 ） 四种类型。刚玉、石英、金刚石属（ ）， 干冰、碘属（ ），NaCl、MgO属（ ）， Cu、Ag、Au属（ ）。其中硬度最大的是 （ ）晶体，熔、沸点最低的是（ ）晶体。 石墨属（ ）型晶体，C以（ ）方式杂化。 下列晶体：SiO2、HF、KF、Pb在熔化时需 破坏共价键的是SiO2。