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1、第五章 分子构造和晶体构造 引言引言 分子是参与化学反响的根本分子是参与化学反响的根本单单元。分子是由原子元。分子是由原子组组成的，所以分子的构成成的，所以分子的构成阐阐明原子之明原子之间间存在着相互作用。存在着相互作用。分子构造：微分子构造：微观观独立存在的集合体分子、离子、原子独立存在的集合体分子、离子、原子中原子之中原子之间间的的陈陈列及作用。列及作用。晶体构造：宏晶体构造：宏观观聚集体中微粒原子、分子、离子的聚集体中微粒原子、分子、离子的陈陈列及作用。列及作用。本章重点：共价化合物构造本章重点：共价化合物构造实际实际，有关运用，有关运用第一第一节节 化化 学学 键键( (自学自学) )
2、一、定一、定义义： 在分子或晶体中，相在分子或晶体中，相邻邻原子原子间剧间剧烈的相互作用。烈的相互作用。 .二、二、类类型：型：离子离子键键 共价共价键键配位配位键键 金属金属键键三、三、键键参数：表征化学参数：表征化学键键性性质质的物理量。的物理量。1 1、键键能：能：概念：破坏概念：破坏1mol1mol气气态态化学化学键键化学式表示化学式表示变变成气成气态态原子或原原子或原子子团团所需求的能量。所需求的能量。 假假设设破坏的化学破坏的化学键键多于一个多于一个时时，那么取其平均，那么取其平均值值。 键键能越大，破坏能越大，破坏键键所需能量越大，所需能量越大，键键越越强强。2 2、键长键长：概
3、念：分子概念：分子间间两原子核两原子核间间的平衡的平衡间间隔。隔。 普通情况下，普通情况下，键长键长越短，越短，键强键强度越大。度越大。键键越越结实结实。3 3、键键角：指角：指键键之之间间的的夹夹角角概念：表征化学概念：表征化学键键方向性、分子空方向性、分子空间间构造的重要参数。构造的重要参数。4 4、键键矩：表征原子矩：表征原子间键间键的正的正负电负电荷重心不重合的程度。荷重心不重合的程度。 键键矩矩为为零正零正负电负电荷重心重合，荷重心重合，为为非极性非极性键键。 键键矩不矩不为为零，零，为为极性极性键键；键键矩越大，矩越大，键键极性越极性越强强。.第二节 离子化合物的构造 (总结归纳)
4、问题：根据希有气体原子的电离能和电子亲合能数据有何启示？阐明：原子难失去电子，也难得到电子。该电子构型稳定对价电子数较少金属原子，倾向于失去价电子变成希有气体型的阳离子。 对非金属，价电子数多，那么倾向于获得电子成8电子型的阴离子。提出：金属与非金属原子彼此发生电子转移，构成的相互作用，称为离子键。.一、离子键及离子化合物：1、定义：由异电荷靠静电作用产生的化学结合力，称为离子键。离子型化合物：由离子键组成的化合物。2、构成条件：通常以电负性差大于1.7作为能否为离子键的参考根据3、本质：静电作用。4、特征： 无方向性 无饱和性5、离子构造类型：2e、8e、18e、18+2e、不饱和型.二、离
5、子晶体及其特性：二、离子晶体及其特性：1 1、晶体：、晶体： 微微观粒子分子、原子、离子在空粒子分子、原子、离子在空间规那么那么陈列列构成的宏构成的宏 观聚集体。聚集体。2 2、晶格、晶格结点：微粒所点：微粒所处的位置。的位置。3 3、晶胞：反复、晶胞：反复陈列的具有代表性的最小列的具有代表性的最小单元。元。 4 4、ABAB型晶体构型：型晶体构型： CsCl CsCl型型 NaCl NaCl型型 ZnS ZnS型型 了解了解 晶格晶格类型型 体心立方体心立方 面心立方面心立方 面心立方面心立方 配位数配位数 8 6 4 8 6 45 5、离子晶体特性：、离子晶体特性： 具有具有较高的熔沸点和
6、硬度；高的熔沸点和硬度； 脆性，机械加工性能差；脆性，机械加工性能差； 导电性：熔融或水溶液性：熔融或水溶液导电，但固体不，但固体不导电。.三、晶格能1、定义：破坏1mol晶体化学式，构成无限远离的气态离子的能量变化2、分析：离子晶体构成过程中的能量变化3、阐明：离子晶体能稳定存在，关键在于阴阳离子间剧烈的结合力，仅用电子构造稳定阐明其构成是不完善的。4、影响要素：离子的电荷、半径5、运用：NaX物理性量变化规律.第三节 共价化合物的构造问题 如何阐明H2、HCl等众多物质的构成及性质。离子键实际不能圆满解释。提出了原子间可经过共用电子对构成分子的观念，即共价键。共价键：原子间经过共用电子对构
7、成的化学键。问题：共用电子为什么能构成？构成条件是什么？本质是什么？随着量子力学的建立，近代原子构造实际的开展，先后建立了两大共价键实际：VB法和M0法。一、VB法：立论点：电子配对和原子轨道最大重叠。.1、要点：电子配对原理：原子间共价键结合是以相互自旋反向的未成对电子彼此配对为前提，符合不相容原理即成单电子且自旋相反，俩俩巧合成“电子对构成共价键。推论：两原子各有一个成单电子且自旋反向，那么构成一个稳定共价单键；假设有多个成单电子且自旋反向，那么构成复键。假设A原子有两个成单电子，B原子有一个成单电子，满足自旋反向那么构成AB2型分子。原子轨道最大重叠原理：两配对电子的原子轨道，力图最大程
8、度的重叠才干最大限制的使核间的电子云密集，能量处于最低形状，构成共价键。.2 2、共价、共价键键的本的本质质和构成条件：和构成条件：本本质质：仍是：仍是电电性的。性的。构成条件：构成条件：.成成单电单电子自旋相反；子自旋相反； . .原子原子轨轨道最大重叠。道最大重叠。 同同时满时满足，方能成足，方能成键键。3 3、共价、共价键键的特征：的特征：饱饱和性：由于每个原子提供的和性：由于每个原子提供的轨轨道和成道和成单电单电子数目是一定的，子数目是一定的，所以每年原子的成所以每年原子的成键总键总数或以数或以单键联单键联接的原子数目是一定的。接的原子数目是一定的。方向性：原子方向性：原子轨轨道除道除
9、S S外，在空外，在空间间都有一定的取向，所以只都有一定的取向，所以只需沿着一定的方向才干需沿着一定的方向才干发发生最大重叠。生最大重叠。4 4、共价、共价键键的的类类型：型：键键：沿：沿键轴键轴方向，方向，“头头碰碰头头方式重叠。方式重叠。键键：轨轨道道对对称称轴轴相互平行，相互平行，“肩并肩重叠。肩并肩重叠。 重叠程度：重叠程度：键键大于大于键键.5 5、VBVB法法补补充充激激发发成成键观键观念：例念：例配位配位键键：原子：原子间间共用共用电电子子对对是由一个原子提供构成的化学是由一个原子提供构成的化学键键。 问题问题 ：水分子的空：水分子的空间间构型如何解构型如何解释释？二、二、杂杂化
10、化轨轨道道实际实际立立论论：原子：原子轨轨道在成道在成键时键时，为为加加强强其成其成键键才干，几个原子才干，几个原子轨轨道道可混可混杂杂重新重新组组成几个新的原子成几个新的原子轨轨道。道。( (一一) )要点：要点：1.1.原子构成分子原子构成分子时时存在价存在价层层内内电电子的激子的激发发，轨轨道道杂杂化化过过程。程。杂杂化：原子相互影响，假化：原子相互影响，假设设干不同干不同类类型能量相近的原子型能量相近的原子轨轨道道“ “混合，重新混合，重新组组合成一合成一组组新的新的轨轨道的道的过过程。程。杂杂化化轨轨道：道：杂杂化后构成的新化后构成的新轨轨道。道。杂杂化化轨轨道数目：与参与道数目：与
11、参与组组合的原子合的原子轨轨道数目一道数目一样样。.2.2.等性、不等性等性、不等性杂杂化化等性等性杂杂化：每个化：每个杂杂化化轨轨道完全等同道完全等同不等性不等性杂杂化：每个化：每个杂杂化化轨轨道不完全等同，即道不完全等同，即杂杂化化轨轨道中有不参与道中有不参与 成成键键的孤的孤电电子子对对。3.3.满满足足轨轨道最大重叠原理道最大重叠原理4.4.满满足化学足化学键键之之间间最小排斥原理最小排斥原理( (二二) )杂杂化化类类型与分子空型与分子空间间构型：构型： SP SP2 SP3 dSP2 dSP3(SP3d) SP SP2 SP3 dSP2 dSP3(SP3d) d2SP3(SP3d2
12、)d2SP3(SP3d2) 直直线线 三角型三角型 四面体四面体 四四边边形形 三角双三角双锥锥 八面体八面体离域离域键键大大键键构成条件：构成条件：“肩并肩重叠方式，共用肩并肩重叠方式，共用电电子数小于共用子数小于共用电电子原子数子原子数的两倍。的两倍。( (三三) )运用运用: :( (四四) )杂杂化化实际实际的局限性及运用留意的局限性及运用留意 杂杂化化类类型确型确实实定，定，应应根据根据实验实验数据数据 键键参数参数 、对对中心原子构造分中心原子构造分析，要灵敏掌握。析，要灵敏掌握。.三、分子的某些性三、分子的某些性质质1 1、极性、极性分子偶极分子偶极 表征分子中正、表征分子中正、
13、负电负电荷中心不重合的程度荷中心不重合的程度( (偶极矩偶极矩) ) 分子极性与分子极性与键键的极性关系的极性关系 非极性非极性键键：非极性分子非极性分子 极性极性键键： 构造构造对对称称非极性分子非极性分子 构造不构造不对对称称极性分子极性分子2 2、分子磁性：表征分子在磁、分子磁性：表征分子在磁场场中行中行为为顺顺磁：物磁：物质质在磁在磁场场中因中因电电子自旋子自旋产产生生对对着外磁着外磁场场方向的磁方向的磁矩矩抗磁：两抗磁：两电电子自旋相反配子自旋相反配对对，两个小磁，两个小磁场场方向相反而抵消方向相反而抵消 故主要与物故主要与物质质内部的成内部的成单电单电子构造有关，子构造有关，经过经
14、过磁性数据，磁性数据，可得到成可得到成单电单电子数信息。子数信息。. 用用VBVB法法对对O2 O2 、H2+H2+构成和性构成和性质质无法无法圆满圆满解解释释。四、分子四、分子轨轨道道实际实际立立论论：原子：原子轨轨道重新道重新“ “组组合合要点：要点：1.1.能量相近、能量相近、对对称性匹配的不同原子的原子称性匹配的不同原子的原子轨轨道可以道可以“ “组组合成数目合成数目相等的分子相等的分子轨轨道，能道，能级级将将发发生生变变化。化。2.2.分子分子轨轨道道类类型型 成成键键分子分子轨轨道：能量低于原子道：能量低于原子轨轨道，有道，有 、 反反键键分子分子轨轨道：能量高于原子道：能量高于原
15、子轨轨道，有道，有*、*3.3.电电子排布遵照原子构造子排布遵照原子构造电电子排布原理。子排布原理。4.4.分子能分子能级顺级顺序序5.5.电电子在成子在成键轨键轨道上，体系能量降低，构成化学道上，体系能量降低，构成化学键键； 电电子在反子在反键轨键轨道上，体系能量升高，不利于构成化学道上，体系能量升高，不利于构成化学键键小小结结：MOMO法法计计算复算复杂杂，描画分子几何构型不，描画分子几何构型不够够直直观观。.五、共价物五、共价物质质的晶体构造的晶体构造 共价共价键键的的饱饱和性和性, ,使一些以共价使一些以共价键结键结合的物合的物质质以小分子以小分子方式存在。方式存在。1 1、分子、分子
16、间间作用力作用力(Van(Van氏力氏力) )与分子晶体与分子晶体范氏力范氏力、分子偶极：、分子偶极： 固有偶极固有偶极 诱导诱导偶极偶极 瞬瞬时时偶极：偶极：处处于不停运于不停运动动的的电电子与核子与核产产生瞬生瞬间间相相对对位移位移、范氏力：、范氏力： 取向力取向力: : 极性分子极性分子间间，因固有偶极的存在，因固有偶极的存在产产生的相互作用。生的相互作用。 诱导诱导力力: : 外外电场电场作用下分子作用下分子产产生生诱导诱导偶极而偶极而发发生的作用。生的作用。 色散力色散力: : 由瞬由瞬时时偶极而偶极而产产生的作用。生的作用。.、三种存在范、三种存在范围围：取向力取向力极性分子极性分
17、子间间诱导诱导力：极性分子力：极性分子间间、极性、极性非极性分子非极性分子色散力：一切分子之色散力：一切分子之间间。、影响要素：、影响要素：取向力：分子取向力：分子间间间间隔的六次方成反比，与温度成反比，与固有偶极隔的六次方成反比，与温度成反比，与固有偶极成正比。成正比。诱导诱导力：分子力：分子间间间间隔的六次方成反比，与温度成反比，与隔的六次方成反比，与温度成反比，与变变形性成形性成正比。正比。色散力：分子色散力：分子间间间间隔的六次方成反比，与温度成反比，与隔的六次方成反比，与温度成反比，与变变形性成形性成正比。正比。相相对对大小：色散力取向力大小：色散力取向力诱导诱导力。力。、范氏力特点
18、：、范氏力特点： 永永远远存在于分子存在于分子间间的一种力；的一种力； 作用力作用力较较小，作用范小，作用范围围小；小； 无方向性和无方向性和饱饱和性。和性。.分子晶体及特性：分子晶体及特性：、分子晶体：占据晶格、分子晶体：占据晶格结结点的点的质质点是小分子，分子点是小分子，分子间间靠范氏力彼靠范氏力彼此此规规那么那么陈陈列，构成的宏列，构成的宏观观聚集体。聚集体。、特征：、特征： 硬度小，熔沸点低，硬度小，熔沸点低， 固液气固液气态导电态导电性差，性差， 加工性尚可。加工性尚可。、范氏力、范氏力对对物物质质物性的影响物性的影响氢键氢键分子分子间间又一种作用力又一种作用力、氢键氢键：与：与电负
19、电负性性值值很大、半径小的元素原子共价很大、半径小的元素原子共价结结合的合的氢氢原子原子与另一与另一电负电负性性值值很大、半径小的元素原子之很大、半径小的元素原子之间间的作用。的作用。、构成条件：、构成条件：F F、O O、N N、特征：、特征： 具有方向性和具有方向性和饱饱和性和性 氢键较氢键较范氏力大但不如化学范氏力大但不如化学键强键强。.、氢键类型及对物性的影响 分子内和分子间氢键2、原子晶体 共价物质的另一类晶体定义：占据晶格结点的质点为原子，原子间经过共价键规那么陈列，构成的宏观聚集体。特征： 不存在独立的小分子 高熔沸点、高硬度 热电不良导体 加工性能差3、混合型晶体石墨.第四节
20、金属键与金属晶体 如何解释金属单质的物理性质及原子间的相互作用 金属原子间剧烈的相互作用力金属键一、改性共价键实际自在电子实际1.要点： 1.自在电子及构成:金属原子的价电子易电离成为自在电子，这些电子能自在地从一个原子“跑向另一个原子。 2.金属键构成:金属原子经过“共用“自在电子相互作用静电吸引结合在一同2.金属键本质及特征： 电性力 无方向性和饱和性笼统化:金属原子间有电子气自在流动；金属原子沉浸在电子的“海洋中。二、金属晶体、特性及了解构造特点：倾向最严密堆积特性： 较高密度 良好加工性 良好导电热性 金属光泽.第五节 离子极化前面离子键的讨论，视离子为不变的球对称体，而实践上离子间将
21、以各自的电场相互影响其电子云。一、离子极化景象：使离子的电子云“变形，与核发生相对位移，产生诱导偶极，在离子间产生一种附加作用力的景象。 二、极化规律及影响要素：变形性：离子半径越大，变形性越大；极化才干：外加电场或离子本身的电场强弱离子半径小、电荷多，电场强度越大，极化才干越大构造影响：离子的构造对其极化才干和变形性影响较大.当半径和电荷相近时,极化才干和变形性与构造关系：18e、18+2e917e8e普通，思索阳离子的极化才干阴离子的变形性。三、离子极化对构造和性质的影响键型变异例：AgX对化合物溶解度、颜色的影响AgX 溶解度和颜色的变化NaCl和CuCl性质比较留意离子极化是离子键实际的补充，但离子型化合物毕竟不多，故存在局限性，不能乱套。.
