第八章分子结构四精选文档.ppt

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1、第八章分子结构四1本讲稿第一页，共六十四页 按热力学观点看，按热力学观点看，晶体与非晶体的主要区别在于晶体与非晶体的主要区别在于：晶：晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定；而非晶体一般能量较体一般都具有最低能量，因而较为稳定；而非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。高都处于介稳或亚稳态。晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在不同条件下既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。可形成晶体，又可形成非晶体。自然界中的二氧化硅有晶态的石英、水晶，也有非晶态的自然界中的二氧化硅有晶态的石英、水晶，也有非晶态的燧石。燧石。2本讲稿第二页，共六十四页一、晶体的微观结构

2、和宏观特征一、晶体的微观结构和宏观特征 晶体的三方面宏观特征晶体的三方面宏观特征：1.规则的几何外形规则的几何外形 晶体有规则的多面体外形；非晶体没有一定的外形；晶体有规则的多面体外形；非晶体没有一定的外形；2.各向异性各向异性 晶体显示各向异性，而非晶体显示各向同性；晶体显示各向异性，而非晶体显示各向同性；3.有固定的熔点有固定的熔点 晶体有固定的熔点，而非晶体没有；晶体有固定的熔点，而非晶体没有；晶体的粒子规则有序排列并贯穿于整个晶体，而非晶体的晶体的粒子规则有序排列并贯穿于整个晶体，而非晶体的粒子排列粒子排列“短程有序，长程无序短程有序，长程无序”。3本讲稿第三页，共六十四页(一一)晶体

3、与晶胞晶体与晶胞 组成晶体的质点组成晶体的质点(分子、原子、离子分子、原子、离子)以确定以确定位置的点在空间作周期性重复地有规则排列。这位置的点在空间作周期性重复地有规则排列。这一套点的无限组合就叫做一套点的无限组合就叫做点阵点阵。把这些点联结在。把这些点联结在一起，空间点阵即称为一起，空间点阵即称为晶格晶格。晶格中含有晶体结。晶格中含有晶体结构中一切特征的最小单位称构中一切特征的最小单位称晶胞晶胞。4本讲稿第四页，共六十四页直线点阵直线点阵平面点阵平面点阵空间点阵空间点阵晶胞晶胞5本讲稿第五页，共六十四页单晶体单晶体：内部结构由同一空间点阵贯穿着的晶体。：内部结构由同一空间点阵贯穿着的晶体。

4、多晶体多晶体：由很多细小晶粒结合而成，晶粒间由界面：由很多细小晶粒结合而成，晶粒间由界面 相互隔开，晶粒的结构和成份可以是同一相互隔开，晶粒的结构和成份可以是同一 的，也可以是异类的。的，也可以是异类的。微晶体微晶体：由微细晶体构成的多晶态物质。：由微细晶体构成的多晶态物质。如炭黑及人工合成的粉体材料。如炭黑及人工合成的粉体材料。6本讲稿第六页，共六十四页(二二)晶格的类型晶格的类型 晶胞参数晶胞参数(lattice parameters)：a、b、c、根据晶胞参数的不同分类：根据晶胞参数的不同分类：七大晶系：七大晶系：立方晶系立方晶系(cubic class)正交晶系正交晶系(orthorh

5、ombic)四方晶系四方晶系(tetragonal class)单斜晶系单斜晶系(monoclinic class)三方晶系三方晶系(rhombohedral class)三斜晶系三斜晶系(triclinic class)六角晶系六角晶系(hexagonal class)7本讲稿第七页，共六十四页8本讲稿第八页，共六十四页晶胞的内容晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。按按带心型式带心型式分类，将分类，将七大晶系七大晶系分为分为14种种Bravais晶格。晶格。例如，立

6、方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。9本讲稿第九页，共六十四页14种种Bravais晶格晶格10本讲稿第十页，共六十四页 根据质点根据质点(原子、离子或分子原子、离子或分子)在单位平行六面体在单位平行六面体 的分布分类：的分布分类：简单晶格简单晶格 体心晶格体心晶格 面心晶格面心晶格 底心晶格底心晶格v 配位数配位数：晶体结构中：晶体结构中,与任一原子最近邻并且等距离的原子数。与任一原子最近邻并且等距离的原子数。v 致密度致密度：原子排列的致密程度。：原子排列的致密程度。用钢球所占空间的体积百分数表示。用钢球所占空间的体积百分

7、数表示。11本讲稿第十一页，共六十四页二、晶体的类型及其特性二、晶体的类型及其特性 晶体的分类晶体的分类12本讲稿第十二页，共六十四页(一一)金属晶体金属晶体 在金属晶体中不存在孤立的原子或分子。自由电子运动在金属晶体中不存在孤立的原子或分子。自由电子运动于整个晶体内部，整个晶体就可以看作为一个巨大的于整个晶体内部，整个晶体就可以看作为一个巨大的“分子分子”。金属原子只有少数的价电子能用于成键，不足以金属原子只有少数的价电子能用于成键，不足以形成正规的共价键和离子键，因此金属在形成晶体时，形成正规的共价键和离子键，因此金属在形成晶体时，倾向于生成极为紧密的结构，使每个原子拥有尽可能倾向于生成极

8、为紧密的结构，使每个原子拥有尽可能多的相邻原子（多的相邻原子（8或或12个）。这样电子能级可以尽可能个）。这样电子能级可以尽可能多的重叠，形成多的重叠，形成“少电子多中心少电子多中心”键。键。13本讲稿第十三页，共六十四页紧密结构紧密结构：金属晶体以等径圆球形状的：金属晶体以等径圆球形状的金属原子一个挨一个紧密堆积在一起，金属原子一个挨一个紧密堆积在一起，使在一定体积的晶体内含有最多数目的原子，使在一定体积的晶体内含有最多数目的原子，即空间利用率最高。即空间利用率最高。14本讲稿第十四页，共六十四页1)简单立方堆积简单立方堆积晶胞中原子数：晶胞中原子数：1配位数：配位数：6空间利用率：空间利用

9、率：5215本讲稿第十五页，共六十四页2)体心立方堆积体心立方堆积立方体立方体 8 个顶点上的球互不相切个顶点上的球互不相切,但均与体心位置上的但均与体心位置上的球相切。球相切。配位数配位数 8,空间利用率为空间利用率为 68.02%，不属于密堆积，不属于密堆积结构。如结构。如 K,Rb,Cs,Li,Na,Cr,Mo,W,Fe等等晶胞中原子数：晶胞中原子数：116本讲稿第十六页，共六十四页17本讲稿第十七页，共六十四页第一层：第一层：最紧密的堆积方式是一个球与周围最紧密的堆积方式是一个球与周围6个球个球 相切，在中心球的周围形成相切，在中心球的周围形成6个凹位。个凹位。第二层：第二层：对第一层

10、来讲最紧密的堆积方式是将球对对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对 准准1,3,5 位位(若对准若对准2,4,6 位位,其情形是一样的其情形是一样的)。第三层：第三层：是关键是关键,对第一、二层来说对第一、二层来说,可以有可以有两种两种最最 紧密的堆积方式紧密的堆积方式:第一种第一种是将球对准第一层的球是将球对准第一层的球,于是每两层形成一个周期，即于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成堆积方式，形成六方密堆积六方密堆积,配位数配位数12(同层同层6,上下各上下各3)。如：。如：La，Y，Mg，Zr，Hg，Cd，Ti，Co等。等。3)面心立方密堆积面心立方密堆积4)六方密堆积六方密堆积

11、18本讲稿第十八页，共六十四页六方密堆积六方密堆积19本讲稿第十九页，共六十四页 另一种另一种是将球对准第一层的是将球对准第一层的2,4,6位位,不同于不同于AB 两层的两层的位置，这是位置，这是 C 层。第四层再排层。第四层再排 A,于是形成于是形成 ABCABC 三层三层一个周期，得到一个周期，得到面心立方密面心立方密堆积堆积,配位数配位数 12。如：。如：Sr，Ca，Pb，Ag，Au，Al，Cu，Ni等。等。这两种堆积都是最紧密堆积这两种堆积都是最紧密堆积,空间利用率为空间利用率为 74.05%。20本讲稿第二十页，共六十四页面心立方面心立方密堆积密堆积21本讲稿第二十一页，共六十四页(

12、a)面心立方密堆积面心立方密堆积(ABCABC堆积堆积)(b)面心立方晶胞面心立方晶胞22本讲稿第二十二页，共六十四页(a)六密堆积六密堆积(ABAB堆积堆积)(b)六方晶胞六方晶胞(粗线示出的平行六面体粗线示出的平行六面体)23本讲稿第二十三页，共六十四页(二二)离子晶体离子晶体：在离子晶体的晶格结点上，交替地排列着正离子和负离在离子晶体的晶格结点上，交替地排列着正离子和负离子，正、负离子之间有静电引力（离子键）子，正、负离子之间有静电引力（离子键）相互吸引着。相互吸引着。正、负离子通过离子键结合而成的晶体统称为正、负离子通过离子键结合而成的晶体统称为离子晶离子晶体体。在离子晶体中，组成晶体

13、的正负离子在空间呈。在离子晶体中，组成晶体的正负离子在空间呈有规律的排列，而且隔一定距离重复出现，具有明有规律的排列，而且隔一定距离重复出现，具有明显的周期性。显的周期性。24本讲稿第二十四页，共六十四页1)离子晶体的离子半径比离子晶体的离子半径比以以AB型离子型离子为例：在配位数为为例：在配位数为6的八面体配位中，有：的八面体配位中，有：阳、阴离子间接触，而阴离子间不接触，阳、阴离子间接触，而阴离子间不接触，r+/r-0.414。静电吸引力大，排斥力小，晶体较稳定。静电吸引力大，排斥力小，晶体较稳定。阳、阴离子间和阴离子间都相互接触，阳、阴离子间和阴离子间都相互接触，r+/r-=0.414阴

14、离子间接触而阳、阴离子间不接触，阴离子间接触而阳、阴离子间不接触，r+/r-0.414。静电吸引力小，排斥力大，晶体不稳定，阴离子有可能静电吸引力小，排斥力大，晶体不稳定，阴离子有可能脱离，使阳离子的配位数降低。脱离，使阳离子的配位数降低。25本讲稿第二十五页，共六十四页半径比半径比r+/r-配位数配位数晶体结构晶体结构实例实例0.2250.4144ZnS型型ZnS，ZnO，BeS，CuCl，CuBr等等0.4140.7326NaCl型型NaCl，KCl，NaBr，LiF，CaO，MgO，CaS，BaS等等0.73218CsCl型型CsCl，CsBr，CsI，TlCl，NH4Cl，TlCN等等

15、表表10-12 AB型化合物的离子半径比和配位数及晶体构型的关系型化合物的离子半径比和配位数及晶体构型的关系X-X-X-X-M+(a)(b)(c)八面体配位中阳、阴离子的接触情况八面体配位中阳、阴离子的接触情况26本讲稿第二十六页，共六十四页2)氯化铯、氯化钠和硫化锌型晶体结构氯化铯、氯化钠和硫化锌型晶体结构 氯化铯型结构氯化铯型结构27本讲稿第二十七页，共六十四页 氯化钠型结构氯化钠型结构 NaCl 晶体结构，外形是晶体结构，外形是立方体，立方体，8个角上和个角上和6个面的个面的中心为一个离子所占据，每中心为一个离子所占据，每个个Na+都被都被6个个Cl-包围着，包围着，而每个而每个Cl-的

16、周围也有的周围也有6个个Na+。28本讲稿第二十八页，共六十四页 硫化锌型结构硫化锌型结构29本讲稿第二十九页，共六十四页(三三)原子晶体原子晶体：在原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子在原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间以间以共价键共价键相结合。相结合。如单质硅（如单质硅（Si）、金刚石（）、金刚石（C）、二氧化硅）、二氧化硅 （SiO2）、碳化硅（）、碳化硅（SiC）、金刚砂和氮化硼）、金刚砂和氮化硼BN （立方）等。（立方）等。30本讲稿第三十页，共六十四页如：典型的金刚石原子晶体。如：典型的金刚石原子晶体。31本讲稿第三十一页，共六十四页原子晶体的主要特点是原子晶体的主要特

17、点是：原子间不再以紧密的堆积为特征，它们之间是通原子间不再以紧密的堆积为特征，它们之间是通过具有方向性和饱和性的共价键相联接，特别是通过过具有方向性和饱和性的共价键相联接，特别是通过成键能力很强的杂化轨道重叠成键，使它的键能接近成键能力很强的杂化轨道重叠成键，使它的键能接近400KJmol-1。所以原子晶体的构型和性质都与共价键性质。所以原子晶体的构型和性质都与共价键性质密切相关，原子晶体中配位数比离子晶体少，硬度和熔点密切相关，原子晶体中配位数比离子晶体少，硬度和熔点都比离子晶体高，一般不导电，在常见溶剂中不溶解，延都比离子晶体高，一般不导电，在常见溶剂中不溶解，延展性差。展性差。32本讲稿

18、第三十二页，共六十四页(四四)分子晶体分子晶体 在分子晶体的晶格结点上排列的都是中性分子。虽然在分子晶体的晶格结点上排列的都是中性分子。虽然分子内部各原子是以强的共价键相结合，但分子之间是分子内部各原子是以强的共价键相结合，但分子之间是以较弱的范德华力相结合的。以较弱的范德华力相结合的。以以二氧化碳二氧化碳晶体为例：晶体为例：它呈面心结构，它呈面心结构，CO2分子分别占分子分别占据立方体的据立方体的8个顶点和个顶点和6个面的中个面的中心位置，分子内部是以心位置，分子内部是以C=O共价共价键结合，而在晶体中键结合，而在晶体中CO2分子间分子间只存在色散力。只存在色散力。33本讲稿第三十三页，共六

19、十四页晶格晶格类型类型组成晶胞组成晶胞的质点的质点结合力结合力晶体特性晶体特性实例实例原子原子晶体晶体原子原子共价键共价键硬度大硬度大,熔、沸点很高熔、沸点很高,在大多数溶剂中在大多数溶剂中不溶不溶,导电性差导电性差金刚石，金刚石，SiC离子离子晶体晶体正离子正离子 离子键离子键熔、沸点高熔、沸点高,硬而脆，大多溶于极性溶硬而脆，大多溶于极性溶剂中，熔融状态和水溶液能导电剂中，熔融状态和水溶液能导电NaCl，CaCl，ZnS负离子负离子分子分子晶体晶体极性分子极性分子分子间力分子间力(有氢键有氢键)熔、沸点低，能溶于极性溶剂中，溶于熔、沸点低，能溶于极性溶剂中，溶于水时能导电水时能导电HCl，

20、HF，NH3,H2O非极性分非极性分子子分子间力分子间力熔、沸点低，能溶于非极性或极性弱的熔、沸点低，能溶于非极性或极性弱的溶剂中，易升华溶剂中，易升华H2，Cl2金属金属晶体晶体金属原子金属原子金属键金属键有金属光泽，电和热的良导体，有延展有金属光泽，电和热的良导体，有延展性，熔、沸点较高性，熔、沸点较高Na，W，Ag，Au金属离子金属离子自由离子自由离子34本讲稿第三十四页，共六十四页35本讲稿第三十五页，共六十四页*混合键型晶体混合键型晶体，又称，又称过渡型晶体过渡型晶体，如石墨晶体。，如石墨晶体。在石墨晶体中，同层的碳原子以在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键。每杂化形成共

21、价键。每个个C原子以原子以3个共价键与别处个共价键与别处3个个C原子相连，形成无限的正原子相连，形成无限的正六角形的蜂巢状的片层结构，在同一平面的六角形的蜂巢状的片层结构，在同一平面的C原子还剩下原子还剩下一个一个p轨道和一个轨道和一个p电子，这些电子，这些p轨道相互平行，且垂直于轨道相互平行，且垂直于C原子原子sp2杂化构成的平面，形成了离域杂化构成的平面，形成了离域键。这些电子比较键。这些电子比较自由，可以在整个自由，可以在整个C原子平面移动，相当于金属中的自由原子平面移动，相当于金属中的自由电子。所以石墨能导热、导电。电子。所以石墨能导热、导电。36本讲稿第三十六页，共六十四页 石墨中层

22、与层之间相隔较远，以分子间相互作用力相结石墨中层与层之间相隔较远，以分子间相互作用力相结合，所以石墨片层之间容易滑动。在同一平面层中的碳原子合，所以石墨片层之间容易滑动。在同一平面层中的碳原子结合力很强，所以石墨的熔点高，化学性质稳定。由此可见结合力很强，所以石墨的熔点高，化学性质稳定。由此可见石墨晶体是兼有原子晶体、金属晶体和分子晶体的特征，是石墨晶体是兼有原子晶体、金属晶体和分子晶体的特征，是一种混合型晶体。一种混合型晶体。37本讲稿第三十七页，共六十四页 离子极化使离子键增加了电子云向对方变形偏移离子极化使离子键增加了电子云向对方变形偏移的成分，即增加了共价键成分，结果使键长减小，键的成

23、分，即增加了共价键成分，结果使键长减小，键的极性降低，离子的配位情况也因之而变化。的极性降低，离子的配位情况也因之而变化。如如AgI晶体，晶体，Ag+与与 I-间的距离按离子半径之和约间的距离按离子半径之和约126+216=342pm，实测为，实测为299pm，缩小了，缩小了43pm。三、化学键键型和晶体晶型的关系三、化学键键型和晶体晶型的关系(一一)离子极化对键型的影响离子极化对键型的影响见表见表8-1038本讲稿第三十八页，共六十四页表表8-11 离子型与共价型晶体的判别离子型与共价型晶体的判别晶体晶体实测实测键长键长(pm)离子半离子半径之和径之和(pm)键型键型晶体晶体实测实测键长键长

24、(pm)离子半离子半径之和径之和(pm)键型键型NaF231231离子型离子型AgF246246离子型离子型MgO210205离子型离子型AgCl277294过渡型过渡型AlN187221共价型共价型AgBr288309过渡型过渡型SiC189301共价型共价型AgI299333共价型共价型39本讲稿第三十九页，共六十四页1)熔沸点熔沸点：NaCl,MgCl2,AlCl3 中，中，极化力极化力 Na+Mg2+孤对孤对 成键成键 成键成键 成键成键 在考虑价层电子对排布时需选择最少数目的在考虑价层电子对排布时需选择最少数目的90度角的孤对度角的孤对-孤对排布。孤对排布。计算价层电子对数和孤对电子

25、对数的方法：计算价层电子对数和孤对电子对数的方法：价层电子对数价层电子对数1/2(A原子的价层电子数原子的价层电子数B原子提供的形原子提供的形 成共价单键的电子数成共价单键的电子数离子的电荷数离子的电荷数)(规定规定B原子为氧族元素时不提供电子原子为氧族元素时不提供电子)孤对电子数价层电子对数成键电子对数孤对电子数价层电子对数成键电子对数50本讲稿第五十页，共六十四页4.分子轨道理论分子轨道理论 分子轨道理论认为分子中的电子是在整个分子范围内运动，分子轨道理论认为分子中的电子是在整个分子范围内运动，成键电子不是定域在两原子之间。用成键电子不是定域在两原子之间。用 描述分子中电子的运动描述分子中

26、电子的运动状态，状态，2表示电子在分子中空间某处出现的几率密度。表示电子在分子中空间某处出现的几率密度。理论要点：理论要点：(1)分子轨道是由所属原子轨道线性组合而成。由分子轨道是由所属原子轨道线性组合而成。由n个原子轨个原子轨道线性组合后可得到道线性组合后可得到n个分子轨道。其中包括相同数目的成个分子轨道。其中包括相同数目的成键分子轨道和反键分子轨道，或一定数目的非键轨道。键分子轨道和反键分子轨道，或一定数目的非键轨道。(2)由原子轨道组成分子轨道必须符合对称性匹配、能量近似及由原子轨道组成分子轨道必须符合对称性匹配、能量近似及轨道最大重叠这三个原则。轨道最大重叠这三个原则。(3)形成分子时

27、，原子轨道上的电子按能量最低原理、保利不相容形成分子时，原子轨道上的电子按能量最低原理、保利不相容原理和洪特规则这三个原则进入分子轨道。原理和洪特规则这三个原则进入分子轨道。51本讲稿第五十一页，共六十四页 分子轨道的类型：分子轨道的类型：(1)分子轨道：分子轨道：原子轨道沿着键轴方向发生重叠所形成的分子原子轨道沿着键轴方向发生重叠所形成的分子轨道。具有援助形对称性。电子进入轨道。具有援助形对称性。电子进入 分子轨道则形成分子轨道则形成 键。键。(2)分子轨道：分子轨道：原子轨道在键轴两侧平行重叠所形成的分子轨道。原子轨道在键轴两侧平行重叠所形成的分子轨道。具有通过键轴的对称面。电子进入成键具

28、有通过键轴的对称面。电子进入成键 分子轨道则形成分子轨道则形成 键。电子进键。电子进入由入由3 3个或个或3 3个以上原子组成的成键个以上原子组成的成键 分子轨道则形成大分子轨道则形成大 键。键。52本讲稿第五十二页，共六十四页 双原子分子的分子轨道：双原子分子的分子轨道：(1)第二周期元素的原子各有第二周期元素的原子各有5个原子轨道个原子轨道(1s2s2p)，在形成同核双原子分，在形成同核双原子分子时按组成分子轨道的三个原则可组成子时按组成分子轨道的三个原则可组成10个分子轨道。有下列两种轨道能个分子轨道。有下列两种轨道能级顺序：级顺序：O2、F2：1s 1s*2s 2s*2px 2py=2

29、pz 2py*=2pz*2px*Li2、Be2、B2、C2、N2：1s 1s*2s 2s*2py=2pz 2px 2py*=2pz*2px*按照电子填充规则电子进入分子轨道：按照电子填充规则电子进入分子轨道：2O(1s2,2s22p4)O2KK(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)12N(1s2,2s22p3)N2KK(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2 从分子轨道结构式可知，在从分子轨道结构式可知，在O2分子中形成了分子中形成了1个个 键，键，2个三电子个三电子 键，其键级等于键，其键级等于2。在。在 反键轨道上有反键轨道上

30、有2个单电子，故个单电子，故O2分子有顺磁性。分子有顺磁性。N2分子中形成分子中形成1个个 键，键，2个个 键，其键级等于键，其键级等于3。53本讲稿第五十三页，共六十四页 (2)按照组成分子轨道的三个原则，不同元素的两个原子可组成按照组成分子轨道的三个原则，不同元素的两个原子可组成异核双原子分子轨道。元素不同，核电荷数不同，对核外电子的吸异核双原子分子轨道。元素不同，核电荷数不同，对核外电子的吸引力不同，两原子的对应的原子轨道能量不同引力不同，两原子的对应的原子轨道能量不同(例：例：1s与与1s，2s与与2s)。若两元素的核电荷数相接近，可以用对应的原子轨道组成。若两元素的核电荷数相接近，可

31、以用对应的原子轨道组成分子轨道。分子轨道。CO：KK(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2CO与与N2分子的分子结构相似，它们两者是等电子体，等电子体的分子分子的分子结构相似，它们两者是等电子体，等电子体的分子具有相似的结构。若两元素的核电荷数相差较远，必须先知道各原子轨具有相似的结构。若两元素的核电荷数相差较远，必须先知道各原子轨道的能量才能组成分子轨道。异核双原子分子轨道的能级图是不对称的，道的能量才能组成分子轨道。异核双原子分子轨道的能级图是不对称的，两原子进入分子轨道的电子数可以不相等，也可以存在非键轨道。两原子进入分子轨道的电子数可以不相等，也可以存在非键轨道。5

32、4本讲稿第五十四页，共六十四页三、分子的磁性与极性三、分子的磁性与极性1.分子的磁性分子的磁性 因物质在外磁场中表现不同，可将物质分成抗磁性物质核顺磁性物因物质在外磁场中表现不同，可将物质分成抗磁性物质核顺磁性物质两类。质两类。种类种类结构特点结构特点磁矩磁矩外加磁场外加磁场与外加磁与外加磁场作用场作用抗磁性抗磁性无单电子无单电子(H2、N2)等于零等于零产生诱导磁矩产生诱导磁矩磁矩方向与外磁场方向相反磁矩方向与外磁场方向相反相互排斥相互排斥顺磁性顺磁性有单电子有单电子(H2+、O2)不等于零不等于零微观磁子的磁矩取向微观磁子的磁矩取向磁矩方向与外磁场方向相同磁矩方向与外磁场方向相同相互吸引相

33、互吸引55本讲稿第五十五页，共六十四页2.分子的极性分子的极性 凡分子的正、负电荷中心重合，不产生偶极，称为凡分子的正、负电荷中心重合，不产生偶极，称为极性分极性分子子。若分子的正负电荷中心不重合，分子中有。若分子的正负电荷中心不重合，分子中有“+”极和极和“-”极，极，这样分子产生了偶极，称为这样分子产生了偶极，称为极性分子极性分子。分子的极性既决定于共价。分子的极性既决定于共价键的极性也决定于分子的空间构型。键的极性也决定于分子的空间构型。用偶极矩用偶极矩()来度量分子的极性的大小。来度量分子的极性的大小。=dH2HCl(H-Cl)CO2(O=C=O)H2O非极性共价键非极性共价键非极性分

34、子非极性分子极性共价键极性共价键极性分子极性分子极性共价键极性共价键正负电荷中心重合正负电荷中心重合非极性分子非极性分子极性共价键极性共价键正负电荷中心不重合正负电荷中心不重合极性分子极性分子-+OHH-+56本讲稿第五十六页，共六十四页四、分子间作用力四、分子间作用力分子间作用力：分子间作用力：除化学键外的基团间、分子间相互作用力的总称。除化学键外的基团间、分子间相互作用力的总称。1.范德华力范德华力 是共价化合物分子间普遍存在的作用力，由以下三种力组成。是共价化合物分子间普遍存在的作用力，由以下三种力组成。(1)取向力：取向力：由极性分子存在的正负两极互相吸引而产生，由极性分子存在的正负两

35、极互相吸引而产生，使原来杂乱无章的极性分子作定向排布。使原来杂乱无章的极性分子作定向排布。(2)诱导力：诱导力：极性分子的永久偶极可诱导非极性分子产生诱导极性分子的永久偶极可诱导非极性分子产生诱导 偶极，并相互吸引，称之为有诱导力。偶极，并相互吸引，称之为有诱导力。极性分子与极性分子间也存在诱导力。极性分子与极性分子间也存在诱导力。(3)色散力：色散力：分子在运动过程中，每瞬间分子内的带负电部分和带正电部分分子在运动过程中，每瞬间分子内的带负电部分和带正电部分不是发生相对位移，产生瞬时偶极，并始终处于异极相邻状态而相互吸引。不是发生相对位移，产生瞬时偶极，并始终处于异极相邻状态而相互吸引。非非

36、-非、极非、极-非、极非、极-极分子之间都存在。极分子之间都存在。57本讲稿第五十七页，共六十四页 若把上述讨论扩展到同时有离子化合物存在，则离子与极性分子若把上述讨论扩展到同时有离子化合物存在，则离子与极性分子间存在着离子间存在着离子-永久偶极作用；离子与非极性分子间存在着离子永久偶极作用；离子与非极性分子间存在着离子-诱导诱导偶极作用力。范德华力与物质的某些性质相关。例如，范德华力越大，偶极作用力。范德华力与物质的某些性质相关。例如，范德华力越大，共价化合物的熔、沸点越高；溶质与溶剂间范德华力越大，溶质易溶共价化合物的熔、沸点越高；溶质与溶剂间范德华力越大，溶质易溶于该溶剂中。于该溶剂中。

37、2.氢键氢键 与电负性大、半径小的原子与电负性大、半径小的原子(N、O、F原子原子)结合的结合的H原子去吸原子去吸引另一个电负性大、半径小的原子引另一个电负性大、半径小的原子(N、O、F原子原子)的孤对电子则形的孤对电子则形成氢键。可表示为成氢键。可表示为XHY。氢键键能与范德华力在同一数量级。但氢键有饱和性，氢键键能与范德华力在同一数量级。但氢键有饱和性，XH中的中的H原子只能吸引一个原子只能吸引一个Y原子上的孤对电子。此外，分子间氢键有原子上的孤对电子。此外，分子间氢键有方向性，方向性，XH中之中之H原子是沿着原子是沿着Y原子中孤对电子云伸展方向去原子中孤对电子云伸展方向去吸引。吸引。氢键

38、影响物质的性质。分子间形成氢键，可使物质的熔、沸点升氢键影响物质的性质。分子间形成氢键，可使物质的熔、沸点升高。如果溶质分子与溶剂分子间能形成氢键，将有利于溶质分子的溶高。如果溶质分子与溶剂分子间能形成氢键，将有利于溶质分子的溶解。解。58本讲稿第五十八页，共六十四页五、离子极化五、离子极化离子极化：离子极化：在异号离子影响下，离子电子云发生变形使正负电在异号离子影响下，离子电子云发生变形使正负电 荷中心分离的现象。荷中心分离的现象。离子在极化时具有双重性质：离子在极化时具有双重性质：作为电场，能使周围带异电荷离子极化而变形，即具有极化力；作为作为电场，能使周围带异电荷离子极化而变形，即具有极

39、化力；作为被极化对象，本身被极化而变形。被极化对象，本身被极化而变形。离子的半径、电荷及电子层结构都能影响离子的极化力和变形性。离子的半径、电荷及电子层结构都能影响离子的极化力和变形性。阴离子一般比阳离子变形大，最外层为阴离子一般比阳离子变形大，最外层为8电子结构，所以它们的极化力电子结构，所以它们的极化力较弱，变形性较大。相反，阳离子极化力较强，变形性较小。较弱，变形性较大。相反，阳离子极化力较强，变形性较小。离子半径使离子的电子云变形而相互重叠。所以，离子极化影离子半径使离子的电子云变形而相互重叠。所以，离子极化影响化学键型，使离子键逐渐向共价键过渡。由于化学键型的变化，化响化学键型，使离

40、子键逐渐向共价键过渡。由于化学键型的变化，化合物的性质也随之变化。随着共价键成分的增大，化合物在水中的溶合物的性质也随之变化。随着共价键成分的增大，化合物在水中的溶解度减小；熔、沸点下降；颜色加深。解度减小；熔、沸点下降；颜色加深。59本讲稿第五十九页，共六十四页六、晶体结构六、晶体结构 固体可以分为两类，一类具有多面体的外形、各向异性固体可以分为两类，一类具有多面体的外形、各向异性，有，有固定的熔点称为固定的熔点称为晶体晶体；另一类没有整齐而规则的外形、各向同性、；另一类没有整齐而规则的外形、各向同性、没有固定熔点称为非晶体。没有固定熔点称为非晶体。1.晶体结构晶体结构 组成晶体的质点组成晶

41、体的质点(分子、原子、离子分子、原子、离子)以确定位置的点在空间作周以确定位置的点在空间作周期性重复地有规则排列。这一套点的无限组合就叫做期性重复地有规则排列。这一套点的无限组合就叫做点阵点阵。把这些点。把这些点联结在一起，空间点阵即称为联结在一起，空间点阵即称为晶格晶格。晶格中含有晶体结构中一切特征。晶格中含有晶体结构中一切特征的最小单位称的最小单位称晶胞晶胞。晶胞为平行六面体。可用六面体的晶胞为平行六面体。可用六面体的3个棱之常个棱之常a、b、c及棱边的夹及棱边的夹角角、来描述晶胞，故这六个参数称来描述晶胞，故这六个参数称晶胞参数晶胞参数。根据晶胞。根据晶胞参数不同可将晶体分为参数不同可将

42、晶体分为7大晶系大晶系。按照质点在平行六面体的分布情况。按照质点在平行六面体的分布情况又可分为简单晶格、体心晶格、面心晶格、底心晶格。因此在又可分为简单晶格、体心晶格、面心晶格、底心晶格。因此在7中中晶系中共有晶系中共有14种晶格。种晶格。60本讲稿第六十页，共六十四页2.晶体类型与性质晶体类型与性质 根据组成晶体的质点不同可把晶体分成下列四种晶型：根据组成晶体的质点不同可把晶体分成下列四种晶型：(1)离子晶体：离子晶体：晶格结点上排列着离子。由于离子没有方向性和饱晶格结点上排列着离子。由于离子没有方向性和饱和性，所以阴、阳离子在晶体种尽可能地紧密堆积在一起。因和性，所以阴、阳离子在晶体种尽可

43、能地紧密堆积在一起。因多数阴离子的体积比阳离子大，故离子晶体的结构主要由阴离多数阴离子的体积比阳离子大，故离子晶体的结构主要由阴离子的堆积方式决定。可紧密堆积成简单立方子的堆积方式决定。可紧密堆积成简单立方(氯化铯晶体氯化铯晶体)、面、面心立方心立方(氯化钠晶体氯化钠晶体)等方式。阳离子存在于由阴离子紧密堆积等方式。阳离子存在于由阴离子紧密堆积后形成的空隙种，形成配位数不同的空间结构。由于阴、阳离后形成的空隙种，形成配位数不同的空间结构。由于阴、阳离子间有很强的静电引力子间有很强的静电引力(离子键离子键)，所以离子晶体有较高的熔点，所以离子晶体有较高的熔点和较大的硬度。熔融态或水溶液能导电。和

44、较大的硬度。熔融态或水溶液能导电。(2)原子晶体：原子晶体：组成晶体的质点是原子。原子间以共价键相结合。在原组成晶体的质点是原子。原子间以共价键相结合。在原子晶体种，原子间堆积不紧密，空间利用率低，密度低。但原子于子晶体种，原子间堆积不紧密，空间利用率低，密度低。但原子于原子间的共价键比较牢固，与离子晶体相比，它们的硬度大，熔点原子间的共价键比较牢固，与离子晶体相比，它们的硬度大，熔点高。共价晶体中不含离子和自由电子，一般不导电。在多数常见的高。共价晶体中不含离子和自由电子，一般不导电。在多数常见的溶剂中不溶解，延展性差。溶剂中不溶解，延展性差。61本讲稿第六十一页，共六十四页(3)分子晶体：

45、分子晶体：以分子为质点构成的晶体。在分子晶体中，分子以微弱的以分子为质点构成的晶体。在分子晶体中，分子以微弱的分子间力相互结合成晶体。分子间力是没有饱和性和方向性的，所以在分分子间力相互结合成晶体。分子间力是没有饱和性和方向性的，所以在分子晶体中分子通常采取密堆方式，其密堆积结构与分子形状有关。因分子子晶体中分子通常采取密堆方式，其密堆积结构与分子形状有关。因分子间作用力微弱导致分子型晶体熔点低，硬度小。分子型晶体不导电。但有间作用力微弱导致分子型晶体熔点低，硬度小。分子型晶体不导电。但有极性分子组成的晶体易溶于水中，当在水中发生电离，生成水合离子时它极性分子组成的晶体易溶于水中，当在水中发生

46、电离，生成水合离子时它们就能导电。们就能导电。(4)金属晶体：金属晶体：金属原子的外层电子与原子核的联系比较松弛。在金属金属原子的外层电子与原子核的联系比较松弛。在金属晶体中有一定比例的电子处于自由状态，在晶格中运动。因此金属晶体晶体中有一定比例的电子处于自由状态，在晶格中运动。因此金属晶体中的质点是原子或离子，自由电子把金属的原子和离子联系在一起。金中的质点是原子或离子，自由电子把金属的原子和离子联系在一起。金属晶体的熔、沸点一般较高，部分低；硬度一般较大，部分低；延展性属晶体的熔、沸点一般较高，部分低；硬度一般较大，部分低；延展性和导电性好。和导电性好。62本讲稿第六十二页，共六十四页3.

47、金属晶体的紧密堆积结构金属晶体的紧密堆积结构 金属在形成晶体时，为共用这少数的自由电子，倾向于形成密堆积金属在形成晶体时，为共用这少数的自由电子，倾向于形成密堆积结构。有下面四种堆积方式。结构。有下面四种堆积方式。(1)简单立方堆积：简单立方堆积：把金属原子看作等径圆球。等径圆球在平面上把金属原子看作等径圆球。等径圆球在平面上相互球对球排列，再在球对球的垂直方向上排列就可得到简单相互球对球排列，再在球对球的垂直方向上排列就可得到简单立方堆积的晶体。这种晶体的晶胞称简单立方晶胞。立方堆积的晶体。这种晶体的晶胞称简单立方晶胞。(2)体心立方堆积：体心立方堆积：与简单立方堆积类似，只是排列时球与球之

48、间不与简单立方堆积类似，只是排列时球与球之间不接触，留有一定空隙。上下两层间相互错开堆积，以接触，留有一定空隙。上下两层间相互错开堆积，以ABAB方式向上堆积。在体心立方堆积中，每一个金属原子与上、下方式向上堆积。在体心立方堆积中，每一个金属原子与上、下两层的两层的8个金属原子接触。从这种晶体中取出的晶胞是体心立个金属原子接触。从这种晶体中取出的晶胞是体心立方晶胞。方晶胞。63本讲稿第六十三页，共六十四页(3)面心立方堆积：面心立方堆积：与上面不同，等径圆球在平面上排列时下一行圆球与上面不同，等径圆球在平面上排列时下一行圆球对着前一行圆球三位凹处排列，这种排列方式，球间空隙小。第二层圆对着前一

49、行圆球三位凹处排列，这种排列方式，球间空隙小。第二层圆球放在第一层的空隙上球放在第一层的空隙上(凹处凹处)。第二层密堆积层上那些圆球只占据了第。第二层密堆积层上那些圆球只占据了第一层上凹处的一半，形成了四体空隙。而未被圆球占据的凹处均为八面一层上凹处的一半，形成了四体空隙。而未被圆球占据的凹处均为八面体空隙。第三层圆球放在八面体空隙处。晶体中按体空隙。第三层圆球放在八面体空隙处。晶体中按ABCABC方式堆方式堆积下去，这样就得到面心立方密堆积结构。积下去，这样就得到面心立方密堆积结构。(4)六方密堆积：六方密堆积：它是由面心立方密堆积中的第一、第二层堆积而成，它是由面心立方密堆积中的第一、第二层堆积而成，可表示为可表示为ABAB堆积。从这种堆积的晶体中可得六方晶胞。堆积。从这种堆积的晶体中可得六方晶胞。64本讲稿第六十四页，共六十四页