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1、 大学化学电子教案长春工业大学化学教研室 第三章 物质的化学组成和聚集状态3. 1 物质的化学组成物质的分类物质实物场（能量）无机物有机物金属有机物无机物单质及简单化合物 (氧化物、酸、碱、盐)复杂化合物 (配合物、团簇、超分子)无机高分子 (无机固体材料等)有机物简单化合物 (烃及其衍生物、醇、醛、羧酸、酯等 )有机高分子天然高分子 (糖类、DNA、蛋白质等)合成高分子 (合成塑料、橡胶、纤维)复杂化合物(超分子)可降解塑料由一个简单阳离子或原子和一定数目的中 性分子或阴离子以配位键结合，按一定的组成 和空间构型形成一个复杂的离子或分子。形成 的离子称为配离子，形成的分子称为配分子。一、配位
2、化合物1.定义 ：由配离子和带有相反电荷的离子组成的电 中性化合物以及不带电荷的配分子本身称为配 位化合物（配合物或络合物）例如： Pt (NH3)4 (NO2) Cl CO3中 心 离 子内界 (配离子)外 界配位原子配 体2.基本概念配位中心 中心离子或原子 配离子 （配分子 ）配位中心 提供空轨道 电子对接受体 配位体 提供孤对电子 电子对给予体 （1）配位中心和配位体配位体 中性分子或阴离子(2) 配位体和配位原子配位体配位原子：配位体中与中心离子（或原子）直 接以配位键结合的原子。（3）分类简单配合物：一个中心离子，每个配体均为 单齿配体。单齿配体：一个配体中只含一个配位原子螯合物：
3、一个中心离子与多齿配体成键形成 环状结构的配合物。 多齿配体：一个配体中含有多个配位原子 如：二齿配体 乙二胺（en）六齿配体：乙二胺四乙酸根 EDTA（Y4）4CaY2的结构(4)配位数与中心离子（或原子）成键的配位原子的总数 。（5）配离子与配位中心的电荷数3.配合物的化学式和命名配酸：酸配碱：氢氧化配盐：先阴离子后阳离子，简单酸根加“ 化”字，复杂酸根加“酸”字。配离子和配分子的命名原则：配体名称列在中心原子之前，配体数目用 倍数词头二、三、四等数字表示（配体数为 1 时省略），不同配体名称之间以“”分开， 在最后一个配体名称之后缀以“合”字。中心 原子的氧化值用带括号的罗马数字表示（氧
4、化 值为 0 时省略）。多个配体的次序(1)若含有多种配体时，先无机后有机，先简单 后复杂；(2)若为多种无机配体时，先阴离子后中性分 子；(3) 若为同类配体时，按配位原子元素符号的英 文字母顺序排列，如先H2O 后NH3 。 硫酸四氨合铜（）氢氧化四氨合铜（）六异硫氰根合铁（）酸钾六氯合铂（）酸五氯氨合铂（）酸钾硝酸羟基三水合锌（）例：氯化一水五氨合钴（）五羰（基）合铁三硝基三氨合钴乙二胺四乙酸根合钙（）命名 ： 内界外界配位数配位体中心原子配原子硫酸一氯一氨二乙二胺合钴（）K4 Pt Cl6 练习：团簇是指由几个至上千个原子、分子或其结 合态粒子聚集而成的相对稳定的介观聚集体。对 它们的
5、研究是在20世纪80年代后迅速发展起来的 。团簇的空间尺度在纳米(109 m)量级左右。有金属簇， 如 Lin，Cun，Hgn； 非金属簇， 如 Cn，Nn，Arn； 分子簇， 如 (H2O)n，(NaCl)n 等。二、团簇碳原子数为 20，24，28，32，36，50， 60，70，84，120的稳定性较高，其中 C60 的丰度最高，C70 次之。C60 是1985年发现的 。 团簇是众多纳米材料的基础。在大量的团 簇中，研究最多的是碳团簇。例如，常规 Fe，Co 和Ni 等是铁磁性的，但它 们的团簇可以是超顺磁性的； 顺磁性的 Na 和 K 等的团簇却是铁磁性的。 团簇是许多纳米材料的基础
6、。 (c) C60黄色为双键 红色为单键(a) 金刚石(b) 石墨球碳团簇及其衍生物在超导电性、半导体 、非线性光学等方面具有奇异性能，K3C60， Rb3C60，Rb2CsC60，Rb2. 7Tl2. 2C60 和RbTl2C60 的超导转变温度分别为 18 K，30 K，31. 3 K ，45 K 和 48 K。美国化学家 R. E. Smalley， R. F. Curl 和 英国化学家 H. W. Kroto 因对开拓这个新领 域的贡献荣获1996年诺贝尔化学奖。 H. W. 克鲁托 Harold W. KrotoR. E. 史沫莱 Richard E. SmalleyR. F. 柯尔
7、 Robert F. Curl发现C60的三位科学家碳纳米管碳纳米管的结构示意图 1991年发现了碳纳米管，也称“布基管” 。 碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米 微管，多层碳管各层之间的间隔为石墨的层间 距。碳管两头可以是空的，也可被半个 C60 或 更大的球碳所封闭。外部直径只有几到几十纳 米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是 钢的 1/6，而强度却是钢的 100 倍。用这样轻而 柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不 过的了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以 从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断 的绳索。 碳纳米管可以是不同禁带宽度的半导体， 也可以是准一维导体。碳纳米管
8、可以用于未来 电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯 片集成度更高，体积更小。碳纳米管的细尖极易发射电子。用于做电 子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是 电视制造业的发展方向。碳纳米管潜在的应用前景三、非整比化合物固体有大量物质，它们的原子和原子 结合态单元的组成和结构复杂。形成的化 合物不符合正常化合价整数比，称为非整 比化合物。非整比化合物在材料中十分重要，可控 制或改善无机固体材料的光、电、声、磁 、热和力学等性质。晶体缺陷是形成非整比化合物的重要原因 。发光二极管材料：GaAs1x Px，它可以发出 从红光到绿光的各种颜色的光。彩色电视发光材料用的红粉、绿粉和蓝粉： Y2O2S:
9、Eu3+，Y2O2S:Tb3+， (Ca, Sr)10(PO4)6C12:Eu3+。“黑漆”古铜镜表面耐磨物质：Sn1-xCuxO2 。例如：碳化物、氮化物在钢材中能有效地提高 钢材的硬度。四、金属有机化合物金属有机化合物是指由金属原子和有机基 团中碳原子键合而成，含金属碳键（M-C） 五、高分子化合物（略） 六、自由基和生物大分子（略）祝同学们学习、生活快乐！ 谢谢各位同学！大学化学电子教案长春工业大学化学教研室 复习命名下列配合物，并指出配离子的电荷数、配 位体的数目、配位原子及配位体。Cu(NH3)4PtCl4 CuSiF6K2Cr(CN)6Zn(OH)(H2O)3NO3Co (NH3)
10、3H2OCl2ClPt (en) Cl2固体即固态系统。习惯上称系统为体系， 故有固体这个术语，固体分为晶体和非晶体。第3节 固体晶体：固体中的原子及其结合态单元在空间的 排列长程短程都有序。非晶体：固体中的原子及其结合态单元在空间 的排列长程短程都无序。 固体特征：有固定的体积和形状，不能流动。 晶格及晶胞(a)(b)(c)等径圆球密堆积晶格或点阵晶胞一、晶体按晶格结点上微粒的种类、组成及其粒子 间相互作用力的不同，晶体可分为：离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体过渡型晶体 混合型晶体晶体结构和类型1. 离子晶体离子晶体的晶格结 点上交替排列着正、负 离子，靠离子键结合。离子晶体有较高 的
11、熔点、较大的硬度 、较脆。在熔融状态 或在水溶液中具有优 良的导电性，但在固 体状态时几乎不导电 。 Na+Cl-NaCl 离子晶体 2. 分子晶体分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或 非极性分子，分子间以范德华力(分子间力)或 氢键相结合。属于分子晶体的物质一般为非金 属元素组成的共价化合物，如 SiF4，SiCl4， SiBr4，SiI4，H2O，CO2，I2 等。对于无氢键的相同类型分子晶体，分子间力 随相对分子质量增大而增大，熔点、沸点也随 之增高。由于分子间力较弱，分子晶体的硬度 较小，熔点一般低于 400 ，并有较大的挥发 性，如碘片、萘等。 CO2分子晶体(干冰) C60 的晶体
12、结构3. 原子晶体原子晶体的晶格结点上排列着中性原子， 原子间由共价键结合。由非金属元素组成的共 价化合物多为分子晶体，但有少部分形成原子 晶体，如常见的 C (金刚石，立方型)，Si， Ge，As，SiC (俗称金刚砂)，SiO2，B4C， BN (立方型)，GaAs 等。原子晶体的硬度一般都较大，熔沸点高， 导电性较差。金刚石(C) 的晶体结构金刚石4. 金属晶体金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离 子。原子或正离子通过自由电子结合，这种结 合力是金属键。金属键的强弱与构成金属晶体 原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态 等因素有关。金属晶格示意图A1 型密堆积 ABCABCA3 型密堆
13、积 ABABA2 型密堆积 ABAB体心立方六方面心立方金属晶体其单质多数具有较高的熔点和较 大的硬度，通常所说的耐高温金属就是指熔点 高于铬的熔点(1 857 ) 的金属，它们多集中 在副族，其中熔点最高的是钨(3 410 ) 和铼 (3 180 )，它们常用作测高温的热电偶材料。 金属晶体的物理性质金属晶体具有良好的导电、导热性，尤其 是第 IB 族的 Cu，Ag，Au。金属晶体还有良 好的延展性等机械加工性能，有金属光泽、对 光不透明等特性。纯金属及其合金构成的金属 材料是最重要的结构材料之一。 晶体结构和类型比较5. 过渡型晶体离子的极化 (离子键向共价键过渡)+未极化的正离子极化的正
14、离子+ +未极化的负离子极化的负离子-+ +未极化的正、负离子极化的正、负离子+在离子极化时，离子具有两重性：(1)极化力：离子作为电场，能使周围异电荷的离 子极化而变形，即具有极化别的离子的能力，叫极 化力。 (2)变形性：离子作为被极化的对象，本身被别 的离子极化而变形，即具有变形性。变形性的大 小用极化率来衡量。极化力（变形性）影响因素离子半径 离子电荷 离子的电子构型通常对正离子更多的考虑离子极化力，而 对负离子更多考虑离子的变形性的相关因素正离子半径小，电荷多，极化力大；负离子半径大，易变形。离子极化的结果 键型过渡 晶型改变思考题：解释碱土金属氯化物的熔点变化规律：熔点/405 7
15、14 782 876 9626.混合键型晶体例如，层状结构的石墨、二硫化钼、氮化硼等 属于混合键型晶体。六方型氮化硼（熔点 2 983 ），又称白 色石墨，比石墨更能耐高温，化学性质更稳定 ，可用来制作熔化金属用的容器、耐高温实验 仪器及耐高温固体润滑剂。如石墨晶体内存在共价键、大键、分子间力 。氧原子硅原子硅酸盐结构示意图与晶体晶格结点上微粒长程有序排列不同 ，非晶体中微粒呈短程无序排列。非晶体的 熔化，经历由固态逐渐变软，最后变为流动 熔体的一个过程，所以无确定的熔点。在不 同温度区间，呈现出玻璃态、高弹态和黏流 态等三种不同的物理状态。二、非晶体非晶态琥珀 C10H16O，硬度2. 5高聚物按聚集态结构分为晶态和非晶态。晶态高聚物中，分子链作有规则的排列；非晶态高聚物中，分子链的堆砌是无规则的。但一般的晶态高聚物只能部分结晶，有结晶区，还有非结晶区，而且每一个高聚物的分子链可贯穿好几个结晶区和非结晶区。黏流态高弹态玻璃态1. 非晶态高分子化合物形变温度TgTf高分子化合物的形变与温度的关系2. 非晶态薄膜最具代表性的是具有极高信息密度的光存 贮盘，还有全息摄影、薄的柔性衬底生长的廉 价光电池、激光书写和复印机上的长寿命感光 滚筒以及用于大屏幕显示的电子电路等。它们 使用的半导体物质是 Ge，Si，Si:H，GaAs 等材料。 3. 非晶态合金非晶态
