hecheng物质结构基础good课件.ppt

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1、第二章 物质结构（一）原子结构,第二章 物质结构（一,物质世界五光十色、千变万化,归根结底由物质的组成、结构决定,物质世界五光十色、千变万化,研究物质世界，就是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律。,万事皆有缘 宏观物质的性质、变化规律缘由于微观物质。化学研究什么？,研究物质世界，就是研究物质的组成、结构、性质及其变化,物理 化学 物理. 化学主要是研究化合物的组成、结构、性质 数学、物理、化学是一切自然科学的基础科学，或称为中心科学。,宏观物质,亚微观结构,分子,原子,基本粒子,宏观物质亚微观结构分子原子基本粒子,化学研究物质的总体思路,化合物的性质,化合物存在 的状态,化学反应的 历程,

2、能量最低原理,电子效应,空间效应,化学研究物质的总体思路化合物的性质化合物存在化学反应的,.,1.1 原子结构的近代概念1.2 原子核外电子的排布和元素周期律1.3 化学键和分子构型1.4 共价分子的空间构型1.5 分子间力和氢键1.6 晶体结构,.1.1 原子结构的近代概念,1.1 原子结构的近代概念,1.1.1、 经典原子模型1.1.2、 原子结构的近代概念1.1.3 原子轨道和电子云1.1.4 多电子原子中轨道的能级,1.1 原子结构的近代概念1.1.1、 经典原子模型,1.1.1、 经典原子模型,1J. Dalton原子模型原子是物质的不可再分的最小实心微粒。,1.1.1、 经典原子模

3、型1J. Dalton原子模型,阴极射线,19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子是可以分割的，不是最后质点。,阴极射线 19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子,2J.J.Thomson的“浸入式”原子模型,认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运动的负电子构成。,2J.J.Thomson的“浸入式”原子模型认为原子是,3E.Ruthorford的“含核”原子模型,认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，核外有电子绕核的外围作空间运动。,3E.Ruthorford的“含核”原子模型认为原子中,4Bohr原子模型,指出微观粒子运动具有量子化的特征，提出了关于原子轨道能级的概

4、念。,4Bohr原子模型 指出微观粒子运动具有量子化的特,hecheng物质结构基础good课件,1.1.2、原子结构的近代概念,1波粒二相性2运动的统计性,1.1.2、原子结构的近代概念1波粒二相性,1 波粒二象性,对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长期增论，后来确认既具有微粒性，又具有波动性，称为波粒二象性。物质波的概念 1924年de Broglie在光的启发下提出一切物质都具有粒子和波动的性质，即波粒二象性,1 波粒二象性 对于光的本性，曾经有微粒说、波动,把作为粒子特征的动量P和表现波特性的波长联系起来。,E为粒子的能量； 为粒子物质波的波长； P为粒子的动量； 为粒子物质波的频率

5、； h为普朗克常数； v为粒子物质波的运动速度。,P =,E,V,=,h ,V,=,h,或,h,p,把作为粒子特征的动量P和表现波特性的波长联系,例：,重 25g的子弹，飞行速度为 9.0102m.s1，其 = 2.941035m重 9.11028 g的电子，运动速度为 3106ms1，其 = 2.41010m可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，但对于微观微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。,例：重 25g的子弹，飞行速度为 9.0102m.s,可见，对于较重的宏观物体，其物质波极短，不能察觉，波动性可以忽略，但对于电子、质子、中子、原子、分子等微观粒子，就必须考虑其波动性，就是

6、说，微观粒子都具有波粒二象性。,可见，对于较重的宏观物体，其物质波,1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了de Broglie（德布罗伊）的假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。,.X射线衍射图 电子射线衍射图,1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(,2、微观粒子运动的统计性,微观粒子具有波粒二象性，就不能象宏观物体那样在确定的时间断内准确的描述出其运动的轨迹。 微观粒子的运动符合下列关系：X 为微观粒子在某一方向的位置（或坐标）测不准量；Px 为动量在x方向的分量测不准量； h 为Planck常数。,2、微观粒子运动的统计性 微观粒子具

7、有波,也就是说，微观粒子运动的距离变化与动量变化不能同时测准，这就是有名的海森堡测不准原理。,测不准原理是微观粒子的固有属性，不能用牛顿力学描述。我们只能用统计的方法，描述大量微观粒子运动的行为，即在一定区域内出现的概率，因而电子运动的轨道失去了其真正的含义。,也就是说，微观粒子运动的距离变化与动量变化不能同时,1.1.3 原子轨道和电子云,1、波函数和原子轨道2、四个量子数3、波函数与电子云,1.1.3 原子轨道和电子云1、波函数和原子轨道,1、波函数和原子轨道,1926年，Schrdinger（薛定谔）根据德布罗伊物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。 是描述波动的函数，称为波函数，可用

8、来表示任何微观粒子的行为。,1、波函数和原子轨道 1926年，Schrd,波函数是三维空间x、y、z的函数，其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程,电子的波函数对原子核外电子运动的描述具有十分重要意义： 波函数不同，其能量不同。 每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。,波函数是三维空间x、y、z的函数，其二阶偏微分方程,2、四个量子数,电子的波函数，通过求解薛定谔方程得到，在求解过程中，需要三个常数（n、l、m)进行限制才有物理意义。这三个常数称为量子数，每一组常数表示一个原子轨道。 (1) 主量子数 n（2）角量子数 l（3）磁量子数 m（4）自旋量子数 ms,2、四个量子

9、数 电子的波函数，通过求解薛定谔,主量子数 n主量子数 n 表示电子层，其值越大，轨道距核越远，能量越高。,电子层符号 K L M N O P Q ,主量子数 n 1 2 3 4 5 6 7 ,主量子数 n主量子数 n 表示电子层，其值越大，轨,（2）角量子数 l,角量子数 l 又叫副量子数，表示电子亚层。它确定着轨道的能级和形状。 角量子数 l 的值为：0 n1如：主量子数 1 2 3 4 角量子数 0 1 2 3 轨道符号 s p d f 轨道形状 球形 双球形 花瓣形 同样，l 的值越大，轨道距核越远，能量越高,（2）角量子数 l 角量子数 l 又叫副量子数，,（3）磁量子数 m,磁量子

10、数 m 确定着轨道的数目和空间取向m的取值为： m0，1，2.l=2l+1 一个m代表一个轨道如：角量子数 0 1 2 3 轨道符号 s p d f 轨道数目 1 3 5 7 m 不影响轨道能级，l相同时，2l+1个m的能级相同，称为简并轨道，或等价轨道。,（3）磁量子数 m磁量子数 m 确定着轨道的数目和空间,s、p、d电子云的角度分布图,s、p、d电子云的角度分布图,（4）自旋量子数 ms,自旋量子数 ms并不是求解薛定谔方程得出的，它是人们研究氢光谱的精细结构时，证实了每个轨道上存在着自旋相反的两个电子，为了表达这两个电子的区别，引出的第四个量子数。它只有1/2、1/2两个取值。表示为、

11、。原子核外电子的状态由这四个量子数确定,（4）自旋量子数 ms,hecheng物质结构基础good课件,S 轨道电子云,P 轨道电子云,3、波函数与电子云,波函数是核外电子运动的数学式，并无明确的物理意义。 但 2 的物理意义是电子在某区域出现的几率密度，如下图，叫电子云。,S 轨道电子云P 轨道电子云 3、波函数,原子轨道不是电子云，而是波函数，它是纯数学概念，具有相位，通常用“、”加以标识。,.,原子轨道不是电子云，而是波函数，它是纯数学概念，具,电子云的角度分布图与原子轨道角度分布图有两点不同：,a).原子轨道角度分布图带有正、 负号， 而电子云角度分布图均为正值；b).电子云角度分布图

12、比原子轨道角度分布 图“瘦”些，这是因为值一般是小于1 的，所以2值就更小些。,电子云的角度分布图与原子轨道角度分布图有两点不同：,通常为了方便，将原子轨道（即波函数）与电子云不加区别。,但它们的含义、形状各不相同。,通常为了方便，将原子轨道（即波,1.1.4 多电子原子中轨道的能级,能级排列屏蔽效应钻穿效应能级交错,1.1.4 多电子原子中轨道的能级能级排列,原子轨道能量的高低叫能级，能级主要由主量子数n决定，其次由副量子数l决定。,（1）角量子数相同时，主量子数越大，轨道能级越高。 E1s3时，可能发生能级交错。通过光谱试验总结出的近似能级图如下：,原子轨道能量的高低叫能级，能级主要由主量

13、子数,近似能级图,3,近似能级图3,徐光宪院士于1956年提出了经验公式，能基本上反映鲍林能级图。,n + 0.7 l 产生能级交错的主要原因是： 内层电子对外层电子产生的屏蔽效应 轨道形状不同而产生的贯（钻）穿效应,徐光宪院士于1956年提出了经验公式，能,1.2 原子核外电子的排布和元素周期律,1.2.1 核外电子排布的规则 Pauli(泡利）不相容原理 能量最低原理 Hund(洪特)规则1.2.2 核外电子构型与元素周期律1.2.3 原子结构与元素周期表的关系1.2.4 元素性质变化的周期性,1.2 原子核外电子的排布和元素周期律1.2.1 核外电子,1.2.2 核外电子构型与元素周期律

14、,周期表从氢元素开始，迄后的各元素随着原子核电荷（即原子序数）的增加,依次增加一个电子到核外电子层，并遵从上述三原则，随着元素原子序数的增加，其原子中的电子在轨道中按照能量由低到高的顺序填充。,1.2.2 核外电子构型与元素周期律周期表从氢元素开始，,如基态的钛原子（n=22）a.能级顺序 1s22s22p6 3s23p6 4s23d2b.电子层顺序 1s22s22p63s23p63d24s2c.轨道图1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s,如基态的钛原子（n=22）,电子处于全充满或半充满时，是比较稳定的，因此，在不违背最低能量原理时，电子将尽可能选择下面两种排布：全充满 P6或d10，f

15、 14半充满 P3或d5，f 7如：铬（Cr） Ar3d 54s1 而不是 Ar3d 44s2 铜（Cu） 3d 104s1 而不是 Ar3d 94s 2,各种元素的电子构型见表1.2（12页）,电子处于全充满或半充满时，是比较稳定的，各种元素的电子构型见,1.2.3 原子结构与元素周期表的关系,元素的性质，取决于原子的电子数目和分布。按电子数目递增的顺序及元素性质变化规律将元素排列成为一个表，叫元素周期表。（1871年门捷列夫，63种）,1.2.3 原子结构与元素周期表的关系元素的性质，取决于原,周期 等于能级组数。每一周期的元素数目等于相应能 级中轨道所容纳电子的最大数2n2。族 将元素按

16、其外围电子构型对原子分类。同族元素 的原子，其最外层电子构型相同。区 按原子中最后一个电子填充的轨道划分为S区 d区 主族元素 过渡元素P区 ds区 副族元素 f 区 内过渡元素,周期 等于能级组数。每一周期的元素数目等于相应能,。,说明：,1、周期表中各元素所在的周期数等于其主量子 数n,即电子层数（Pd除外） 。2、主族元素原子的最后电子分别进入s亚层（s 区）和p亚层（p区）,外层电子构型分别为 ns1-2、np1-6。 副族元素原子的最后电子分别进入d亚层（d 区）和f亚层（f区），外层电子构型分别为 （n1）d1-10ns1-2,(n-2)f1-14ns1-2。3、原子的外层电子电子

17、构型相同的纵行，叫族,。说明：1、周期表中各元素所在的周期数等于其主量子,1.2.4 元素性质变化的周期性,1原子半径 共价半径 金属半径 范德华半径2电离能 （ I ）,3电子亲和能( EA)4电负性( ) Kai5. 氧化数,1.2.4 元素性质变化的周期性1原子半径3电子亲和能,1原子半径,1原子半径,hecheng物质结构基础good课件,同一周期中：主族元素随着核电荷数的增加（自左至右），原子半径依次缩小（邻近元素相差约10pm）。自上而下 原子半径依次增大。副族元素随着核电荷数的增加，原子半径略有减小（镧系半径减小极其缓慢，不足1pm镧系收缩）,同一周期中：,hecheng物质结构

18、基础good课件,2电离能 (I),使一个气态的基态原子失去一个电子变成一个气态的一价正离子所需要的能量，为该原子的第一电离能（I1）， 在相同条件下，从气态的一价正离子再失去一个电子变成一个气态的二价正离子所需要的能量，为该原子的第二电离能（I2），余此类推。,2电离能 (I),hecheng物质结构基础good课件,随着失去电子数的增加，其电离能依次增大。电离能的大小，反映了原子失去电子变成正离子的难易。I1越小，原子越易失去电子，元素的金属性越强；反之，I1越大，原子越难失去电子，元素的金属性越弱。,hecheng物质结构基础good课件,原子的核电荷原子半径原子的电子层结构,思考题,电

19、离能的大小主要取决于:,原子的核电荷思考题 电离能的大小主要取决于:,同一周期的元素，从左到右，I1总的趋势是增大；从左到右，有效核电荷增加，原子失去电子越来越困难；同一族的元素，从上到下，I1随原子半径的增大而减小。从上到下，原子半径增大，核电荷虽然也增加，但由于内层电子数增加，屏蔽效应显著增加，核对外层电子的吸引作用被屏蔽作用所削弱，故外层电子易失去。另外应注意：当电子数处于半充满或全充满时，其I1较大，如N的I1比C和O都大。,同一周期的元素，,思考题,Li Be B C N O F NeI21475 421 581 564 684 812 808 949 从左到右，总的趋势是逐渐增大，

20、但Li+（2s），B+（2s2），O+（2P3）格外大，为什么？,思考题 Li Be B C,3电子亲和能（EA),气态的基态原子获得一个电子形成一个气态的负离子所放出的能量，为该原子的电子亲和能E1（取正值）；依次还有E2。E1越大，原子越易获得电子，元素的非金属性越强。 电子亲和能值测定较困难，目前尚难用于作为定量衡量非金属强弱的依据。,3电子亲和能（EA) 气态的基态原子获得一个电子形,电子亲合能的大小反映了原子获得电子的难易。亲合能数值越大，则气态原子结合一个电子释放的能量越多，与电子的结合越稳定，表明该元素的原子越易获得电子，故非金属性越强。反之亦然,hecheng物质结构基础goo

21、d课件,hecheng物质结构基础good课件,4电负性，( ) Kai,电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，它以一组数值的相对大小表示元素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负性，简称电负性。 元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强。,4电负性，( ) Kai 电负性综合考虑,从表可见，金属元素的电负性 一般在2.0以下。非金属元素的电负性 一般在2.0以上，最活泼的非金属 元素氟的电负性值为4.0。,从表可见，,hecheng物质结构基础good课件,电负性值是一个相对值，没有单位。,电负性呈周期性变化，同一周期，从左至右依次增大，同一族中，从上到下，依次减小

22、。过渡元素的电负性值无明显规律。 电负性除判断元素的金属性和非金属性的强弱外，对于判断化学键的极性，对理解化学键的反应和性质都有重要的作用。,电负性值是一个相对值，没有单位。 电负性呈周期性,5.氧化数,元素的氧化数与原子的电子构型，特别是价电子层结构密切相关，多数元素的最高氧化数等于其原子的价层电子总数。,5.氧化数 元素的氧化数与原子的电子,价电子层是指元素原子在形成化学键时，电子 构型可能发生改变的那些电子亚层。 对于主族元素，价电子层就是最外电子层； 对于副族元素，往往还有次外层的d亚层。价电子是指元素的原子中能用来参与反应形成 化学键的电子。,价电子层是指元素原子在形成化学键时，电子

23、,例如,镁为3s 2 ， 2；氯为3s 23p5， 7；铬为3d 5s1， 6；锆为4d 25s2， 4。,价电子层构型,价电子数,例如价电子层构型价电子数,1-3 化学键和分子构型,化学上将原子（或离子）间相互结合的强烈作用力称为化学键。由于元素的电负性不同,相互形成的化学键有多种类型,通常有离子键、共价键、金属键等，也不能用一种理论解释。1.3.1 离子键1.3.2 共价键,1-3 化学键和分子构型 化学上将原子（或离子）间相互结,1 离子键,1）离子键的形成2）离子键的特征3）离子极化,1 离子键,1）离子键的形成(点击播放动画),a.原子间得失电子 b.随后靠正、负离子之间静电引力而形

24、成的化学键,Na(s)+ Cl2(g) NaCl(s); fH =-411.12 kJ/mol-1,1）离子键的形成(点击播放动画) a.原子间得失电子Na(,离子键的本质是正负电荷间的静电作用力。,离子间的强度常以晶格能来定量描述。晶格能强弱的影响因素：离子电荷；离子半径。离子晶体的性能比较,离子键的本质是正负电荷间的静电作用力。离子间的,离子键的强度与离子的电荷成正比，与离子的半径成反比。,离子键的强度与离子的电荷成正比，与离子的半径成,离子晶体的性能比较,编号1234晶体NaFNaClNaBrNaI核间距d/pm2,2）离子键特征,结构特征 离子键无方向性、无饱和性。性能特征 a. 熔点

25、高、硬度大、挥发性低、韧性和延展 性差； b. 固体一般不导电，融熔态或水溶液可导电 c. 溶解度有很大差异,2）离子键特征结构特征,离子半径 d=r+r-离子电荷 得失电子数离子的电子构型 2电子构型 如：Li+、Be2+ 8电子构型 如：Na+、Mg2+ ( Mg 3s2) 18电子构型 如：Zn2+、Sn2+ ( Zn 3d104s2) 18+2电子构型 如：Sn4+ ( Sn 5s25p2) 不规则电子构型 如：Fe2+ ( Fe 3d64s2),离子的类型,离子半径 d=r+r-离子的类型,3）离子极化,球形对称分布的离子的电子云，在周围异电荷离子电场的作用下被诱导极化或发生电子云变

26、形的现象称为离子极化。,3）离子极化球形对称分布的离子,电子云变形,电子云变形,离子极化产生的结果,离子极化改变了键的性质。 离子键共价键离子极化的程度，取决于 极化能力 变形能力 离子的电子构型,离子极化产生的结果离子极化改变了键的性质。,离子极化对物性的影响,AgFAgCl AgBr AI键型 离子键 过渡型键 过渡型键共价键颜色 白色 白色 浅黄色 黄色溶解度 14 1.305 7.1107 9.2109分解温度 很高 较高 700 552,/mol.L-1,/,离子极化对物性的影响 AgFA,.例如：,Cu+（96pm），18电子构型 CuCl（共价化合物），不溶于水，加热分解。Na+

27、（95pm），8电子构型NaCl（离子化合物）,溶于水,气化也不分解。,.例如： Cu+（96pm），18电子构型,2 共价键,（1）价键理论（2）杂化轨道理论（3）配位键,2 共价键（1）价键理论,（1）价键理论 FH,价键理论认为,原子形成分子时,充满电子的内层轨道没有贡献,不予以考虑.只考虑未充满电子的外层轨道(称为价层)形成共价键.1）形成2）共价键的特性3）共价键的类型,（1）价键理论 FH,1）形成,价键理论认为若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则这两轨道相互重叠形成共价键。轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。轨道以最大程度度重叠构成一个共价键， 。且不能再与第三个电子结合。,

28、1）形成价键理论认为,2）共价键的特性,A: 具有饱和性和方向性B: 具有一定的键长、键角、键能。键长：分子内两个成键原子核间的平均离。键角：分子中相邻两个键间的夹角。键能：原子轨道重叠释放出的能量。,2）共价键的特性 A: 具有饱和性和方向性,表5-11 键长和键角,分子式键长 / pm键角H2O95.810445H2S1,3）共价键的类型 FH,键： 成键轨道沿键轴方向以头碰头方式重 叠。可绕键轴自由旋转。 键： 成键轨道垂直于键轴而且相互平，以行肩并肩的方式重叠。不能绕键轴自由旋转。,3）共价键的类型 FH,hecheng物质结构基础good课件,(2)杂化轨道理论,价键理论有较大的局限

29、性,有许多现象不能解释,导致了杂化轨道理论的发展。例如：CH4 （C 2s22p2） BF3（B 2s22p1）,(2)杂化轨道理论价键理论有较大的局限性,有许多现象,1）Pauling提出了杂化轨道理论:,在形成分子的过程中，由于原子间的相互影响，若干类型不同而能量相近的原子轨道相互混杂，重新组合成一组能量相等,成分相同的新轨道，叫做杂化轨道，这一过程称为杂化。 杂化轨道,相互以最大距离分布在原子核周围。与其他原子轨道重叠时形成键。 轨道在杂化前后的数目总和相同、能量总和相同。,1）Pauling提出了杂化轨道理论: 在形成分子的过,2）常见的杂化轨道即空间构型,SP 杂化 直线 SP2 杂

30、化 三角形 SP3 杂化 四面体SP3d 杂化 三角双锥d2SP3杂化 八面体,2）常见的杂化轨道即空间构型SP 杂化 直线, CH4,实例, CH4实例, BeCl2, BeCl2, BF3, BF3,hecheng物质结构基础good课件,3)非等性杂化,NH3H2O,3)非等性杂化NH3,说明：,杂化轨道理论是对价键理论的发展，很好的解释了许多分子的成键情况和多原子分子的空间结构 ， 但也有一些分子的空间结构无法解释。 如硫酸根是正四面体构型。,说明：杂化轨道理论是对价键理论的发展，很好的,（3）配位键,两个原子形成共价键时,只由其中一个原子提供电子对,此共价键称为配位键，通常用箭头表示

31、电子对由给予体到接受体。形成的化合物叫配合物。1）. 配合物的组成2）.配合物的命名,（3）配位键两个原子形成共价键时,只由其中一个原子提,1）. 配合物的组成,配合物 内层 中心离子（阳离子） 配体（中性分子或阴离子） 外层,配离子,Cu(NH3)42+SO42-,中心原子,配位原子,配体,配位数,内层,外层,1）. 配合物的组成配合物 内层 中心离子（阳,K3 Fe(CN) 6 ,中心原子,配位原子,配体,配位数,外层,内层,中心原子是具有空轨道的离子或原子,配体可以是阴离子或中性分子，也可由多种配体组成,配位原子是具有孤电子对的元素,K3 Fe(CN) 6 中心原子配位原子配体配位数外,

32、.,Cu(NH2CH2CH2NH2)2SO4,鳌合物配 一个体中有多个配位元素,. Cu(NH2CH2CH2NH2)2SO4,2）.配合物的命名,a内层和外层的命名顺序常按电性编排， 负离子在前，正离子在后。b对于内界则有下列规定： 1）在配位体与中心离子的名称之间加一“合”字：某（指配位体）合某（指中心离子）。,2）.配合物的命名a内层和外层的命名顺序常按电性编排，,（2）在配位体名称前用汉字一、二、三标明其数目，在中心离子的名称后用罗马数字（）、（）、（）标明其化合价或氧化数，若中心离子只有一种化合价也可不标明。 （3）若内界有多种配位体，其命名顺序是：由简单到复杂，先离子后分子，（化学式

33、的书写顺序与此相反）。,（2）在配位体名称前用汉字一、二、,.,Fe(CN)64- 六氰合铁（）酸根离子K3Fe(CN)6六氰合铁（）酸钾Pt(NH3)4(NO2)ClCl2二氯化一氯一硝基四氨合铂（）Co(NH3)3 Cl3三氯三氨合钴（）,.Fe(CN)64-,1.4 分子的空间构型 （共价键型简单分子，ABn）,杂化轨道理论已经能很好的解释许多分子的空间结构，但仍有很大的局限性。 如：硫酸根SO42-的空间结构无法确定。 另外对于组成复杂的配合物以及ABn型多原子无机分子的结构确定都比较麻烦。,1.4 分子的空间构型,价层电子对互斥理（VSEPR法）,价层电子对互斥理（VSEPR法）是研

34、究多原子分子的空间构型的又一理论模型。 它不考虑共价键是怎么形成的 ，而只是研究单中心分子（ABn型分子）的几何构型。,价层电子对互斥理（VSEPR法） 价层电子对互斥,价层电对互斥理论认为：,ABn型多原子共价分子（或原子团）的几何构型主要由A原子价层电子对的相互排斥作用所决定。 当价层电子对数目一定时，这些电子对排在彼此相距尽可能远的空间位置上，以使价电子对之间的互斥作用尽可能最小，而使分子趋于稳定，因此，分子尽可能采取对称的结构。,价层电对互斥理论认为： ABn型多原子共价分子（或,电子对数与分子构型的关系,电子对数 2 3 4 5 6分子 直线形 平面 四面体 三角双 正八面 构型 三

35、角形 锥形 体形,电子对数与分子构型的关系电子,注意判断分子构型时，孤电子对的处理,注意判断分子构型时，孤电子对的处理,中心原子A 的价层电子对数的确定,当氧族元素O、S等作为配位原子时，认为它们从中心 原子接受两个电子成键，自身不提供电子，记为0。对于多原子构成的离子计算价层电子数时，应加上或减去与离子相应的电子数。如果价电子层中含有孤对电子，则每个孤电子对可占据相当于一个单键电子对的位置。,中心原子A 的价层电子对数的确定,例1: SO2分子,中心原子SS的价层电子数=6O提供的公用电子数=0价层电子对数=6/2=3由于三对价层电子对中有一对是孤电子，因此SO2分子为角形结构。,例1: S

36、O2分子中心原子S,例2,NH4+N的价层电子数=5H提供的公用电子数=3价层电子对数= ( 3+5)/2=4,SO42S的价层电子数=6O提供的公用电子数=2价层电子对数=（6+2）/2=4, NH4+、SO42都是四面体,例2NH4+SO42 NH4+、SO42都是四面体,例3 ClF3,Cl的价层电子数=7F提供的公用电子数=3价层电子对数= ( 3+7)/2=5ClF3的5对价层电子中有2对孤对电子，故为T型,例3 ClF3Cl的价层电子数=7,hecheng物质结构基础good课件,1.5 分子间力和氢键,1.5.1 分子的极性1.5.2 分子间力Van der Waals力1.5.

37、3 氢键,1.5 分子间力和氢键1.5.1 分子的极性,电荷中心：不重合时偶极极性分子重合时不具有偶极非极性分子,1.5.1 分子的极性,+-,+ -,极性分子,非极性分子,电荷中心：1.5.1 分子的极性+ -极性分,分子的极性 共价键的极性 键矩 电偶极矩例：C=O O=C=O C-H CH4 O-H H2O N-H NH3,分子的极性 共价键的极性,电偶极矩,Pe=l q （+ -）分子的极性强弱是以分子的电偶极矩来度量的例： NO Pe=0.51 SO2 Pe=5.34 HF Pe=6.08,电偶极矩 Pe=l q （+ -）,分子极性的类型,1.诱导偶极产生诱导作用,分子极性的类型1

38、.诱导偶极产生诱导作用,2.固有偶极产生取向力,2.固有偶极产生取向力,3. 瞬时偶极产生色散作用,3. 瞬时偶极产生色散作用,1.5.2 分子间力,分子间力，又叫范德华力。来源于分子的极性和变形性，本质上都是静电力，主要有下列三个方面。 1. 色散力 2. 诱导力 Van der Waals力 3. 取向力,分子间的作用能,分子间力与物性的关系,4 氢键,1.5.2 分子间力 分子间力，又叫范,1. 色散力,色散力由瞬时偶极产生，存在于任何分子之间。 色散力随着分子量的增大而增大。,1. 色散力 色散力由瞬时偶极产生，存在于任何分子之,2. 诱导力,诱导力由诱导偶极产生，与分子的极性、变形性

39、有关。,2. 诱导力 诱导力由诱导偶极产生，与分子的极性、变,3. 取向力由固有偶极,取向力由固有偶极产生，存在于极性分子之间，并随分子极性的增大而增大。,3. 取向力由固有偶极 取向力由固有偶极产生，存,表1-18 分子间的作用能（kJmol-1）,表1-18 分子间的作用能（kJmol-1）分子色散能诱,分子间力与物性的关系,熔点、粘度、沸点、溶解度、表面张力、气化热 分子间力随相对分子质量的增大而增大。（为什么？） 分子中所含电子多，分子变形性增大，色散力所占比例增大。,分子间力与物性的关系 熔点、粘度、沸点、溶解度、,4 氢键,（1） 形成的条件（2）氢键的类型（3）氢键的性质（4）氢

40、键对物性的影响,氢键是特殊得分子间作用力。其作用力远大于范德华力，但小于共价键作用，只有在特殊的条件下才能存在，通常单独讨论。,4 氢键（1） 形成的条件 氢,（1）形成的条件,H与电负性极强的元素相结合时，共用电子对强烈偏向于高电负性原子，使H原子几乎成了不带电子、半径极小的带正电的核，进而对电子对表现出较强的吸引力，这种作用力就是氢键。一般与H结合的元素应具有下列两个条件：电负性差异大原子半径小（F、O、N等）,（1）形成的条件 H与电负性极强的元素相结合时，共用电,（2）氢键的类型 分子间氢键与分子内氢键,（2）氢键的类型 分子间氢,（3）氢键的性质,方向性和饱和性 、 适应性和灵活性键

41、能 550KJ.mol1,（3）氢键的性质 方向性和饱和性 、 适应性和灵活性,（4）氢键对物性的影响, 对沸点的影响(B.P.)a.分子间氢键 HF 19.9 HCl 85.0 HBr 66.7 HI 35.4,（4）氢键对物性的影响 对沸点的影响(B.P.),b.分子内氢键,b.分子内氢键, 对溶解度的影响 例如：NH3在水中溶解度很大；而CH4溶解度小得多。, 对酸性的影响 对密度的影响, 对生命的意义, 对溶解度的影响 例如：NH3在水中溶解度很大；,1.6.1 晶体和非晶体1.6.2 晶体的基本类型1.6.3 实际晶体1.6.4 液晶,1.6 晶体结构,1.6.1 晶体和非晶体1.6

42、 晶体结构,1.6.1 晶体和非晶体,1、晶体与非晶体的特性比较2、晶体的内部结构,1.6.1 晶体和非晶体1、晶体与非晶体的特性比较,晶 体,晶体的微粒在空间排列有一定的规律。,1、晶体与非晶体的特性比较,晶 体 晶体的微粒在空间排列有一定的规律。1、晶,单晶体,单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长而成，其内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列，具有典型的晶体结构和突出的晶体的特性。,单晶体 单晶体是由一个微小的晶核各向,多晶体,多晶体由很多细小晶粒结合而成，多晶体中每一小晶粒虽有各向异性，但由于晶粒的混乱排列，总体上一般不表现出各向异性。,多晶体 多晶体由很多细小晶粒结合而成，多晶体中每一

43、小晶,微 晶,是介于晶态和非晶态之间的物质，它们在很小的范围内微粒作有规则排列，也可以看作为由许多微小晶体组成的物质。,微 晶 是介于晶态和非晶态之间的物质，它,组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。 非晶体又常称为“过冷的液体”。,非晶体,组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。非晶体,晶体和非晶体的区别如下：,1.晶体有规则的几何外形;2.晶体有固定的熔点;3.晶体显各向异性。,1.非晶体没有一定的外形；2.非晶体没有固定熔点；3.非晶体显各向同性。,晶体和非晶体的区别如下：1.晶体有规则的几何外形;1.非晶体,晶体与非晶体的内部结构特征,晶体与非晶体的内部结构特征,按热力学观点看,晶体

44、一般都具有最低能量，因而较为稳定。,非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。,按热力学观点看晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。非晶体一,晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体。,晶体和非晶体之间无绝对界线。同一,2 晶体的内部结构,1)点阵（晶格）结构2)晶胞3)晶系4)晶体结构的测定,2 晶体的内部结构1)点阵（晶格）结构,1）点阵（晶格）结构,晶体中的每个结构单元抽象为一个几何点， 许多点排成一行称直线点阵； 许多行的直线点阵平行排行称平面点阵； 许多平面点阵平行排列称三维空间点阵。,晶体结构点阵结构单元,1）点阵（晶格）结构 晶体中的每个结构单元抽

45、象为一个几何,2）晶胞,能够表现晶体结构特征的基本单位称为晶胞。(包括晶格的形式、大小及位于晶格结点上的微粒）。如下面是NaCl的晶胞，含4个Na和4个Cl,2）晶胞 能够表现晶体结构特征的基本单位,3）晶系,晶胞的大小和形式可用六面体的3个边长a、b、c和由bc、ca、ab所成的3个夹角、进行描述，这6个数值总称为晶胞参数。按照晶胞参数的不同，晶体可分为7个晶系。分别为立方、四方、正交、三斜、单斜、三方、六方等。,3）晶系 晶胞的大小和形式可用六面体的3个边长a、b,晶系总共有14种 空间点阵形式,图5 14种空间点阵形式,晶系总共有14种图5 14种空间点阵形式,4）晶体结构的测定,1）B

46、ragg方程,2dSin = n,4）晶体结构的测定1）Bragg方程 2dSin,2）X射线衍射图,2）X射线衍射图,1.6.2 晶体的基本类型,1离子晶体2分子晶体3原子晶体4金属晶体5.过渡性晶体,根据晶格结点上微粒间的作用力的不同，将晶体分为以下几种。,1.6.2 晶体的基本类型1离子晶体 根据晶格结点,1离子晶体,形成 离子晶体依靠正、负离子间的静电引力（离子键）相互吸引而成。,NaCl型晶胞,1离子晶体形成 离子晶体依靠正、负离子间的静,特点 由于离子键没有方向性和饱和性，所以离子晶体中离子的堆积形式与金属晶体相似，也采取负离子最紧密堆积方式。,特点 由于离子键没有方向性和饱和性，

47、所以离子晶体中离子的,特性,离子晶体一般表现为硬度较大，熔点较高，挥发度较低。离子晶体比较稳定，晶格能比较大，如下表所示。,特性离子晶体一般表现为硬度较大，,碱土金属氧化物正、负离子间的距离、晶格能、熔点及硬度,化合物 正负离子间 晶格能 熔点 硬度 的距离/nm/KJ.mol-1 /（金刚石=10）MgO0.210-3932.962852 5.56.5CaO0.240-3522.932614 4.5SrO0.258-3309.542420 3.8 Ba00.277-3125.451918 3.3,碱土金属氧化物正、负离子间的距离、晶格能、熔点及硬度化合物,2分子晶体,依靠较弱的范德华力，中性

48、分子相互吸引，排列在晶格结点上而构成的。,分子晶体没有方向性和饱和性。,2分子晶体 依靠较弱的范德华力，中性分子相互吸引，排列,分子晶体的特性,分子晶体中分子间的引力很弱，只要供给较少的能量，晶体就会被破坏。所以分子晶体的硬度较小，熔点低，挥发性大，不导电。,分子晶体的特性 分子晶体中分子间,3原子晶体,原子晶体亦称共价晶体，它是由中性原子依靠共价键结合而成，整个晶体是由“无限”数目的原子构成的大分子。,3原子晶体 原子晶体亦称共价晶体，它是由中性原,典型的共价晶体：金刚石（C）金刚砂（SiC）石英（SiO2）,典型的共价晶体：,原子晶体的主要特性,原子晶体有方向性和饱和性，配位数低；熔点高；

49、硬度大；不导电；不溶于任何溶剂，化学性质十分稳定。,原子晶体的主要特性 原子晶体有方向性和饱和性，,4金属晶体,金属晶体是通过金属键形成的晶体。金属的结构特点,4金属晶体 金属晶体是,金属键,1）形成 依靠“自由电子气”把失去价电子的金属正离子“胶合”起来。“自由电子气”与金属正离子间的强作用力称为金属键。2）特征 无方向性、无饱和性、金属原子呈最紧密堆积,金属键1）形成,金属的结构特点,金属原子紧密堆积，以使体系能量最低。金属原子的配位数高。金属键没有方向性、饱和性。,金属的结构特点金属原子紧密堆积，以,金属的特性：,不透明、导电、导热、具有延展性。,能带理论,金属的特性：不透明、导电、导热

50、、具有延展性。能带理论,hecheng物质结构基础good课件,5.过渡性晶体,除上述4种基本类型外， 还有一些过渡型晶体，这些晶体中粒子之间存在着一种以上的结合力。包括：层状晶体链状晶体富勒烯,5.过渡性晶体 除上述4种基本类型外， 还有一些过渡型晶体,层状晶体,在石墨晶体中既有共价键又有金属键性质， 层间结合则依靠分子间作用力，所以这是一种典型的混合键型单质晶体。,层状晶体 在石墨晶体中既有共价键又有金属键性质，,链状晶体,石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物的总称。链内硅氧原子间为带共价性的离子键，链状阴离子之间通过相隔较远的金属阳离子以离子键相结合，因此链间结合力比链内结合力弱，故解理时易形成纤