《结构化学复习》PPT课件.ppt

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1、1.1 微观粒子的运动特征,第一章 量子力学基础知识,1、黑体辐射和能量量子化,普朗克能量量子化假设：(1)黑体是由许多振子组成，黑体中的原子或分子辐射能量时作简谐振动；(2)每个谐振子它只能发射或吸收频率为，数值为=h的整数倍的电磁波。,结论：黑体辐射频率为的能量，其数值是不连续的，只能为整数倍，称为能量量子化。,2、光电效应和光子学说,产生光电效应的几个实验事实：临阈频率的存在；光照射强度大小不影响光电子动能；光电子动能随光照射频率增加而增加。,Einstein光子学说内容：光是一束光子流，每种频率的光的能量都有一个最小单位，称为光子，光子能量与光子频率成正比：=h 光子的质量为 m=h/

2、c2（按质能联系定律=mc2）。光子具有一定的动量 p=mc=h/c=h/光子的强度取决于单位体积内光子的数目即光子密度。,解释光电效应（多年经典力学的光波受到冲击）：h=W+Ek=h0+1/2mv2 W：脱出功 Ek：动能,和 p是粒的概念，和是波的概念，通过h联系起来。,只有把光看成是由光子组成的光束才能理解光电效应，而只有把光看成波才能解释光的衍射和干涉现象。光表现为波粒二象性,3、实物微粒的波粒二象性,实物微粒也符合 E=h p=h/德布罗意关系式:=h/p=h/mc 这种德布罗意波与光波的主要差别:,1、光子的c既是光的传播速度，又是光子的运动速度。实物粒子=u/,u是德布罗意波传播

3、速度（相速度），它不等于粒子的运动速度v(群速度）。可推导出:v=2 u,2、光子：p=mc，E=pc=p2/2m 实物粒子：p=mv,E=p2/2m=pv,电子衍射行为（德布罗依波的统计解释）：电子衍射不是电子之间相互作用的结果，而是电子本身运动所固有的规律。电子的波性是和微粒行为的统计性联系在一起的，对大量粒子而言，衍射强度（波的强度）大的地方，粒子出现的数目就多，衍射强度小的地方，粒子出现的数目就少。,对一个粒子而言，通过晶体到达底片的位置不能准确预测。实物微粒波的物理意义与机械波和电磁波不同，机械波是介质质点的振动，电磁波是电场和磁场的振动在空间传播的波，而实物微粒波的本质正有待阐明，

4、实物微粒的强度反映粒子出现概率的大小，称概率波。,4、不确定度关系,xpx h 表明具有波性的粒子，不能同时有确定的坐标和动量，当它的某个坐标确定得愈精确，其相应的动量就愈不确定，反之奕然。,同样可推出：ypy h;zpz h;Et h/4,1、宏观物体同时具有确定的坐标和动量，用牛顿力学描述；微观粒子没有同时确定的坐标和动量用量子力学描述。2、宏观物体有连续可测的运动轨道，可跟踪各个物体的运动轨迹加以分辨；微观粒子具有概率分布的特性，不可能分辨出各个粒子轨迹。3、宏观物体可处任意的能量状态，体系的能量可以为任意、连续变化的数值；微观粒子只能处于某些确定的能量状态，是分立、即量子化的。4、不确

5、定度关系对宏观物体无实际意义；微观粒子遵循不确定度关系。纳米粒子为介观粒子,微观粒子和宏观粒子的特性比较：,1.2 量子力学基本假设,假设1:任何微观体系的运动状态都可以用一个波函数(x,y,z,t)来描述，体系在时间t出现在空间某点(x,y,z)附近的几率与波函数的绝对值平方(|(x,y,z,t)|2)成正比。假设:算符，一个微观体系的每个可观测的物理量，都对应着一个线性自轭算符。假设:本征态、本征值和 Schrdinger方程假设：若1 2 3为某一微观体系的可能状态，则它们的线性组合所得的也是该体系可能存在的状态。假设：在同一原子轨道或分子轨道上，最多只能容纳两个电子，这两个电子的自旋状

6、态必须相反。,1.3量子力学的简单应用,箱中粒子Schrdinger方程及其解,一维粒子波函数,三维粒子波函数,根据体系物理条件，写出势能函数，H算符及 Schrdinger方程 解Schrdinger方程，根据合格条件求得n和En。描绘n,n 2 等的图形，讨论它们的分布特点。求各个对应状态的各物理量的数值，了解体系的性质。联系实际问题，对所得结果加以应用。,用量子力学处理微观物体的一般步骤,能量是量子化的；（能量是连续的）,一维势箱中粒子可获得能量值及相应波函数;,能量最小值为零点能（基态，零点能效应），都为大于零的值；（可等于零）箱内各处粒子的概念密度不均匀；（箱内所有位置都一样）箱内粒

7、子呈现波性，可正、负、零，=0的点为节点；（无节点的概念）,微观粒子存在的五个特性（量子效应）,本章可能的问题,1、用实例解释量子力学基本假设中态叠加原理。2、解释光电效应中临阈频率的存在？3、说明量子力学的有关问题。,第二章 原子的结构和性质,2.1 单电子原子的Schrdinger方程及其解单电子原子Sch.方程,2.1.2 变数分离法,2.1.3 方程的解,2.2 量子数的物理意义,1）主量子数 n 决定轨道能量的高低,2）角量子数 l 决定轨道角动量的高低,3）磁量子数 m 决定轨道角动量在 z 轴上的分量,4）自旋量子数s=1/2，自旋磁量子数ms=1/2,5）总量子数 j 决定电子

8、的总角动量 总磁量子数 mj 决定电子的总角动量在z轴上的分量,2.多电子原子的结构,1、多电子原子的Schr.方程及其近似解,最简单的体系是氦原子 Z=2，两个电子,中心力场法,多电子原子中第i个电子的单电子Schr.方程为：,2、原子轨道能和电子结合能,原子轨道能(E)：指和单电子波函数i相应的能量Ei。原子的总能量等于各个电子的原子轨道能之和。,电子结合能：指在中性原子中当其他电子均处在可能的最低能态时，电子从指定的轨道上电离时所需能量的负值。电子结合能反映了原子轨道能级的高低，又称为原子轨道能级。,屏蔽常数将电子按内外次序分组：等；外面各组的=0；同一组=0.35(1s的为0.3)；相

9、邻内一组=0.85(d和f的=1.00)；更内层各组=1.00。这个方法可用于主量子数为1到4的轨道，更高轨道的准确性较差。,电离能(I)：气态原子失去一个电子成为一价气态正离子所需的最低能量称为原子的第一电离能(I1).,电子互斥能(J):同号电荷的库仑排斥能量,屏蔽效应是指核外某个电子 i 感受到核电荷的减少，使能级升高的效应；钻穿效应则是指电子 i 避开其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区而感受到较大核电荷作用，使能级降低的效应。前者电子是客体，使能级升高；后者电子是主体，使能级降低。,3、相对论效应对元素周期性质的影响,相对论稳定效应:1、基态电子组态 4dn5s1-5dn-16s22、

10、(6s)2惰性电子对效应 第六周期常保持低价态(Tl+,Pb2+,Bi3+)3、金(5d10,6s1)和汞(5d10,6s2)性质的差异(5d与6s形成价轨道)4、金属的熔点 Cs-W d电子从0增加到6，能量降低增多，结合力加强，熔点增加，W-Hg d电子从6增加到12，结合力降低，熔点减小。,2.6原子光谱,1、原子光谱和光谱项,原子的能态由六个量子数来决定。,L值为0，1，2.的能态用S，P，D，F表示，将(2S+1)的具体数写在L的左上角,光谱项：2S+1L(2S+1)称光谱项的多重性。轨道-自旋相互作用使每个光谱分裂为(2S+1)或(2L+1)个光谱支项，即(2S+1)或(2L+1)

11、个不同的J。2S+1LJ,2S+1LJ-1,2S+1LJ-2.,主量子数决定电子的主要能量，其它量子数反应了能级的微观差异。原子每一光谱项都与一确定的原子能态相对应，原子的光谱项可由原子的量子数表示。,2、多电子原子光谱项,(1)子壳层（subshell）全充满的组态(2)非等价电子组态（电子具有不同的n或l)(3)等价电子组态（电子具有相同的n和l),谱项能级高低判断(1)原子在同一级态时，S值最大者最稳定；(2)S值相同时，L 值最大者最稳定；(3)S和L相同时，电子少于或等于半充满时，J值小，能量低；电子多于半充满时，J值大，能量低。,3、原子光谱的应用,1、原子发射光谱和原子吸收光谱2

12、、原子的X射线谱3、X射线荧光分析4、电子探针X射线显微分析仪,本章重点内容：1、杂化轨道的有关概念；2、原子轨道的有关概念；3、原子光谱项、光谱支项求算。L、S、J、mS、mJ、mL的推算,第三章 共价键和双原子分子的结构化学,3.1化学键概述,1、三类化学键的比较及特点2、氢的键型,3.2 H2+的结构和共价键的本质,Haa,Hab,Sab积分的意义和H2+的结构,共价键的本质：当原子互相接近时，它们的原子轨道同号叠加，组合成成键分子轨道。当电子进入成键轨道，体系能量降低，形成稳定的分子。此时原子间形成的化学键即共价键。,.3 分子轨道理论和双原子分子的结构,（1）分子轨道的概念（2）分子

13、轨道的形成（3）关于反键轨道,2、分子轨道的分布特点和分类（1）同核双原子分子的结构（2）s-p混杂是指当价层2s和2pz原子轨道能级相近时，由它们组成的对称性相同的分子轨道，进一步相互作用，混杂在一起组成新的分子轨道。这种分子轨道的相互作用称为s-p混杂。,1、简单分子轨道理论,3.3.4 异核双原子分子的结构,3.4 H2分子结构和价键理论,1、价键法解H2的结构,3.5 分子光谱,1、分子光谱简介 什么叫分子光谱？2、双原子分子的转动光谱3、双原子分子的振动光谱4、双原子分子的振转光谱5、多原子分子的振动光谱 偶极矩变化的 红外活性 偶极矩不变化的 拉曼活性6、红外光谱各波长区所对应的化

14、学键情况7、分子的电子光谱8、Raman光谱,3.6 光电子能谱1、原理：光电子能谱和分子光谱都是分子轨道理论的实验基础，但机理不同：分子光谱探测的是被物质吸收后的电磁波；而光电子能谱探测的是被入射辐射从物质中击出的光电子的能量分布、强度分布和空间分布，其基本物理过程是光致电离。2、双原子分子的紫外光电子能谱3、X射线光电子能谱,本章重点内容：1、变分法中几种积分的意义；2、双原子分子结构；3、分子的有关性质；4、共价键的几种类型。,第四章 分子的对称性,4.1 对称操作和对称元素,1、明确几个概念 2、旋转轴和旋转操作c3、反映操作和对称面、镜面 4、反演操作与对称中心，i 5、旋转反演操作

15、和反轴In，6、旋转反映操作和映轴（象转轴）Sn,4.2 对称操作群与对称元素的组合,1、群的定义2、群的乘法表含义3、对称元素的组合,4.3 分子的点群,（1）Cn点群：对称元素只有一个n次旋转轴，这类点群的独立对称操作有n个，阶次为n。,（2）Cnh点群：分子中有一个n次旋转轴Cn和垂直于此轴的镜面h，阶次为2n。其对称元素系：M偶数；Cn,h，i，(In)M奇数；Cn,h，(I2),（3）Cnv点群：在点群中加入一个通过Cn轴的镜面v，由Cn转动，必产生n个v，形成Cnv点群,阶次为2n，对称元素系为Cn 和n个v。,（4）Cni和Sn点群：分子中只包含一个反轴(或映轴)的点群属于这一类

16、。当n为奇数的反轴时，所属点群为Cni，其对称元素有Cn，i，In，阶次为2n。当n为偶数的反轴时，分两种情况：n不为4的整数倍时，属于点群Cnh/2，n为4的整数倍时，分子中只有一个反轴In(或只有一个映轴Sn)，属于点群Sn,阶次为n。,（5）Dn点群：点群中加入一垂直于Cn轴的C2轴，则在垂直于Cn 轴的平面内必有n个C2 轴，得Dn点群，其对称元素有:Cn,n个C2，阶次为2 n。,（6）Dnh点群：在Dn点群的对称元素系中加入一个垂直于Cn轴的镜面h,得Dnh 点群。Dnh的对称元素有Cn，n个C2,h，In,n个v 等。当主轴Cn为奇数轴，Cn，I2n，n个C2，h，n个v 等,（

17、7）Dnd点群：在Dn点群的对称元素系中加入一个通过Cn轴又平分二个C2轴夹角的镜面d，得Dnd 点群。Dnd 点群的对称元素可按主轴轴次的奇偶区分：n奇数时有Cn，n个C2,n个d,I(In)；n偶数时有I2n，n个d，Dnd的阶次为4n。,（8）T，Th，Td点群：有4个C3铀，按立方体对角线安置。立方体中心作原点，坐标轴和立方体的边平行，3个C2轴分别和3个坐标轴重合，C2轴作主轴，由4个C3轴和3个C2轴组成的点群称T点群，阶次为12。,（9）O，Oh点群：具有互相垂直排列的3个C4轴，其交点作原点，3个C4轴分别和三个坐标轴重合，围绕原点画一立方体，使C4轴通过面中心，在立方体对角线

18、安置4个C3轴，得O点群：,（10）I，Ih点群：具有6个C5轴。正五角十二面体构型的分子和正三角二十面体构型的分子如B12H122-，B12等属 Ih点群。它的对称元素包括；6个C5，l 0个C3，15个C2，15个和 i 等，阶次120。,4.4 分子的偶极矩和极化率,根据分子的对称性为分子有无偶极矩作出简单而明确的判据：只有属于Cn和Cnv(n1,2,3)这两类点群的分子具有偶极矩，其他点群的分子没有。,1、双原子分子偶极矩判断；2、多原子分子的偶极矩判断；3、偶极矩与分子对称性的关系。4、分子的手性和分子的旋光性,本章重点内容：1、对称操作和对称元素；2、分子点群及分类。,判断一般分子

19、所属点群,第五章 多原子分子的结构和性质,5.1 价电子对互斥理论（VSEFR）,1、ABn分子中，若A的价电子层为d0，d5，d10则其几何构型完全由价电子对数决定；价电子对的中心之间距离应保持最远。,2.考虑构型时，双键和叁键作为一个电子对计算，键数仅作为构型的影响。3.考虑键长、键角时，价电子对间斥力顺序：Ip-IpIp-bpbp-bp 孤对电子Ip-Ip90 叁键双键单键4.原子B 电负性 时，bp偏向B，电子对间斥力，键角。,5.2 杂化轨道理论,1、杂化轨道正交归一2、单位轨道贡献3、轨道方向4、轨道数守恒5、成键能力提高,要点 杂化轨道形成 键，能量下降，生成键的P 轨道要保留不

20、参加 杂化。杂化轨道(键)决定了分子构型。占据杂化轨道的是 键电子对和 孤对电子对。有孤对电子对的为不等性杂化。,5.3离域分子轨道理论 用MOT处理多原子分子时，一般是用非杂化的原子轨道进行线性组合，构成分子轨道，它们是离域化的。分子中的每个电子都属于分子整体，每个电子都在核与电子所构成的势场中运动。,定域MO与非定域MO关系,非定域MO 是 的本征函数，是真正的 MO，定域MO不是。定域MO是对非的一种近似，电子分布完全定域化。非定域MO是电子在定域内的统计平均表现。MO理论中，定MO与非MO是互相补充的。,5.4 HMO法,1、HMO法概要2、变分近似和进一步假定3、Hckel行列式写法

21、4、直链共轭多烯烃的HMO法,1.共轭分子导电性增加。2.体系能量降低，能级间隔变小，吸收光谱红移。3.酸碱性改变，得失电子能力不同。4.化学反应性质改变。,分子图及其应用,共轭分子必须讲的特征量（电荷密度，键级，自由价，分子图）。,1、离域能 DE=ED-EL（键能之差）,2、电荷密度 电子遍及整个分子的，但分布并不均匀。,3、键级：表示两个原子间定域键的相对强度。,4 自由价：分子中某原子具有的剩余化合价，等于该原子的最大成键能力与其成键度之差。,根据分子图判断分子反应活性部位（1）自由基反应发生在（Fi）max最大位置，（2）亲电反应发生在（qi）max位置，（3）亲核反应发生在（qi）

22、min位置，（4）所有原子的qi相等，所有反应都发生在（Fi）max位。,5.5 离域键和共轭效应,1、离域键的形成和表示法2、离域 键可分为三类3、共轭效应4、超共轭效应 超共扼效应是由键轨道与相邻原子或基团的轨道互相叠加而形成离域轨道，键电子与键电子间相互作用产生的离域效应。,5.6 分子轨道的对称性和反应机理 分子轨道的对称性对化学反应进行的难易程度及产物的构型和构象有决定的作用。,1、前线轨道理论,1971年福井谦一提出 1、最高占有轨道和最低空轨道为前线轨道;2、优先参加化学反应的是前线轨道;3、前轨的对称性在反应中起决定性作用。,前线轨道理论内容：(1)分子在反应过程中，分子轨道发

23、生相互作用，优先起作用的是前线轨道。(2)互相起作用的HOMO和LUMO能级高低必须接近(约6eV以内)。(3)电子的转移方向从电负性判断应该合理，电子的转移要和旧键的削弱相一致，不能发生矛盾。,2、分子轨道对称守恒原理 在一步完成的化学反应中，若反应物分子和产物分子的分子轨道对称性一致时，反应容易进行。要点如下：(1)反应物的分子轨道与产物的分子轨道一一对应；(2)相关轨道的对称性相同；(3)相关轨道的能量应相近；(4)对称性相同的相关线不相交。,本章重点内容：1、杂化轨道理论；2、休克尔分子轨道法；3、共轭效应；4、分子图；5、分子轨道对称性和反应机理。,1、离域大键的一般概念。2、用前线

24、轨道理论和对称守恒原理判断反应进行。3、判断大的类型。4、用HMO法处理共轭分子，写久期行列式、求能量（离域能）、绘分子图等。,本章可能的问题,第六章 配位化合物的结构与性质,6.1 配位体,单啮配位体：只有一个配位点的配合体。非螯合多啮配位体：一个配位体有多个配位点，与多个金属离子配位，但不能直接与同一金属离子配位。CO32-,PO43-作沉淀剂。n-：一个配体与 n个金属原子配位。螯合配位体：有多个配位点，且能直接与同一金属离子配位，形成螯合配位体。键配位体：含有电子的烯、炔、芳香烃，与过渡金属形成配位化合物。,配体称场对d轨道能级的分裂,立方体,eg,四面体,Oh,t2,e,Td,球对称

25、,Eg,t2g,Oh,八面体,平面正方形,dx2-y2,dxy,dz2,dxz,dyz,ML4L2,J-T,D4h,配合物分子轨道能级图,6.2 配位场理论,一、八面体场的分裂能0（1）配位体对分裂能的影响 0大者称为强场配位体，反之为弱场配位体。一般含键的配位体为强场，如：CO，CN-，NO2-键的形成是影响分裂能大小的重要因素,强场配位体扩大0,Cl-、F-等的p轨道和M的d轨道形成键，缩小了分裂能，是弱场配位体。,弱场配位体缩小0,二、配位体稳定化能与化合物性质 当P 0弱场形成高自旋（HS），P 0时强场形成低自旋（LS）。,不同d电子组态的LFSE值,（1）离子水化热和MX2的点阵能

26、水化热的数据变化成双拱线。,Ca2+Sc2+Ti2+V2+Cr2+Mn2+Fe2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+,d电子数,第一过渡系列金属离子的水化热,水化热(Kj/mol),（2）离子半径 同一中心离子的高自旋与低自旋离子半径变化不同。,正三价离子半径变化情况类似,Ca2+Sc2+Ti2+V2+Cr2+Mn2+Fe2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+,d电子数,离子半径/pm,金属电子配体空轨,-电子受授配体,6.3-配键,配体 e 金属 金属 d e 配体*反馈 键（反配位 键）,2、不饱和烃络合物络合物的结构,Pt(C2H4)Cl3 铂乙烯络合物 Pt2+:（5d8）dsp2杂化 3

27、Cl 3对电子 配键 C2H4 1对 电子 配键（键）,乙烯和Pt2+成键情况,乙烯和Ag+成键情况,6.4 过渡金属原子簇化合物-催化剂 金属原子族化合物特点：,优良的催化剂；具有多种键型；MM间能形成多重键；簇大小：2至数10个M；几何构型多样化；反应性能。,18电子规则和簇合物的几何构型,过渡金属原子(M)参加成键的价层原子轨道有9个，可以容纳18个价电子以形成稳定的结构，此即18电子规则。,M原子间成键的总数可用键价(b)表示：b1/2(18n一g)式中g代表分子中与Mn有关的价电子总数，它包含三部分电子(中心原子价电子，配体孤电子和所带电荷。),本章重点内容：1、配位场理论内容；2、

28、-配健；3、过渡金属簇化合物。,1、判断一般络合物的空间构型、磁性。2、强场、弱场，高自旋、低自旋的概念。3、配位体的配位场强弱的原因。4、物质为什么能产生颜色？5、用配位场稳定化能说明过渡金属离子水化热和离子半径变化情况。,第7章 晶体的点阵结构和晶体的性质,晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列构成的固体物质。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性，用一定的距离重复出现，这种周期性规律是晶体结构最基本的特征。,71 晶体结构的周期性和点阵 1、晶体结构的特征,（5）晶体的对称性。,(6)晶体对x射线的衍射。,（2）各向异性。（3）自发地形成多面体外形。（4）晶体具有明显确定的

29、熔点。,2、晶体的共同性（1）均匀性。,3、点阵和结构基元 晶体内部，原子或分子在三维空间作周期性地重复排列，每个重复单位的化学组成相同、空间结构相同，若忽略晶体的表面效应，重复单位的周围的环境也相同。这些重复单位可以是单个原子或分子，也可以是离子团或多个分子。如果在每个重复单位上定一个点，可得到一组点，这些点按一定规律排列在空间，研究这些点在空间重复排列的方式，可以更好地描述晶体内部原子排列的周期性。,4、晶体的缺陷 实际的晶体都是近似的空间点阵式的结构，多少都存在一定的缺陷。晶体中一切偏离理想的点阵结构都称为晶体缺陷，按几何形式划分可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等。,点缺陷：空位、杂

30、质原子、间隙原子、错位原子和变价原子等。晶体处于一定温度时，原子的振动能可能瞬间增大到可以克服其势垒，离开其平衡位置而形成一对空位和间隙原子。这种正离子空位和间隙原子称为弗仑克尔缺陷。一对正负离子同时离开其平衡位置而迁移到晶体表面上，在原来的位置形成一对正负离子空位。这种正负离子空位并存的缺陷，称为肖特基缺陷。两种缺陷导致了离子晶体中由于正负离子的运动而使晶体具有可观的导电性。,72 晶体结构的对称性1、晶体的对称元素和对称操作,(1)旋转操作旋转轴(2)反映操作镜面(3)反演操作对称中心(4)旋转反演操作反轴(5)平移操作点阵(6)螺旋旋转操作螺旋轴(7)反映滑移操作滑移面,2、晶胞 按照晶

31、体内部结构的周期性，划分出大小和形状完全一样的平行六面体，以代表晶体结构的基本重复单位，叫晶胞。晶胞参数与的点阵参数等同。,点阵与晶胞的区别与联系：点阵反映晶体周期性结构的重复方式，是抽象的，晶胞是具体的、实际的。晶胞形状一定是一个平行六面体，但三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直。划分方式可有多种，但要按一定的原则。,晶胞的两个基本要素：晶胞的大小和形状（参数）；晶胞内部各原子的坐标位置。,晶胞划分原则：一是尽可能反映晶体内部结构的对称性，符合限制条件的晶胞称为正当晶胞；二是尽可能划得小些。,3、晶系 根据晶体的对称性，可将晶体分为7个晶系，每个晶系有它自己的特征对称元素。按特征对称元素

32、的有无为标准划分晶系。,4、晶体的空间点阵型式 根据晶体点阵结构的对称性，将点阵点在空间的分布按正当晶胞形状的规定和带心型式进行分类，共有14种型式。最早(1866年)由布拉维推得，称为布拉维点阵或布拉维点阵型式。,本章重点内容：1、晶体结构的周期性和点阵；2、晶胞、晶系分类。,1、点阵、结构基元的概念。2、金属的缺陷类型。3、立方晶系中由点阵坐标判断空间点阵形式。4、31、33,第8章 金属的结构和性质,8.1 金属键和金属的一般性质1、金属键的“自由电子”模型,金属的共性：不透明、金属光泽、导电传热性能优良、富有延展性等。原因：内部结构的反映，电负性较小，电离能也较小，最外层价电子容易脱离

33、原子的束缚，形成“自由电子”或称“离域电子”。在三维空间中运动、离域范围很大的电子，与正离子吸引胶合在一起，形成金属晶体。金属的这种结合力称为金属键。金属正离子的密堆积容易滑动.,金属的一般特性:导电传热性-“自由电子”“自由”地在整个晶体内运动；不透明、有金属光泽-自由电子能吸收可见光并能立即放出；良好的延展性和可塑性-原子间易滑动，自由电子的胶合作用；能形成各种组成的合金-金属健的性质决定的。金属键没有方向性，每个原子中电子的分布基本上是球形对称的，自由电子的胶合作用，将使球形的金属原子作紧密堆积，形成能量较低的稳定体系。,2、固体能带理论 金属晶体中的电子处在由金属原子形成的周期性势场中

34、，势能函数不像自由电子模型取作0而取作一周期变化的势场V,微扰法：整块金属当作一个巨大的分子，晶体中N个原子的能量相等的原子轨道，线性组合得N个分子轨道，是一组扩展到整块金属的离域轨道。N数值很大，分子轨道各能级间的间隔极小，形成一个能带。相邻原子间轨道重叠少的内层原子轨道形成的能带较窄，轨道重叠多的外层原子轨道形成的能带较宽。,8.2 球的密堆积和金属单质的结构 将金属键看作原子间各向同性的相互作用，金属原子在晶体中总是趋向于密堆积的结构。1、等径圆球的堆积 有最密堆积和其他的堆积，最密堆积的结构可从密堆积层来了解。其结构只有一种形式。在层中每个球和周围6个球接触，即配位数为6。在密堆积层中

35、，每个球周围有6个空隙，每个空隙由3个球围成，这样由八个球堆积成的层中，有2N个空隙，平均每个球摊到2个空隙，这些三角形空隙的顶点的朝向有一半和另一半相反。,常见的两种最密堆积的结构为：(1)立方最密堆积：将密堆积层的相对位置按照ABCABC重复的周期为3层由于这种方式可划出面心立方晶胞，故称为立方最密堆积，记为Al型。,(2)六方最密堆积。将密堆积层的相对位置按照ABABAB方式作最密堆积，这时重复的周期为两层，由于这种方式可划出六方晶胞，故称为六方最密堆积记为A3型。,(3)体心立方密堆积结构，记为A2型。堆积系数为0.6802。这一现象说明影响晶体结构的因素除堆积密度外，还有其他的因素，

36、例如参加成键的价电子数及其轨道的影响等。,8.3 合金的结构和性质 合金是两种或两种以上的金属经过熔合过程后所得，热效应一般比较小。从单质金属到合金的变化，一般不像其他化学反应那么显著。合金一般都具有一定的金属性能，研究合金的结构化学，在于了解合金的晶体结构。合金分为如下三类 金属固溶体：两种金属元素的电负性、化学性质和原子大小等接近时，容易生成金属固溶体。金属化合物：电负性和原子半径差别大，生成金属化合物的倾向就较大。金属间隙化合物：小的非金属原子（H，B，C，N等）填入金属原子堆积的空隙中。,本章重点内容：1、金属键模型；2、球的密堆积。,1、A1、A3两种紧密堆积的一般内容；2、合金的三种类型；3、从金属的固体能带理论说明金属键的形成，从能带结构说明导电性。,第10章 次级键与超分子结构化学1、氢键（1）氢键的几何形态（2）氢键的强度（3）非常规氢键-氢键，M-氢键，二氢键，（4）冰和水中的氢键（5）氢键和物质的性能,2、非氢键型次级键（1）非金属原子间次级键（2）金属原子与非金属原子间次级键（3）金属原子间次级键3、超分子化学（1）超分子化学概念（2）超分子形成的原因,本章重点内容：1、氢键的一般性质(形态、强度、冰和水中氢键)；2、氢键和物质的性能。,