第十章分子结构和性质精选文档.ppt

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1、第十章分子结构和性质本讲稿第一页，共五十三页第十章第十章 化学键与分子结构化学键与分子结构(Chemical bond and structure of molecules)u离子键的形成及其本质离子键的形成及其本质u离子键特征和离子构型离子键特征和离子构型(重点重点)u离子晶体的性质离子晶体的性质u离子极化论初步离子极化论初步(难点难点)离子键离子键理论理论本讲稿第二页，共五十三页学习目标学习目标1、了解离子键的形成过程了解离子键的形成过程：原子得失电子形成阴阳离子。2 2、理解离子键的、理解离子键的本质特性本质特性：静电引力作用、无方向性和饱和性。3 3、记住常见、记住常见离子类型离子类型

2、：知道常见离子的构型和性质。5 5、掌握、掌握离子极化理论离子极化理论：能理解离子极化的影响。4 4、掌握、掌握离子晶体离子晶体的性质的性质：能根据离子特征分析晶体性质。本讲稿第三页，共五十三页引引 言言分子是化学反应的基本单元化学键 化学键化学键分子中原子间存在的将原子结合成分子的相互作用力分子中原子间存在的将原子结合成分子的相互作用力.分子的性质决定于化学键和分子的结构研 究 意 义 重 大定域键离域键 定域键定域键定位于定位于两个两个原子之间的化学键，如原子之间的化学键，如NaCl,HF中的键中的键.离域键离域键由由多个多个原子共用电子形成的多中心键，如原子共用电子形成的多中心键，如CO

3、32-,CO2中的键中的键.离子键一般是由两原子相离子键一般是由两原子相互得失电子而形成互得失电子而形成,因此是因此是典型的定域键典型的定域键.只要求了解只要求了解本讲稿第四页，共五十三页离子键的形成离子键的形成rHm=419KJ静电静电引力引力-eK+KFF-+erHm=-328KJEm=-640KJF-K+总的热效应总的热效应=-549KJ所以所以,由由K和和F原子可以形成稳定的原子可以形成稳定的KF离子化合物离子化合物你知道哪些离子化合物,能否举例?本讲稿第五页，共五十三页离子键的形成及其本质离子键的形成及其本质金属原子非金属原子金属阳离子失去电子吸热过程吸热过程阴离子或原子团得到电子放

4、热过程放热过程离子键离子键离子化合物离子化合物放热过程放热过程 离子键离子键阴阳离子通过阴阳离子通过静电引力静电引力形成的化学键形成的化学键.静电引力学习目标：理解离子键的学习目标：理解离子键的本质本质离子键的本质离子键的本质Static gravitation本讲稿第六页，共五十三页离子键强弱的影响因素离子键强弱的影响因素显然显然,离子化合物的稳定性与其整个形成过程的热效应有关离子化合物的稳定性与其整个形成过程的热效应有关,而阴而阴阳离子间的静电引力作用阳离子间的静电引力作用(离子键离子键)是最关键因素是最关键因素.金属原子金属阳离子吸吸 热热非金属原子阴离子或原子团放放 热热离子化合物离子

5、化合物放热过程放热过程静静电电引引力力你能根据静电引力推断影响离子键能的因素?E=Z阴阴Z阳阳e2/(40Re)练习练习:判断下列离子化合物的离子键键能强弱判断下列离子化合物的离子键键能强弱NaCl NaBr;MgO NaNaCl NaBr;MgO Na2 2O Oq+q-dNaNa2 2O O熔点熔点:920:920 MgO MgO熔点熔点:2800:2800 本讲稿第七页，共五十三页思考思考:共价键具有方向性和饱和性共价键具有方向性和饱和性,离子键呢离子键呢?学习目标：学习目标：理解离子键的特征理解离子键的特征除了与周围几个异号电荷离子发生静电作用外除了与周围几个异号电荷离子发生静电作用外

6、,离子还离子还可与可与较远较远的异号离子相互吸引的异号离子相互吸引,只是距离越远只是距离越远,作用力作用力越弱越弱.三种典型离子晶体的配位比NaCl(6:6)CsCl(8:8)ZnS(4:4)既然每个离子晶体的配位数一定,为何又说离子键无饱和性呢?离子键离子键的本质的本质静电引力静电引力无方向性无方向性无饱和性无饱和性本讲稿第八页，共五十三页 离子的电荷离离 子子 的的 特特 征征正离子的电荷通常为+1、+2，最高为+3、+4，负离子电荷一般为-1、-2，达到-3、-4的多数为酸根离子。离子的构型(一般指阳离子)8电子构型ns2np618或18+2电子构型ns2np6nd10或ns2np6nd

7、10(n+1)s29-17 不饱和电子构型ns2np6 nd1-9离子的构型对离子键有何影响？离子的构型对离子键有何影响？学习目标：知道离子的几学习目标：知道离子的几种构型，能理解离子构型种构型，能理解离子构型对离子键的影响对离子键的影响本讲稿第九页，共五十三页Al：Z=13Al3+：1s2 2s2 2p61s2s2p3s3pAlAl3+8电子构型ns2np6CuCu1+Cu+：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10Cu：Z=292s1s2p3s3d4s3p18e构型ns2np6nd10本讲稿第十页，共五十三页CuCu2+Cu2+：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9Cu：

8、Z=292s1s2p3s3d4s3p8-17不饱和电子构型As：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 3p3 18+2电子构型As3+：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 本讲稿第十一页，共五十三页离子极化理论初步离子极化理论初步 (polarization)极化后的离子+未极化的离子 离子极化现象：由于外电荷或外电场的诱导作用而使离子的电子云发生“变形”，偏离原来的球形分布的现象。你能看出来离子极化的结果是什么吗?离子键 部分共价键本讲稿第十二页，共五十三页离子极化结果：由于电子云发生变形而偏离球形，离子之间的电子云发生一定程度的重叠，离子键部分转化

9、成共价键。极化能力极化能力可极化性可极化性使其它离子的电子云发生变形的能力.由于其它离子的诱导作用,本身电子 云发生变形的能力,也叫变形性或可极化能力.离子电荷越高,极化能力就越();离子的半径越大,可极化性或变形性就越();阳离子失去电子,半径较小,其变形性较(),同时由于正电荷密度大，极化能力（）。阴离子得电子，半径普遍较大,可极化性(),因此一般只考虑阳离子的极化能力极化能力,阴离子的可极化性可极化性。思考与练习思考与练习一、填空一、填空二、分析讨论二、分析讨论NaCl是典型离子型化合物，而AlCl3和HCl是共价型化合物，原因是什么？大强大小强学习目标：理解离子极化理学习目标：理解离子

10、极化理论，会灵活运用论，会灵活运用本讲稿第十三页，共五十三页离子构型对离子极化有无影响？有何影响？离子构型对离子极化有无影响？有何影响？8电子构型电子构型ns2np618或或18+2电子构型电子构型ns2np6nd10或或ns2np6nd10(n+1)s28-17 不饱和电子构型不饱和电子构型ns2np6 nd1-9阳离子构型8电子构型电子构型 8-17 电子构型电子构型 18或或18+2电子构型电子构型 阳离子使阴离子变形的能力（极化能力）提示：根据半径和d、f电子屏蔽小来分析u 两者都是三个电子层，但后者核电荷数高，核对外围电子引力大，因而半径更小，正电荷密度更高；u 后者有9个d电子，该

11、类电子对核的屏蔽小，Cu的原子核更容易对外来阴离子产生诱导而使其变形。以以Ca2+和和Cu2+为例为例Ca2+：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6Cu2+：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9本讲稿第十四页，共五十三页AgF AgCl AgBr AgI离子键共价键解释下列现象：解释下列现象：KF KCl KBr KI离子键离子键u K+的电荷低，半径又的电荷低，半径又不很小，对所有阴离子不很小，对所有阴离子的极化能力都很弱，因的极化能力都很弱，因此阴离子难变形，上述此阴离子难变形，上述化合物均为离子型。化合物均为离子型。u Ag+的电荷虽低，但属于的电荷虽低，但属于18电子构型，

12、极化能力强，而电子构型，极化能力强，而F-半径小，难变形，故属于离子型，但随阴离子半径增大，半径小，难变形，故属于离子型，但随阴离子半径增大，变形性增强，因而键型逐渐变成共价型。变形性增强，因而键型逐渐变成共价型。离子半径离子半径离子电荷离子电荷离子构型离子构型离子键的离子键的影响因素影响因素总结总结 本讲稿第十五页，共五十三页离子晶体及其性质离子晶体及其性质 晶体晶体微观粒子在空间规则排列形成的具有一定几何形状的固体。微观粒子在空间规则排列形成的具有一定几何形状的固体。离子晶体离子晶体NaCl MgF2 CaCO3 K2SO4等等晶体间作用力是离子键，离子晶体间作用力是离子键，离子键键能一般

13、较大键键能一般较大离子键无方向性离子键无方向性 离子晶体的质点是阴阳离子离子晶体的质点是阴阳离子 你能解释离子晶体为何具有这样的性质吗？你能解释离子晶体为何具有这样的性质吗？离子晶体特征离子晶体特征具有较高的熔点和沸点脆性，机械加工性能差固体不具有导电性溶液或熔融物可导电本讲稿第十六页，共五十三页三种典型的离子晶体三种典型的离子晶体每个晶胞中离子的数目配位比：配位比：6:66:6具有代表性的最小单元 晶胞Na+NaCl晶胞本讲稿第十七页，共五十三页晶胞中离子的个数：配位比：8:8晶胞中离子的个数：配位比：4:4本讲稿第十八页，共五十三页熔点/405 714 782 876利用海水制备电解镁(纯

14、度要求达到99.99%)共价键离子键海水沉镁一次除杂二次除杂深度除水三次除杂熔融电解高纯电解镁氯化镁除杂后本讲稿第十九页，共五十三页解释碱土金属氯化物的熔点变化规律：熔点/405 714 782 876 962离子极化对化合物性质的影响 键型改变共价键离子键本讲稿第二十页，共五十三页 晶型改变 AgCl AgBr AgIr+/r-0.695 0.63 0.58 理论上晶型 NaCl NaCl NaCl实际上晶型 NaCl NaCl ZnS配位数 6 6 4 性质改变例如；溶解度 AgCl AgBr AgINaCl 易溶于水，CuCl 难溶于水。本讲稿第二十一页，共五十三页 在标准状态下，使一摩

15、尔离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用U 表示。晶格能晶格能 U(g)Cl+(g)NaNaCl(s)-+例如：本讲稿第二十二页，共五十三页Born-Haber循环K(g)Br(g)U-+KBr(s)+升华焓电离能气化热电子亲和能本讲稿第二十三页，共五十三页则：U=689.1kJmol-1=89.2kJmol-1=418.8kJmol-1=15.5kJmol-1=96.5kJmol-1=-324.7kJmol-1=-689.1kJmol-1=295.3kJmol-1上述数据代入上式求得：+=本讲稿第二十四页，共五十三页影响晶格能的因素：离子的电荷(晶体类型相同时)离子的

16、半径(晶体类型相同时)晶体的结构类型 离子电子层结构类型Z，U 例：U(NaCl)U(CaO)本讲稿第二十五页，共五十三页 离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能大,相应表现为熔点高、硬度大等性能。晶格能对离子晶体物理性质的影响：本讲稿第二十六页，共五十三页10.4.1 分子的偶极矩和极化率分子的偶极矩和极化率10.4 分子晶体分子晶体10.4.3 氢键氢键10.4.2 分子间的吸引作用分子间的吸引作用本讲稿第二十七页，共五十三页1.分子的偶极矩()：用于定量地表示极性 分子的极性大小。极性分子 0非极性分子=0双原子分子：多原子分子：同核：O3（V字形）式中 q 为极上所带电量，l 为偶极

17、长度。10.4.1 分子的偶极矩和极化率分子的偶极矩和极化率异核：HX本讲稿第二十八页，共五十三页分子的偶极矩与键矩的关系：极性键构成的双原子分子：分子偶极矩=键矩多原子分子的偶极矩=键矩的矢量和，例如：(SF6)=0，键矩互相抵消，(H2O)0，键矩未能抵消。本讲稿第二十九页，共五十三页分子的偶极矩(1030 Cm)本讲稿第三十页，共五十三页2.分子的极化率：用于定量地表示分子的变形性大小。分子的变形性大小指的是正电中心与负电中心发生位移(由重合变不重合，由偶极长度小变偶极长度大)。外因：外加电场愈强，分子变形愈厉害；内因：分子愈大，分子变形愈厉害。影响分子变形性大小的因素：本讲稿第三十一页

18、，共五十三页分子的极化率(1040Cm2 V1)本讲稿第三十二页，共五十三页非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。10.4.2 分子间的吸引作用分子间的吸引作用1.色散作用(色散力)：一大段时间内的大体情况色散力与分子极化率有关。大,色散力大。每一瞬间本讲稿第三十三页，共五十三页2.诱导作用(诱导力)：决定诱导作用强弱的因素：极性分子的偶极矩：愈大，诱导作用愈强。非极性分子的极化率：愈大，诱导作用愈强。分子离得较远分子靠近时由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。本讲稿第三十四页，共五

19、十三页 两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。3.取向作用(趋向力)：两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向作用。分子离得较远趋向诱导本讲稿第三十五页，共五十三页思考：1.取向作用的大小取决于什么因素？2.极性分子之间除了有取向作用以外，还有什么作用？本讲稿第三十六页，共五十三页晶体的分类本讲稿第三十七页，共五十三页 分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几 kJmol1，比化学键小 12 个数量级。分子间的吸引作用(1022 J)本讲稿第三十八页，共五十三页分子间力的特点：不同情况下，分子间力的组成不同。例

20、如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大的H2O 分子例外。分子间力作用的范围很小(一般是300500pm)。分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性。本讲稿第三十九页，共五十三页分子量色散作用分子间力沸点熔点水中溶解度HeNeAr Kr Xe小大小大小大小大低高小大 决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。分子间力的意义：本讲稿第四十页，共五十三页10.4.3 氢键氢键本讲稿第四十一页，共五十三页 HF HCl HBr HI极化率 小 大色散作用 弱 强沸点 低 高HF为何反常的高？原因存在氢键。HF 分子中，共

21、用电子对强烈偏向电负性大的 F 原子一侧。在几乎裸露的 H 原子核与另一个 HF 分子中 F 原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。沸点/0C 19.9 85.0 66.7 35.4本讲稿第四十二页，共五十三页氢键的形成条件：分子中有H和电负性大、半径小且有孤对电子的元素(F，O，N)形成氢键。键长特殊：FH F 270pm 键能小 E(FH F)28kJmol1 具有饱和性和方向性氢键的特点：本讲稿第四十三页，共五十三页 除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC 除了分子间氢键外

22、，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。本讲稿第四十四页，共五十三页石墨具有层状结构，称为层状晶体。10.5 层状晶体层状晶体层间为分子间力本讲稿第四十五页，共五十三页本讲稿第四十六页，共五十三页 第五节 混合型晶体特点:结点间存在两种或两咱以上的结和力.如石墨.石墨晶体中,同时存在层间的分子间力,层内碳原子间的共价键和类似金属键的非定域键.本讲稿第四十七页，共五十三页每层中,每个碳原子以三个sp2 杂化轨道与相邻另外三个碳原子形成三个键每个碳原子还有一个p电子,其轨道与片层垂直,p电子“肩并肩”重叠,整个片层内形成一个键,又称为大键.它是一种非定域键.本讲稿第四十八页，共五

23、十三页第七节 晶体的缺陷一、晶体的缺陷(1)结构缺陷(2)指在晶体中,粒子排列时出现的偏离理想规则的现象,属于几何缺陷(3)点缺陷:(4)线缺陷(5)面缺陷(6)体缺陷本讲稿第四十九页，共五十三页(2)化学缺陷 指由掺入杂质引起的或由纯物质形成了非整比化合物引起的缺陷.掺杂形成的缺陷分为:置换式填隙式晶体的缺陷对晶体的物理、化学和力学性质会产生重要影响.本讲稿第五十页，共五十三页二、非整比化合物指原子的相对数目不能以小整数比来表示的化合物.形成的原因:(1)一种原子的一部分从有规则的结构中失去(2)存在着超过结构所需数量的原子(3)被另一种原子所取代本讲稿第五十一页，共五十三页 同一层：CC 键长为142pm，C 原子采用 sp2 杂化轨道，与周围三个 C 原子形成三个键，键角为 1200，每个 C 原子还有一个 2p 轨道，垂直于sp2 杂化轨道平面，2p 电子参与形成了键，这种包含着很多原子的键称为大键。层与层间：距离为 340pm，靠分子间力结合起来。石墨晶体既有共价键，又有分子间力，是混合键型的晶体。本讲稿第五十二页，共五十三页思考：石墨具有良好的导电传热性，又常用作润滑剂，各与什么结构有关？本讲稿第五十三页，共五十三页