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1、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1mol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
2、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
3、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：2e、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
4、配位数 8 6 45、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1mol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H2、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。
5、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AB2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
6、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
7、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 SP2 SP3 dSP2 dSP3(SP
8、3d)d2SP3(SP3d2)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
9、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O2、H2+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
10、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：
11、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
12、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
13、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：18e、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。,
