分子结构和晶体结构另

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：①无方向性②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配位数8645、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。[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：①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。②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：①本质：仍是电性的。②形成条件：Ⅰ.成单电子自旋相反；Ⅱ.原子轨道最大重叠。同时满足，方能成键。3、共价键的特征：①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。②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：σ键：沿键轴方向，“头碰头”方式重叠。π键：轨道对称轴相互平行，“肩并肩”重叠。重叠程度：σ键大于π键5、VB法补充①激发成键观点：例②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。①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。②杂化轨道：杂化后形成的新轨道。③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：SPSP2SP3dSP2dSP3(SP3d)d2SP3(SP3d2)直线三角型四面体四边形三角双锥八面体离域键——大π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。nn2μ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σ、π反键分子轨道：能量高于原子轨道，有σ*、π*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①范氏力Ⅰ、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Ⅱ、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。Ⅲ、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。Ⅳ、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。Ⅴ、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。②分子晶体及特性：Ⅰ、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。Ⅱ、特征：硬度小，熔沸点低，固液气态导电性差，加工性尚可。Ⅲ、范氏力对物质物性的影响③氢键——分子间又一种作用力Ⅰ、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。Ⅱ、形成条件：F、O、NⅢ、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。Ⅳ、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①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。②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：①电性力②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化学键分子间作用力作用力离子键金属键共价键氢键范氏力产生原因静电引力共用自由电子原子间共用电子对氢核吸引高电负性原子偶极作用力条件大金属原子间小F、O、N分子间强度强强强较强弱方向无无有有无饱和无无有有无性质极性大无有晶体结构晶体性质类型质点作用力熔沸点硬度加工性能液导电性固导电性分子晶体分子范氏力氢键低小尚可差差原子晶体原子共价键高大脆差差差离子晶体离子离子键高大脆差好差金属晶体原子离子金属键高大好好好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：①变形性：离子半径越大，变形性越大；②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③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+2e＞9～17e＞8e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①键型变异例：AgX②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。