物质的化学组成与聚集状态学习教案.pptx
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1、会计学1物质的化学组成与聚集物质的化学组成与聚集(jj)状态状态第一页,共54页。单齿配体:只含有单齿配体:只含有(hn y(hn y u)u)一个配位原子的配体。一个配位原子的配体。例如例如ClCl、NH3NH3、I I等等多齿配体:复杂多元有机酸根、多元胺等常含有多齿配体:复杂多元有机酸根、多元胺等常含有(hn y(hn y u)u)两个或两个以上的配位两个或两个以上的配位 原子,他们作为配体时称为多齿配体。原子,他们作为配体时称为多齿配体。例如乙二胺为双齿配体、例如乙二胺为双齿配体、EDTAEDTA(乙二胺四乙酸根)为六齿配体(乙二胺四乙酸根)为六齿配体 H2NCH2CH2NH2 H2N
2、CH2CH2NH2、(-OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2(-OOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COO-)2多齿配体和中心原子形成环状结构的配合物,有点象螃蟹的双螯钳住东西起螯合作用一多齿配体和中心原子形成环状结构的配合物,有点象螃蟹的双螯钳住东西起螯合作用一样,这类配体也称为螯合剂,形成的配离子称为螯合离子,配合物称为螯合物。样,这类配体也称为螯合剂,形成的配离子称为螯合离子,配合物称为螯合物。鳌合物:多齿配体与中心离子形成具有环状结构的配合物,稳定性较强鳌合物:多齿配体与中心离子形成具有环状结构的配合物,稳定性较强第2页/共54页第二页,共54页。二、团簇二、团簇
3、定义:是指由几个至上千个原子或其结合态单元相互作用结合在一起而定义:是指由几个至上千个原子或其结合态单元相互作用结合在一起而 形成的相对稳定的化学单元。形成的相对稳定的化学单元。特征:空间尺度在纳米级左右,是纳米材料的基础,其性能特征:空间尺度在纳米级左右,是纳米材料的基础,其性能(xngnng)(xngnng)与所与所含原含原 子、原子数目、空间位置及相互作用有关。子、原子数目、空间位置及相互作用有关。分类:分类:举例:举例:金刚石:硬度(yngd)最大、熔点最高(3550)不导电石墨:有导电性和润滑性碳团簇:金属簇:Lin、Cun、Hgn非金属簇:Cn、Nn、Arn分子簇(H2O)n、(N
4、aCl)n第3页/共54页第三页,共54页。例,球碳C60,由60个碳原子以20个六边形和12个五边形相间组成的32面体的球形分子。碳纳米(n m)管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米(n m)微管。第4页/共54页第四页,共54页。三、非整比化合物组成物质的元素的原子数目(shm)间不成整数比,例如碳化物。碳化物是指碳与电负性比碳小的元素所形成的二元化合物。碳化物有离子型、共价型、金属型三类。大多数活泼的主族元素和C形成的是离子型化合物,如Na2C2、Li2C2、CaC2、Al4C3、Be2C。碳与电负性与其接近的元素化合,形成共价型碳化物。其中重要的有SiC、B4C等,都属原子晶体。第5页/
5、共54页第五页,共54页。n n金属型碳化物是碳与金属型碳化物是碳与d d区金属元素如:钛、锆、钒、铬、钼、钨、锰、铁等区金属元素如:钛、锆、钒、铬、钼、钨、锰、铁等d d区金属作用而区金属作用而生成的,这类物质具有金属光泽,能导电导热,熔点高,硬度大。金属型碳化物是许多合生成的,这类物质具有金属光泽,能导电导热,熔点高,硬度大。金属型碳化物是许多合金钢的重要成分,在工业上有重要的应用。金属型碳化物组成金钢的重要成分,在工业上有重要的应用。金属型碳化物组成(z(z chn chn)和结构比较复杂,和结构比较复杂,不符合正常化合价规则,原子数目也不一定成整数比。其原因是原子半径较小的碳原子不符合
6、正常化合价规则,原子数目也不一定成整数比。其原因是原子半径较小的碳原子(半径为(半径为0.077nm0.077nm)进入到金属晶格的空隙中,形成一种)进入到金属晶格的空隙中,形成一种“间隙化合物间隙化合物”,实际上是一种固,实际上是一种固溶体,是一种合金,所以金属型碳化物中碳与金属的量的比是可变的,化学组成溶体,是一种合金,所以金属型碳化物中碳与金属的量的比是可变的,化学组成(z(z chn chn)不符合化合价规则。不符合化合价规则。d d区金属原子含有较多的价电子,形成金属键后还有多余的价电子,有区金属原子含有较多的价电子,形成金属键后还有多余的价电子,有可能与进入晶格间隙的碳原子形成共价
7、键,这就是这类碳化物的熔点和硬度特别高,甚至可能与进入晶格间隙的碳原子形成共价键,这就是这类碳化物的熔点和硬度特别高,甚至可能超过原金属的原因。可能超过原金属的原因。第6页/共54页第六页,共54页。四、金属(jnsh)有机化合物 金属(jnsh)原子和有机基团中碳原子键合而成,即含有M-C键的化合物,分为离子型、键型和键型。例如,Ni(CO)4,的热分解制备镍粉,三丁基铝热分解制备金属(jnsh)铝膜(化学气相沉积法)等,说明M-C键不稳定,易断裂。第7页/共54页第七页,共54页。五、高分子化合物五、高分子化合物高分子化合物是一类十分重要的化合物。高分子合成材高分子化合物是一类十分重要的化
8、合物。高分子合成材料应用广泛,几乎渗透到所有的技术料应用广泛,几乎渗透到所有的技术(jsh)(jsh)领域。领域。高分子化合物是一类分子量很大的化合物。它的分子高分子化合物是一类分子量很大的化合物。它的分子中可含几千、几万、甚至几十万个原子,其分子量可中可含几千、几万、甚至几十万个原子,其分子量可以大到几万、几十万、几百万不等,而一般低分子化以大到几万、几十万、几百万不等,而一般低分子化合物的分子中只含几个到几十个原子,其分子量大多合物的分子中只含几个到几十个原子,其分子量大多在在10001000以下。以下。我们把彼此能够互相连接起来而形成高分子化合物的低我们把彼此能够互相连接起来而形成高分子
9、化合物的低分子化合物(如乙烯)称为单体;而将所得到的高分分子化合物(如乙烯)称为单体;而将所得到的高分子化合物(如聚乙烯)称为聚合物或高聚物。子化合物(如聚乙烯)称为聚合物或高聚物。第8页/共54页第八页,共54页。单体单体 高聚物高聚物高分子高分子(fnz(fnz)化合物是由许多相同的简单的结构单元通过化合物是由许多相同的简单的结构单元通过共价键经多次重复连结而成。这些重复的结构单元称为共价键经多次重复连结而成。这些重复的结构单元称为链节,链节的组成与单体的组成相同或相似。如聚乙烯链节,链节的组成与单体的组成相同或相似。如聚乙烯分子分子(fnz(fnz)中的链节为中的链节为CH2-CH2CH
10、2-CH2,而合成聚乙烯的单,而合成聚乙烯的单体为乙烯即体为乙烯即CH2=CH2CH2=CH2。高聚物分子。高聚物分子(fnz(fnz)中所含链节中所含链节的数目的数目n n,称为聚合度,它是衡量高分子,称为聚合度,它是衡量高分子(fnz(fnz)大小的大小的一个指标。一个指标。高分子高分子(fnz(fnz)化合物主链中均是化合物主链中均是C-CC-C键,称为碳链高分子键,称为碳链高分子(fnz(fnz)化合物;主链中有化合物;主链中有C-CC-C键,还有键,还有C-OC-O,C-NC-N键,键,则称为杂链高分子则称为杂链高分子(fnz(fnz)化合物;主链中仅含有化合物;主链中仅含有Si S
11、i、P P、OO等元素而没有等元素而没有C C原子的高分子原子的高分子(fnz(fnz)化合物称为元素化合物称为元素有机高分子有机高分子(fnz(fnz)化合物。化合物。第9页/共54页第九页,共54页。应当指出,低分子化合物的组成和分子量总是固定不应当指出,低分子化合物的组成和分子量总是固定不变的。而同一种组分的高分子化合物内各个分子所含变的。而同一种组分的高分子化合物内各个分子所含的链节数目不同,因此每个分子的分子量也不同,所的链节数目不同,因此每个分子的分子量也不同,所以高分子化合物实际上是由许多以高分子化合物实际上是由许多(x(x du)du)链结构相同链结构相同而聚合度不同的化合物组
12、成的混合物。因此,高分子而聚合度不同的化合物组成的混合物。因此,高分子化合物的分子量一般指的是平均分子量,聚合度为平化合物的分子量一般指的是平均分子量,聚合度为平均聚合度。例如平均分子量为均聚合度。例如平均分子量为8 8万的聚苯乙烯万的聚苯乙烯(n=800n=800),其分子量可在几百到(),其分子量可在几百到(n10n10)到)到2626万万(n=2600n=2600)之间变动。平均分子量的大小和各种分子)之间变动。平均分子量的大小和各种分子量的分布情况,对于高分子化合物的性质有很大的关量的分布情况,对于高分子化合物的性质有很大的关系。系。第10页/共54页第十页,共54页。2.22.2固体
13、固体固体固体(gt(gt)一、晶体(长程、短程都有序)一、晶体(长程、短程都有序)一、晶体(长程、短程都有序)一、晶体(长程、短程都有序)n n晶体结构的特征:n n具有整齐的、有规则的几何外形和固定的熔点。这些特征都是晶体内部结构的反映,是组成晶体的粒子(离子、原子或分子(fnz))有规律的排列在空间的一定点上所构成的,它们相互间的距离固定不变,并按特定的几何规律以周期性重复的方式排列着。第11页/共54页第十一页,共54页。n n将晶体中的粒子想象成几何中的点,这些点在空间排列的总和称为晶格(或点阵),在晶格上排有粒子的那些点,称为晶格结点。n n晶格为一切晶体所特有,表示(biosh)了
14、晶体周期性结构的规律。对于不同种类的晶体,其粒子在空间排列的规律性可能不同,但对同种类晶体来说,则总是相同的。第12页/共54页第十二页,共54页。晶格或点阵晶格或点阵若把原子或原子结合态单元看成几何学上的结点,这些结点按一若把原子或原子结合态单元看成几何学上的结点,这些结点按一定规则排列所组成的几何图形。定规则排列所组成的几何图形。晶胞晶胞晶体三维点阵中存在一个能够完全晶体三维点阵中存在一个能够完全(wnqun)(wnqun)代表晶格特征的、能反映晶代表晶格特征的、能反映晶格对称性的周期单元,称作晶胞。格对称性的周期单元,称作晶胞。通常是一个平行六面体通常是一个平行六面体,是由一定的分子、离
15、子或原子按一定规则排列构成的,是由一定的分子、离子或原子按一定规则排列构成的,具有一定的几何形状。具有一定的几何形状。单晶体单晶体如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体,叫单晶体。如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体,叫单晶体。第13页/共54页第十三页,共54页。1 1、离子晶体、离子晶体离子晶体:正负离子间通过静电引力(离子键)结合在一起的离子晶体:正负离子间通过静电引力(离子键)结合在一起的一类晶体。离子晶体的晶格结点上交替排列着正负离子,一类晶体。离子晶体的晶格结点上交替排列着正负离子,结点之间通过离子键相互结合。结点之间通过离子键相互结合。结构特征:结构特征:(1 1)、离子晶体中不存
16、在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。(2 2)、由于离子键无方向性、饱和性,一个离子周围总是尽)、由于离子键无方向性、饱和性,一个离子周围总是尽可能多地吸引异号电荷的离子,正负离子间堆积越密集越可能多地吸引异号电荷的离子,正负离子间堆积越密集越好。晶体结构主要取决于离子间的最大允许的配位好。晶体结构主要取决于离子间的最大允许的配位(pi(pi wi)wi)数和电中性的要求。数和电中性的要求。(3 3)、离子键强度较大,离子晶体多数有较高的熔、沸点和)、离子键强度较大,离子晶体多数有较高的熔、沸点和较大的硬度。固态时离子只能在晶格结点附近作有规则的较大的硬度。固态时离子只能在晶格结点附近作
17、有规则的振动,不能自由移动,因而不能导电(固体电解质例外)。振动,不能自由移动,因而不能导电(固体电解质例外)。熔化或溶解后,离子能自由移动,有较大的导电性。熔化或溶解后,离子能自由移动,有较大的导电性。第14页/共54页第十四页,共54页。第15页/共54页第十五页,共54页。n n(4 4)、离离离离 子子子子 键键键键 的的的的 强强强强 度度度度 可可可可 用用用用 晶晶晶晶 格格格格 能能能能(EL)(EL)的的的的 大大大大 小小小小(dxi(dxi o)o)来来来来衡衡衡衡量量量量,晶晶晶晶格格格格能能能能是是是是指指指指在在在在298.15k298.15k和和和和100kPa1
18、00kPa的的的的压压压压力力力力下下下下由由由由气气气气态态态态正正正正离离离离子子子子和和和和气气气气态态态态负负负负离离离离子子子子生生生生成成成成1mol1mol离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体时时时时所所所所释释释释放放放放出出出出来来来来的的的的能能能能量量量量。晶晶晶晶格格格格能能能能越越越越大大大大,离离离离子子子子键键键键越越越越强强强强,结结结结合合合合力越大,晶体越稳定。力越大,晶体越稳定。力越大,晶体越稳定。力越大,晶体越稳定。n n EL=k Z+Z-/r+r-EL=k Z+Z-/r+r-n n f=k(Q+|Q-|)/(r+r-)2 (f=k(Q+|Q-|)/(r+
19、r-)2 (平方平方平方平方)n n晶晶晶晶格格格格能能能能大大大大的的的的离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体表表表表现现现现出出出出高高高高的的的的熔熔熔熔点点点点,而而而而晶晶晶晶格格格格能能能能小小小小的的的的离子晶体表现出低的熔点。例:离子晶体表现出低的熔点。例:离子晶体表现出低的熔点。例:离子晶体表现出低的熔点。例:n n NaF NaCl NaBr NaI NaF NaCl NaBr NaIn n熔点(熔点(熔点(熔点()993 801 747 661 993 801 747 661第16页/共54页第十六页,共54页。2、分子(fnz)晶体构成:结点上排列着极性分子(fnz)或非极
20、性分子(fnz),分子(fnz)间由范德华力或氢键结合结构特征;(1)、存在单个的共价键小分子(fnz)。分子(fnz)内的原子间存在着共价键,分子(fnz)之间为分子(fnz)间力。(2)、由于分子(fnz)间力和氢键都较弱,只需较少的能量就能破坏其晶体结构,因而分子(fnz)晶体熔点低,硬度小。(3)、不导电。第17页/共54页第十七页,共54页。(4 4)、分分子子晶晶体体是是依依靠靠分分子子间间作作用用力力结结合合起起来来的的,分分子子间间作作用用力力的的大大小小决决定定该该晶晶体体的的熔熔点点(rngdin)(rngdin)和和硬硬度度。分分子子间间作作用用力力中中氢氢键键的的作作用
21、用强强度度最最大大,其其次次为为色色散散力力。有有氢氢键键存存在在的的分分子子晶晶体体熔熔点点(rngdin)(rngdin)较较高高,硬度较大。例:水。硬度较大。例:水。对对于于没没有有氢氢键键的的分分子子晶晶体体,色色散散力力与与分分子子量量呈呈正正比比,分分子子量量大大者熔点者熔点(rngdin)(rngdin)较高。较高。例例:SiF4 SiF4 SiCl4 SiCl4 SiBr4 SiI4SiBr4 SiI4 熔熔点点(rngdin)(rngdin)()-92.2 92.2 -70-70 5.4 5.4 120.5120.5第18页/共54页第十八页,共54页。3、原子晶体 构成:结
22、点上排列着中性原子,原子间由共价键结合 性质:原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子,整个晶体是个大分子。由于共价键较牢固,键能很大,原子晶体有很高的熔点和硬度,具有原子晶体的物质在工业常被用作磨料(mlio)、耐火材料等;原子晶体不含离子,在固态和熔化时都不导电;不溶于常见溶剂。性质与共价键大小的关系:共价键键强越大,熔点、硬度等越高。典型晶体:金刚石、石墨、硅、锗、碳化硅(俗称金刚砂)、二氧化硅、碳化硼等 第19页/共54页第十九页,共54页。金刚石是典型的原子晶体,每个 C原子以4个SP3杂化轨道与周围 4个C原子形成4个共价键,无数(wsh)多个C通过共价键连接成一个三维空间的骨架结构
23、。此外还有金刚砂(SiC)、石英(SiO2)、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)。第20页/共54页第二十页,共54页。4 4、金属晶体、金属晶体 构成:结点上排列着原子或正离子,其间由自由电子构成:结点上排列着原子或正离子,其间由自由电子(z yu din z(z yu din z)结合结合 性质:有较高的熔点和硬度,但有例外,如性质:有较高的熔点和硬度,但有例外,如HgHg 良好的导热、导电性良好的导热、导电性 良好的延展性,金属光泽,不透明良好的延展性,金属光泽,不透明 性质的影响因素:性质的影响因素:原子半径、有效核电荷、外层电子组态原子半径、有效核电荷、外层电子组态
24、典型晶体:典型晶体:CuCu、FeFe、ZnZn、TiTi、PbPb、SnSn、Bi Bi 等等第21页/共54页第二十一页,共54页。n n结构特征:n n(1)、大分子晶体。n n(2)、由于金属键的强度不同,各种金属单质的熔点、硬度(yngd)有较大差别。例如W熔点3390,是金属单质中熔点最高的,而Hg的熔点为-38.4。n n(3)、具有导电性,传热性,延展性;有光泽、不透明。n n(4)、金属键无方向性、饱和性,只要金属原子周围空间允许,总是尽可能多地在原子周围排布更多的原子,因此,配位数都很高。第22页/共54页第二十二页,共54页。5 5、过渡型晶体、过渡型晶体除了上述除了上述
25、(shngsh)(shngsh)四种典型的基本晶体类型外,还有一些晶体处于非四种典型的基本晶体类型外,还有一些晶体处于非典型状态,即处于从一种典型的基本晶体类型向另一种典型的基本典型状态,即处于从一种典型的基本晶体类型向另一种典型的基本晶体类型的过渡途中,这类晶体称为过渡型晶体。晶体类型的过渡途中,这类晶体称为过渡型晶体。原因:离子极化理论,消弱了正、负离子间作用力原因:离子极化理论,消弱了正、负离子间作用力离子极化理论离子极化理论 从整体看,任何元素的离子其外层电子云是以原子核为中心作球状对从整体看,任何元素的离子其外层电子云是以原子核为中心作球状对称分布的。所以,离子都可以看作一个球形。虽
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