化学竞赛专题辅导资料晶体结构.doc

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1、优质文本郴州市二中高一化奥班辅导资料晶体结构2008-05-28【涉及概念和内容】根据?化学课程标准?和中学化学教材以及?物质结构与性质?选修教材，晶体结构涉及的内容包括：1根本概念：周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌；2堆积方式：面心立方、六方、体心立方和简单立方堆积；3晶体种类和性质：金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体，自范性、各向异性、金属晶体的导电导热和延展性、X射线衍射。这些内容看似零碎，实际上它们有着密切的内在联系，了解和建立它们的关系，对于晶体结构的教与学，深刻理解晶体结构和性质，掌握核心、突出重点都是很重要的。它们的

2、联系可以用下面的结构表示，其中堆积类型是联系晶体根本概念、根本结构与不同晶体类型的结构和性质的桥梁。 一、晶体的结构1、晶体的概念晶体是质点原子、分子、离子在空间有规律周期性地重复排列，是具有规那么的多面体固体物质。2、晶体的特点性 质晶 体非晶体自范性 有无熔 点固定不固定各向异性有无X-衍射粉末明锐线条漫峰X-衍射单晶明锐斑点模糊不清解 理有无自范性：在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形晶体的形貌。非晶体不能呈现多面体的外形。晶态石英的谱图非晶态石英的谱图3、晶体的点阵结构概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排

3、列在空间，这些点构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。晶体结构 = 点阵 + 结构基元结构基元：在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。1直线点阵2平面点阵3晶胞晶胞是人为划定的，为平行六面体空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。相应地，按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。矢量a，b，c的长度a，b，c及其相互间的夹角，称为点阵参数或晶胞

4、参数。图1 晶胞结构晶胞与晶格晶胞的二个根本要素：一是晶胞大小和形状； 二是晶胞中各原子坐标位置。晶胞大小和形状可用晶胞参数表示；晶胞中原子位置可用分数坐标表示。原子分数坐标【例】：赤铜矿Cu2O的原子坐标，晶胞中占有2个O原子，4个Cu原子。晶胞知识要点晶胞一定是一个平行六面体，其三边长度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。 划分晶胞要遵循2个原那么：一是尽可能反映晶体内结构的对称性；二是尽可能小。 整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。并置堆砌：整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。平行六面体之间没有任何空隙，同时相邻的几个平行六面体均能共顶点相连接。习用晶胞是

5、平行六面体，称为布拉维晶胞布拉维系Bravais system)4、晶胞种质点个数的计算根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式解答这类试题，通常采用分摊法。因为在一个晶胞结构中出现的多个原子，并不是只为这一个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞共用，所以每一个晶胞只能按比例分摊。分摊的根本原那么是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，那么每个晶胞只能分得这个原子的。具体地，根据晶胞晶体中最小重复单位求晶体中粒子个数比的方法是：处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于面上的粒子，同时为两个晶胞共有，每个粒子有属于

6、晶胞。【例1】现在四种晶体，其离子排列方式如以下图，其中化学式正确的选项是 AB2 EF2 XY3Z ABA B C D【例2】最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子如左图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是 。5、晶体结构的密堆积原理许多晶体中的粒子包括原子、分子或离子等总是倾向于采取密堆积的结构，即具有堆积密度大、粒子的配位数高、能充分利用空间等结构特点。密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。密堆积原理是我们研究晶体结构，理解晶体结构的根本原理与实际晶体结构之间关系，解决晶体结构实际问题的重要工具。1定义：所谓密堆积

7、结构是指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。 面心立方最密堆积A1常见的密堆积形型式 六方最密堆积A3体心立方密堆积A22面心立方最密堆积(A1)和六方最密堆积(A3)同一层中球间有三角形空隙，平均每个球摊列2个空隙如图3。第二层一个密堆积层中的突出局部正好处于第一层的空隙即凹陷处，第二层的密堆积方式也只有一种，但这两层形成的空隙分成两种：四面体空隙被四个球包围如图4正八面体空隙被六个球包围如图5 （1） 第三层 堆积 方式有两种：（2）突出局部落在正四面体空隙 AB堆积A3六方最密堆积如

8、图6、图7突出局部落在正八面体空隙 ABC堆积A1面心立方最密堆积图8、图9图3 图4 图5图6 A3六方最密堆积图7 A3六方最密堆积的四面体空隙【平行六面体底是平行四边形】图8 A1面心立方最密堆积【面对角线上三个球是互相接触的】图9 A1面心立方最密堆积八面体空隙和四面体空隙3. 体心立方密堆积A2【体对角线上3个球相切】 A2不是最密堆积。每个球有八个最近的配体处于边长为a的立方体的8个顶点和6个稍远的配体，分别处于和这个立方体晶胞相邻的六个立方体中心。故其配体数可看成是14，空间利用率为68.02%。此外，还有A4金刚石型堆积立方面心堆积和简单立方堆积。表2 堆积方式及性质小结堆积方

9、式晶胞类型空间利用率配位数实例面心立方最密堆积(A1)面心立方74%12Cu、Ag、Au六方最密堆积(A3)六方74%12Mg、Zn、Ti体心立方密堆积(A2)体心立方68%8(或14)Na、K、Fe金刚石型堆积(A4)面心立方34%4Sn简单立方堆积简单立方526Po晶体结构复杂性举例a-Mn和b-Mn均为立方晶系晶体， a-Mn每个晶胞包含58个原子， b-Mn每个晶胞包含20个原子在这两种晶体中，均有一局部锰原子的配位数为12，属于二十面体型配位，a-Mn中每个晶胞有8个属于这种配位，b-Mn中有24个此外，b-Mn晶胞中剩余的12个原子配位数为14，a-Mn晶胞中剩余的34个原子配位数

10、为13和16。 例3、求A3六方最密堆积的空间利用率。例4、金属铜为面心立方晶体，如以下图：铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936 gcm3，试求：1单位晶胞的边长；2铜的金属半径。分析：由题提供的数据，先求出铜的摩尔体积，再求出单胞体积，最后求出单胞边长和金属半径。解：11 mol铜原子所占的体积为：1 mol 63.54 gmol1/8.936 gcm3=7.11cm3铜为面心立方晶格，1个单胞中有4个铜原子，故1个单胞的体积为 = 4.7221023cm3单胞边长a为：a = = 3.615108cm 2在一个面心立方晶胞中，单胞边长为a，铜原子的金属半径为r，根据简单的几何关系

11、得：(4r)2 = a2 + a2r = /4a = 1.28108cm因此铜单位晶胞的边长为3.61510-8cm，铜原子的金属半径为1.2810-8cm练习：教材中重要的晶体结构特征1、NaCl 晶体:1个Na周围最近且距离相等的Cl有个。 1个Cl周围最近且距离相等的Na有个 1个Na周围最近且距离相等的Na有个。1个Cl周围最近且距离相等的Cl有个。 1个晶胞中有个Na，有个Cl。2、CsCl 晶体：1个Cs周围最近且距离相等的Cl有个。1个Cl周围最近且距离相等的Cs有个1个Cs周围最近且距离相等的Cs有个。1个Cl周围最近且距离相等的Cl有个。1个晶胞中有个Cs，有个Cl。3、干冰

12、晶体：1个晶胞中有个CO2分子。1个CO2分子周围最近且距离相等的CO2分子_个。4、白磷分子：P4，鍵角为，一个P原子与个P原子成键，一个白键分子中有个PP键，其中P原子与PP键之比为。5、石墨晶体：一个C原子与个C原子成键，一个正六边形中占有个P原子，个PP键，其中C原子与CC键之比为。石墨晶体结构俯视6、金刚石：晶体硅相同一个C原子与个C原子成键，键角为。一个C原子分占个CC键。最小环为元环，一个C原子被环共用。一个环分占个C原子。7、SiO2晶体：一个Si原子与个O原子成键，一个O原子与个Si原子成键。 晶体中有1molSi原子，那么有molSiO键，晶体中有1molO原子，那么有mo

13、lSiO键。最小环为元环，一个Si原子被环共用，一个O原子被环共用。一个环分占个Si原子，占个O原子。二、晶体的类型和性质一离子晶体1、离子键理论1916 年德国科学家Kossel(科塞尔)提出离子键理论。一离子键的形成1、形成过程以 NaCl 为例：1电子转移形成离子Nae= Na+ Cl + e= Cl相应的电子构型变化：2s22p63s1 2s22p6 ；3s23p5 3s23p6分别到达 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。2靠静电吸引，形成化学键，体系的势能与核间距之间的关系如以下图：注：横坐标核间距r 。纵坐标体系的势能 V 。纵坐标的零点当 r 无穷大时，即两核之

14、间无限远时，势能为零。下面来考察 Na+ 和 Cl彼此接近时，势能V的变化。图中可见：r r0时，随着 r 的不断减小，正负离子靠静电相互吸引，V减小，体系趋于稳定。r = r0 时，V有极小值，此时体系最稳定，说明形成了离子键。r 1.7，发生电子转移，形成离子键；X 1.7，实际上是指离子键的成分(百分数)大于50%。2易形成稳定离子Na+2s22p6，Cl3s23p6，到达稀有气体稳定结构，Ag+4d10d轨道全充满的稳定结构。所以，NaCl、AgCl均为离子化合物；而C和Si 原子的电子结构为ns2np2，要失去全部价电子形成稳定离子，比较困难，所以一般不形成离子键。如CCl4、SiF

15、4 等，均为共价化合物。3形成离子键，释放能量大Na +1/2 Cl= NaCl H = 410.9 kJmol 1在形成离子键时，以放热的形式，释放较大的能量。二离子键的特征1、作用力的实质是静电引力 F q1q2/ r2 q1、q2分别为正负离子所带电量2、离子键无方向性、无饱和性因为是静电吸引，所以无方向性；且只要是正负离子之间，那么彼此吸引，即无饱和性。三离子键的强度1、键能和晶格能以 NaCl 为例：键能：1mol 气态 NaCl 分子，离解成气体原子时，所吸收的能量。用E i 表示。NaCl= Na+ Cl H = 键能E i越大，表示离子键越强。晶格能：气态的正负离子，结合成 1

16、mol NaCl 晶体时，放出的能量。用 U 表示。Na+ Cl= NaCl H = UU为正值晶格能 U 越大，那么形成离子键时放出的能量越多，离子键越强。键能和晶格能，均能表示离子键的强度，而且大小关系一致。通常，晶格能比较常用。如何求得晶格能?2、玻恩-哈伯循环 ( Born-Haber Circulation) Born 和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从的热力学数据出发，计算晶格能。具体如下：H1等于Na的升华热S，即H1= S = 108.8 kJmol 1H2等于Cl2的离解能D的一半，即H2=1/2D = 119.7 kJmol 1H3等于Na的第一电离能I1，即H3

17、= I1 = 496 kJmol 1H4等于Cl的电子亲和能E的相反数，即H4= E = 348.7 kJmol 1H5等于NaCl的晶格能U的相反数，即H5= U = ？H6等于NaCl的标准生成热f H，即H6= f H = 410.9 kJmol 1由盖斯定律：H6= H1 +H2+H3+H4+H5所以：H5=H6H1 +H2+H3+H4即：U = H1 +H2+H3+H4H6 =108.8+119.7+496348.7+410.9 = 186.7 kJmol 1以上关系称为Born-Haber循环 利用盖斯定律，通过热力学也可以计算 NaCl 的离子键的键能。H1 Na的第一电离能I1

18、；H2 Cl的电子亲合能 E 的相反数 E；H3 NaCl的晶格能 U 的相反数 U ；H4 NaCl的升华热 S；而 H5 = Ei。所以，通过 I1、E、U 和S 可求出键能 Ei。3、影响离子键强度的因素从离子键的实质是静电引力 F (q1q2) / r2出发，影响 F 大小的因素有：离子的电荷数q 和离子之间的距离 r与离子半径的大小相关。1离子电荷数的影响电荷高，离子键强。如：2离子半径的影响半径大，导致离子间距大，所以作用力小；相反，半径小，那么作用力大。如：3离子半径概念将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距 d 是r+ 和r 之和。 d = r+ + r d值可由

19、晶体的X射线衍射实验测定得到。1926年，哥德希密特Goldschmidt用光学方法测定，得到了F 和O2 的半径，分别为133 pm 和132 pm，结合X射线衍射数据得到一系列离子半径：Mg2+ 的半径 r = = 320 pm 132 pm =78 pm这种半径为哥德希密特半径。1927年，Pauling 用最外层电子到核的距离，定义为离子半径，并利用有效核电荷等关系，求出一套离子半径数据，称为 Pauling 半径。教材上两套数据均列出。一般在比较半径大小和讨论规律变化时，多采用Pauling 半径。3离子半径的变化规律同主族，从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子半径增加。如：L

20、i+ Na+ K+ Cs+；F Cl Br I同周期主族元素，从左至右，离子电荷数升高，最高价离子，半径最小。如：Na+ Mg2+ Al3+ ；K+ Ca2+过渡元素，离子半径变化规律不明显。同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。如： Ti4+ Ti3+；Fe3+ Fe2+一般负离子半径较大；正离子半径较小。如：可见，虽然F与K相差两个周期，但F 的半径仍比K+ 的半径大。周期表对角线上，左上元素和右下元素的离子半径相似。如：Li+ 和 Mg2+， Sc3+ 和 Zr4+ 的半径相似。四离子晶体的特点1、无确定的分子量NaCl 晶体是个大分子，无单独的NaCl分子存在于分子中。NaCl是化

21、学式，因而 58.5 是式量，不是分子量。2、导电性水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移导电，而不是通过电子流动而导电。 3、熔点沸点较高4、硬度高，延展性差因离子键强度大，所以硬度高。如果发生位错： 发生错位，正正离子相切，负负离子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故无延展性。如CaCO3可用于雕刻，而不可用于锻造，即不具有延展性。五离子晶体的空间结构1离子晶体的堆积填隙模型在离子晶体中，占据晶格结点的是正离子和负离子，负离子半径一般比正离子大，因此负离子在占据空间方面起着主导作用。在简单的二元离子晶体中，负离子只有一种，可以认为负离子按一定的方式堆积，而正离子填充在其间的空隙中。常见的负

22、离子堆积方式有三种：立方密堆积或称面心立方密堆积，六方密堆积和简单立方堆积。最后一种不是密堆积，它的晶胞是立方体，八个角顶上各有一个负离子。在立方密堆积和六方密堆积中有两种空隙：一种是四个相邻的负离子所包围的空隙，称为四面体空隙；一种是由六个相邻的负离子所包围的空隙，称为八面体空隙。这两种密堆积结构中，负离子数八面体空隙数四面体空隙数 = 112。在简单立方堆积中，只有一种空隙，即由八个相邻的负离子 所包围的立方体空隙，而负离子数立方体空隙数= 11。正负离子配位数CN+一般可由正负离子半径比规那么确定：r+ /r = 0.225 0.414时，CN+为4；r+ /r = 0.414 0.73

23、2时，CN+为6；r+ / r = 0.732 1时，CN+为8。负离子配位数CN可由下式确定：CN / CN+ = 正离子数 / 负离子数 = 负离子电荷 / 正离子电荷例如金红石TiO2晶体中，rTi4+ / rO2 = 68 pm / 140 pm = 0.486，CN+为6，正负离子Ti4+ 占据八面体空隙；CN为3；金红石晶体中，负离子数八面体空隙数 = 11，Ti4+ 数只有O2 数的一半，因此Ti4+ 离子只占据八面体空隙数的1/2。在描述简单离子晶体结构型式时，一般只要着重指出负离子的堆积方式以及正负离子所占空隙的种类与分数，根本上就抓住了离子晶体结构的主要特征。对于简单的二元

24、离子晶体来说，正负离子在空间的排列方式即结构形式主要取决于正负离子的数量比或称组成比和半径比。常见的六种二元离子晶体典型结构型式如表1所示。表1 二元离子晶体典型结构型式结构形式组成比负离子堆积方式正离子占据空隙种类正离子占据空隙分数NaCl型11立方密堆积66八面体空隙1CsCl型11简单立方堆积88立方体空隙1立方ZnS型11立方密堆积44四面体空隙1/2六方ZnS型11六方密堆积44四面体空隙1/2CaF2型12简单立方堆积84立方体空隙1/2金红石型12假六方密堆积63八面体空隙1/22立方晶系AB型离子晶体的空间结构晶胞的平行六面体是正六面体时，我们称它属于立方晶系，用来表示平行六面

25、体的三度的三个轴，称为晶轴，三个晶轴的长度分别用a、b、c表示，三个晶轴之间的夹角分别用、表示。 立方晶系的正六面体晶胞的特点是：按a、b、c以及、之间的关系不同，分为7大晶系，我们讨论的AB型晶体指正负离子数目相同，包括NaCl、CsCl、 ZnS。首先看NaCl的晶胞：组成具有代表性，对称性轴、面、中心也与晶体相同，所以乙为NaCl的晶胞。观察配位数：最近层的异号离子有4个，故配位数为6；观察晶胞类型：看空心圆点，正六面体的八个顶点及六个面的面心各有一个，所以为面心立方晶系。再看CsCl的晶胞：组成和对称性均有代表性。看空心圆点，除了立方体的顶点的8个，无其它，称为简单立方晶胞，配位数为8

26、。金属K的晶胞：看实心圆点，除了在立方体的八个顶点地有一个外，在立方体的体心位置还有一个，所以为体心立方晶胞。ZnS的晶胞： 组成和对称性均有代表性。看空心圆点，除了立方体的顶点的8个，面中心6个，也为面心立方，配位数为4。总之，立方晶系有 3 种类型晶胞，面心立方、简单立方、体心立方。四方晶系，2 种，正交晶系，4 种等，共有14种类型的晶胞。4、配位数与 r+/r 的关系NaCl 六配体，CsCl八配体， ZnS 四配体，均为AB型晶体，为何配位数不同?1离子晶体稳定存在的条件2r+/r 与配位数从六配位的介稳状态出发，进行半径比与配位数之间关系的探讨。 此时，为介稳状态。如果r+ 再大些

27、，那么出现上述 b) 种情况，即阴离子同号相离，异号相切的稳定状态。亦即：0.414当 r+ 继续增加，到达并超过0.732时，即阳离子离子周围可容纳更多阴离子，为8配位，CsCl型。假设r+ 变小， 当0.414时，那么出现上述 a种情况，阴离子相切，阴离子阳离子相离的不稳定状态，配位数减少，4配位，ZnS型。总之，配位数与 r+/ r 之比相关：0.2250.414 4配位 ZnS式晶体结构0.4140.732 6配位 NaCl式晶体结构0.7321.000 8配位 CsCl式晶体结构且r+ 再增大，那么到达12 配位；r- 再减小，那么到达3配位。注意：讨论中将离子视为刚性球体，这与实际

28、情况有出入，但仍不失为一组重要的参考数据。因而，我们可以用离子间的半径比值去判断配位数。二金属晶体1、金属键理论一金属键的改性共价键理论金属键的形象说法：“失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中。金属离子通过吸引自由电子联系在一起，形成金属晶体，这就是金属键。金属键无方向性，无固定的键能，金属键的强弱和自由电子的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关，很复杂。金属键的强弱可以用金属原子化热等来衡量。金属原子化热是指 1mol 金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热数值小时，其熔点低，质地软；反之，那么熔点高，硬度大。例如：金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出，故金属晶体

29、不透明，且有金属光泽。在外电压的作用下，自由电子可以定向移动，故有导电性。受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能量，故金属是热的良导体。金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的延展性，与离子晶体的情况相反。二金属晶体的密堆积结构金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的，下面的刚性球模型来讨论堆积方式。在一个层中，最紧密的堆积方式是，一个球与周围 6 个球相切，在中心的周围形成 6 个凹位，将其算为第一层。第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1、3、5 位假设对准2、4、6 位，其情形是一样的。关键是第三层，对第一、二层来说，可以有两种最紧密的堆积方式。第一种

30、是将球对准第一层的球，于是每两层形成一个周期，即 ABAB 堆积方式，形成六方紧密堆积，配位数12同层 6，上下各 3。此种六方紧密堆积的前视图：另一种是将球对准第一层的 2、4、6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。第四层再排 A，于是形成 ABCABC 三层一个周期。得到面心立方堆积，配位数 12。 这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为 74.05 %。还有一种空间利用率稍低的堆积方式，立方体心堆积。立方体 8 个顶点上的球互不相切， 但均与体心位置上的球相切，配位数 8，空间利用率为 68.02 %。三金属键的能带理论. 1、理论要点：1电子是离域的所有电子属于金属晶体，或说

31、为整个金属大分子所共有，不再属于哪个原子。我们称电子是离域的。2组成金属能带Energy BandNa2 有分子轨道：Na 晶体中，n个3s 轨道组成 n条分子轨道，这n 条分子轨道之间能量差小，由于跃迁所需能量小，这些能量相近的能级组成能带。能带的能量范围很宽,有时可达数百 kJmol 1。能带如以下图：3满带、导带和空带4能带重叠2、金属的物理性质1导电性导电的能带有两种情形，一种是有导带，另一种是满带和空带有局部重叠。如 Be，也有满带电子跃迁，进入空带中，形成导带，使金属晶体导电。没有导带，且满带和空带之间的禁带 E 5eV，电子难以跃迁，那么为绝缘带；假设禁带的 E 3eV ，在外界

32、能量激发下，看作可以穿越禁带进入空带，以至于能导电，那么为半导体。2其它物理性质金属光泽：电子在能带中跃迁，能量变化的覆盖范围相当广泛，放出各种波长的光，故大多数金属呈银白色。延展性：受外力时，金属能带不受破坏。熔点和硬度：一般说金属单电子多时，金属键强，熔点高，硬度大。如 W和Re，m.p. 达 3500K， K 和 Na 单电子少，金属键弱，熔点低，硬度小。金属能带理论中，成键的实质是，电子填充在低能量的能级中，使晶体的能量低于金属原子单独存在时的能量总和。金属能带理论属于分子轨道理论的范畴。三分子晶体分子间作用力一极性分子和非极性分子1、极性分子和非极性分子由两个相同原子形成的单质分子，

33、分子中只有非极性共价键，共用电子对不发生偏移，这种分子称为非极性分子。由两个不同原子形成的分子，如HCl，由于氯原子对电子的吸引力大于氢原子，使共用电子对偏向氯原子一边，使氯原子一端显正电，氢原子一端显负电，在分子中形成正负两极，这种分子称为极性分子，双原子分子的极性大小可由键矩决定。在多原子分子中，分子的极性和键的极性有时并不一致，如果组成分子的化学键都是非极性键，分子也没有极性，但在组成分子的化学键为极性键时，分子的极性就要取决于它的空间构型。如在CO2分子中，氧的电负性大于碳，在CO键中，共用电子对偏向氧，CO是极性键，但由于CO2分子的空间结构是直线型对称的O=C=O，两个CO键的极性

34、相互抵消，其正负电荷中心重合，因此CO2是非极性分子。同样，在CCl4中虽然CCl键有极性，但分子为对称的四面体空间构型，分子没有极性，我们可把键矩看成一个矢量，分子的极性取决于各键矢量加合的结果。分子的偶极矩是衡量分子极性大小的物理量，分子偶极矩的数据可由实验测定。2、永久偶极、诱导偶极和瞬时偶极1永久偶极极性分子的固有偶极称永久偶极。2诱导偶极和瞬时偶极非极性分子在外电场的作用下，可以变成具有一定偶极的极性分子，而极性分子在外电场作用下，其偶极也可以增大。在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极。诱导偶极用表示，其强度大小和电场强度成正比，也和分子的变形性成正比。所谓分子的变形性，即为分子的正

35、负电重心的可分程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大。非极性分子无外电场时，由于运动、碰撞，原子核和电子的相对位置变化，其正负电重心可有瞬间的不重合；极性分子也会由于上述原因改变正负电重心。这种由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极叫瞬间偶极。瞬间偶极和分子的变形性大小有关。3、分子间作用力范德华力分子间存在的一种较弱的相互作用。其结合力大约只有几个到几十个kJmol-1。比化学键的键能小12个数量级。气体分子能凝聚成液体或固体，主要就是靠这种分子间作用力。范德华力包括：1取向力极性分子之间靠永久偶极与永久偶极作用称为取向力。仅存在于极性分子之间，且F 2 。2诱导力诱导偶极与永久偶极

36、作用称为诱导力。极性分子作用为电场，使非极性分子产生诱导偶极或使极性分子的偶极增大(也产生诱导偶极)，这时诱导偶极与永久偶极之间形成诱导力，因此诱导力存在于极性分子与非极性分子之间，也存在于极性分子与极性分子之间。3色散力瞬间偶极与瞬间偶极之间有色散力。由于各种分子均有瞬间偶极，故色散力存在于极性分子与极性分子、极性分子与非极性分子及非极性分子与非极性分子之间。色散力不仅存在广泛，而且在分子间力中，色散力经常是重要的。取向力、诱导力和色散力统称范德华力, 它具有以下的共性:1它是永远存在于分子之间的一种作用力。2它是弱的作用力几个几十个kJmol-1。3它没有方向性和饱和性。4范德华力的作用范

37、围约只有几个pm。5分子间的三种作用力。其中对大多数分子来说色散力是主要的，水分子除外。表2 几种分子间作用力的分配kJmol-1分子取向力诱导力色散力总和Ar0.0000.0008.498.49CO0.00290.00848.748.75HI0.0250.113025.8625.98HBr0.6860.50221.9223.09HCl3.3051.00416.8221.13NH313.311.54814.9429.58H2O36.381.9298.99647.28典型练习：1、 决定晶体中阳离子配位数的因素很多，在许多场合下，半径比r/r往往起着重要作用。试以氯化铯图1、氯化钠图3、硫化锌图

38、5三种晶体为例，计算r/r，并总结晶体中离子半径比与配位数关系的规律。1氯化铯从图1沿AB到CD作一切面，得图2，设ABCDa2r2氯化钠从图3取一个平面，得图4，设abbc2rr4r3硫化锌闪锌矿将硫化锌正方体分成八块小正方体，取左下角一块见图6，内含一个四面体见图7，将图6沿QL和QP一切面，得图8，设OQLP2r4指出晶体中离子半径比r/r与配位数的关系，并加以说明。2、在离子晶体中，阴、阳离子按一定规律在空间排列，右图a是NaCl的晶体结构，在离子晶体中，阴、阳离子具有或近似具有球形对称结构，它们可以被看作是不等径的刚性圆球，并彼此相切如NaCl晶体结构图b，a为常数。1在NaCl晶体

39、中，每个Na+ 同时吸引 个Cl；Na+ 数目和Cl数目之比为 ；2Na+ 半径与Cl半径之比= =1.414；3NaCl晶体中不存在分子，但在1.013105Pa，1413时，NaCl晶体形成气体，并以分子形式存在。现有29.25克NaCl晶体，在1.013105Pa时强热使温度到达1501.5，测得气体体积为36.4L，试应用有关物理、化学知识计算此时氯化钠气体的分子式不写计算过程；4假设a=5.610-8cm，求NaCl晶体的密度5.6 3=175.6，NaCl的摩尔质量为58.5g/mol。3、 2003年3月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导

40、性。据报道，该晶体的化学式为 Na0.35CoO2 1.3H2O，具有-CoO2-H2O-Na-H2O-CoO2-H2O-Na-H2O-层状结构；在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中，钴原子和氧原子呈周期性排列，钴原子被4个氧原子包围，Co-O键等长。31 钴原子的平均氧化态为 。32 以 代表氧原子，以 代表钴原子，画出CoO2层的结构，用粗线画出两种二维晶胞。可资参考的范例是：石墨的二维晶胞是以下图中用粗线围拢的平行四边形。 33 据报道，该晶体是以Na0.7CoO2为起始物，先跟溴反响，然后用水洗涤而得到的。写出起始物和溴的反响方程式。 4、某同学在学习等径球最密堆积立方最密堆积A1

41、和六方最密堆积A3后，提出了另一种最密堆积形式Ax 。如右图所示为Ax 堆积的片层形式，然后第二层就堆积在第一层的空隙上。请根据Ax 的堆积形式答复：1计算在片层结构中如右图所示球数、空隙数和切点数之比 2在Ax 堆积中将会形成正八面体空隙和正四面体空隙。请在片层图中画出正八面体空隙用表示和正四面体空隙用表示的投影，并确定球数、正八面体空隙数和正四面体空隙数之比 3指出Ax 堆积中小球的配位数 4计算Ax 堆积的原子空间利用率。5计算正八面体和正四面体空隙半径可填充小球的最大半径，设等径小球的半径为r。6金属Ni晶体结构为Ax 堆积形式，Ni原子半径为124.6 pm，计算金属Ni的密度。Ni的相对原子质量为58.707如果CuH 晶体中Cu的堆积形式为Ax 型，H 填充在空隙中，且配位数是4。那么H 填充的是哪一类空隙，占有率是多少？8当该同学将这种Ax 堆积形式告诉老师时，老师说Ax 就是A1或A3的某一种。你认为是哪一种，为什么？