第一章 物质结构基础西安交通大学《大学化学》ppt课件

《第一章 物质结构基础西安交通大学《大学化学》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章 物质结构基础西安交通大学《大学化学》ppt课件（186页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、2022-3-25第一章第一章 物质结构基础物质结构基础参考学时：8-10张志成 教授电话：15029553337 Email：H.P：西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25第一章 物质结构基础西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念1.2 原子核外电子的排布和元素周期律原子核外电子的排布和元素周期律1.3 化学键和分子构型化学键和分子构型1.4 共价分子的空间构型共价分子的空间构型1.5 分子间力和氢键分子间力和氢键1.6 晶体与非晶体晶体与

2、非晶体2022-3-251.1 1.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1.1.1、经典原子模型1.1.2、原子结构的近代概念1.1.3 原子轨道和电子云1.1.4 多电子原子中轨道的能级2022-3-251.1.1、 经典原子模型西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1J. DaltonJ. Dalton原子模型原子模型(1803)(1803) 原子是物质的不可再分的最小实心微粒。原子是物质的不可再分的最小实心微粒。近代化学之父：近代化学之父：一个科学家放在哪

3、里是无关紧要的，重要的是，他一个科学家放在哪里是无关紧要的，重要的是，他要对科学作出贡献要对科学作出贡献2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系阴极射线阴极射线 19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子是可以分割的，不是最后质点。2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2 2J.J.ThomsonJ.J.Thomson的的“浸入式浸入式”原子模型原子模型(1904)(1904)认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运动的负电

4、子构成。动的负电子构成。汤姆生原子模型汤姆生原子模型 1904 1904 2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系3 3E.RuthorfordE.Ruthorford的的“含核含核”原子模型原子模型(1911)(1911)认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，核外有电子绕核的外围作空间运动。核外有电子绕核的外围作空间运动。2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理

5、学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系4 4BohrBohr原子模型原子模型(1913)(1913) 指出微观粒子运动具有指出微观粒子运动具有量子化的特征量子化的特征，提出了，提出了关于关于原子轨道能级原子轨道能级的概念。的概念。玻尔原子模型玻尔原子模型 1913 1913 2022-3-251.1.21.1.2、原子结构的近代概念、原子结构的近代概念 1波粒二相性 2运动的统计性西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251 1 波粒二象性波粒二象性 对于光的本性，曾经有微粒说、波动说对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长期争论，

6、后来确认光既具有微粒性，的长期争论，后来确认光既具有微粒性，又具有波动性，称为又具有波动性，称为波粒二象性波粒二象性。物质波的概念物质波的概念 1924 1924年年de Brogliede Broglie在光的启发下提出一在光的启发下提出一切物质都具有粒子性和波动性，即切物质都具有粒子性和波动性，即波粒二波粒二象性象性. .西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 把作为粒子特征的把作为粒子特征的动量动量P和表现波特性和表现波特性的的波长波长 联系起来。联系起来。 E E为粒子的能量；为粒子的能量； 为粒子物质波的波长；为粒子物质

7、波的波长； P P为粒子的动量；为粒子的动量； 为粒子物质波的频率；为粒子物质波的频率； h h为普朗克常数；为普朗克常数； v为粒子物质波的运动速度。为粒子物质波的运动速度。或hvhvEPPh西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 例：例：重重 25g25g的子弹，飞行速度为的子弹，飞行速度为 9.09.010102 2m.sm.s1 1， 其其 = 2.94= 2.9410103535m m重重 9.19.1101028 28 g g电子，运动速度为电子，运动速度为 3 310106 6m ms s1 1， 其其 = 2.4=

8、 2.410101010m m 可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，但对于微观微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 可见，对于较重的宏观物体，其物质波极短，不能察觉，波动性可以忽略，但对于电子、质子、中子、原子、分子等微观粒子，就必须考虑其波动性，就是说，微观粒子都具有波粒二象性。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了de Broglie

9、de Broglie（德布罗伊）（德布罗伊）的假设，的假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。即电子和光子一样具有波粒二象性。. X射线衍射图 电子射线衍射图西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252、微观粒子运动的统计性 微观粒子具有波粒二象性，就不能象宏观物体那样在确定的时间断内准确的描述出其运动的轨迹。 微观粒子的运动符合下列关系：微观粒子的运动符合下列关系：2hPxx X 为微观粒子在某一方向x上的位置（或坐标）测不准量； Px 为动量在x方向的分量测不准量； h 为Planck常数。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理

10、学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 也就是说，微观粒子运动的距离变化与动量变化不能同时测准，这就是有名的海森堡测不准原理。 测不准原理是微观粒子的固有属性，不能用牛顿力学描述。我们只能用统计的方法，描述大量微观粒子运动的行为，即在一定区域内出现的概率，因而电子运动的轨道失去了其真正的含义。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251.1.3 原子轨道和电子云1、波函数和原子轨道2、四个量子数3、波函数与电子云西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25

11、1、波函数和原子轨道 19261926年，年，SchrSchrdingerdinger（薛定谔）根据德布罗伊（薛定谔）根据德布罗伊 物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。)(2cosEtxphA 是描述波动的函数，称为是描述波动的函数，称为波函数波函数，可用来，可用来表示任何微观粒子的行为。表示任何微观粒子的行为。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 波函数是三维空间x、y、z的函数，其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程 电子的波函数对原子核外电子运动的描述具有十分重要意义： 波函数不同

12、，其能量不同。 每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。0)VE(hm8zyx22222222 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252、四个量子数 电子的波函数，通过求解薛定谔方程得到，在求解过程中，需要三个常数（n、l、m)进行限制才有物理意义。这三个常数称为量子数，每一组常数表示一个原子轨道（一种状态）。 主量子数 n 角量子数 l 磁量子数 m 自旋量子数 ms西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（1）电子层符号电子层符号 K L M N

13、O P Q 主量子数主量子数 n 1 2 3 4 5 6 7 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（2）角量子数 l 角量子数 l 又叫副量子数，表示电子亚层。它确定着轨道的能级和形状。 角量子数 l 的值为：0 n1 表示有n个亚层 主量子数主量子数 n n 1 2 3 4 1 2 3 4 角量子数角量子数 l l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 角量子数 l符号与形状 角量子数 0 1 2 3 轨道符号 s p d f 轨道形状 球形 双球形 花瓣形 同样，l 的值越大，轨道距

14、核越远，能量越高西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（3）磁量子数 m 磁量子数 m 确定着轨道的数目和空间取向 m的取值为： m0，1，2.l=2l+1 一个m代表一个轨道 角量子数 0 1 2 3 0 1 2 3 轨道符号 s p d f s p d f 轨道数目 1 3 51 3 5 7 7 m m 符号符号 0 -1 0 +1 -2 -1 0 +1 +2 m m 不影响轨道能级，l l相同时，2l+12l+1个m的能级相同，称为简并轨道，或等价轨道。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学

15、院应用化学系2022-3-25n 1 2 3符号 K L Ml 0 0 1 0 1 2符号 1s 2s 2p 3s 3p 3dm 0 0 -1 0 +1 0 -1 0 +1 -2 -1 0 +1 +2符号 1s 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz 3dxy3dyz3dxz量子数关系图西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 s、p、d电子云的角度分布图西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（4）自旋量子数 ms 自旋量子数 ms 并不是求解薛定谔

16、方程得出的，它是人们研究氢光谱的精细结构时，证实了每个轨道上存在着自旋相反的两个电子，为了表达这两个电子的区别，引出的第四个量子数ms 。 它只有1/2、1/2两个取值。表示为、。实际上它表示电子的状态，与轨道没有关系 原子核外电子的状态由这四个量子数确定， 一个电子一个状态，原子核外不可能有状态相同的两个电子。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 S 轨道电子云轨道电子云P 轨道电子云轨道电子云3、波函数与电子云 波函数是核外电子运动的数学式，并无明确的物理意义。 但 2 的物理意义是电子在某区域出现的几率密度，如下图，电子出

17、现95%的区域构成图案叫电子云。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 原子轨道不是电子云，而是波函数，它是纯数学概念，具有相位，通常用“、”加以标识。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 电子云的角度分布图与原子轨道角度分布图有电子云的角度分布图与原子轨道角度分布图有两点不同：两点不同：na).原子轨道角度分布图带有正、原子轨道角度分布图带有正、 负号，负号，n 而电子云角度分布图均为正值；而电子云角度分布图均为正值；nb).电子云角度分布图比原子轨道角度分布电子

18、云角度分布图比原子轨道角度分布n 图图“瘦瘦”些，这是因为些，这是因为值一般是小于值一般是小于1n 的，所以的，所以2值就更小些。值就更小些。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 通常为了方便，将原子轨道（即波函数）与电子云不加区别。但它们的含义、形状各不相同。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251.1.4 1.1.4 多电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的能级能级排列能级排列屏蔽效应屏蔽效应钻穿效应钻穿效应能级交错能级交错西安交通大学理学院应用化学系西安交通大

19、学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 原子轨道能量的高低叫能级，能级主要由主量子数n决定，其次由副量子数l决定。（1）角量子数相同时，主量子数越大，轨道能级越高。n E1sE2sE3sE4s n E2pE3pE4pE5p （2）主量子数相同时，角量子数越大，轨道能级越高，n 这种现象叫能级分裂。n EnsEnpEnd3时，可能发生能级交错。n通过光谱试验总结出的近似能级图如下：西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系 近似近似能级图能级图33西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学

20、系2022-3-25 徐光宪院士于1956年提出了经验公式，能基本上反映鲍林能级图。 n + 0.7 l4s轨道： n=4,l=0,n+0.7*l=4.03d轨道： n=3,l=2,n+0.7*l=4.4 E3dE4s产生能级交错的主要原因是： 内层电子对外层电子产生的屏蔽效应 轨道形状不同而产生的贯（钻）穿效应 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25屏蔽效应和贯（钻）穿效应+31s2s锂原子Z* Z-=3-2=1S轨道的电子因常近核而减弱了其他电子对它的屏蔽作用，称钻穿效应。例：Z*ns Z*(n-1)d; Z*ns Z*(n-

21、2)fEns E(n-1)d; Ens西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25例如：例如： CuCu+ +（96pm96pm），），1818电子构型电子构型 CuClCuCl（共价化合物），不溶于水，加热分解（共价化合物），不溶于水，加热分解。 NaNa+ +（95pm95pm），），8 8电子构型电子构型 NaClNaCl（离子化合物）（离子化合物）, ,溶于水溶于水, ,气化也不分解。气化也不分解。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 离子极化对物性的影响离子极化

22、对物性的影响 AgF AgCl AgBr AgI 键型键型 离子键 过渡型键 过渡型键 共价键 颜色颜色 白色 白色 浅黄色 黄色 溶解度溶解度 14 1.314 1.30 05 5 7.1 7.110107 7 9.2 9.210109 9n ( (不仅取决于晶格能，还要考虑离子的水合能力）不仅取决于晶格能，还要考虑离子的水合能力）分解温度分解温度 很高很高 较高较高 700 552700 552/mol.L/mol.L-1-1/( (不仅取决于晶格能，即离子键的强度）不仅取决于晶格能，即离子键的强度）西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系202

23、2-3-252 2 共价键共价键（1 1）价键理论）价键理论（2 2）杂化轨道理论）杂化轨道理论（3 3）配位键）配位键西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（1 1）价键理论）价键理论 价键理论认为,原子形成分子时,充满电子的内层轨内层轨道道没有贡献,不予以考虑.只考虑未充满电子的外层轨外层轨道道( (称为价层称为价层) )形成共价键. 1 1）形成）形成 2 2）共价键的特性）共价键的特性 3 3）共价键的类型）共价键的类型 4 4）价键理论存在的问题）价键理论存在的问题西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系

24、西安交通大学理学院应用化学系1927年由Heitler和London最早提出：2022-3-251）形成价键理论认为若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则这两轨道相互重叠形成共价键。轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。轨道以最大程度重叠构成一个共价键,且不能再与第三个电子结合。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252）共价键的特性 A: 具有饱和性和方向性B: 具有一定的键长、键角、键能（键参数）。 键长：分子内两个成键 原子核间的平均距离。 两原子的电负性相差越 大，键的极性越强，离 子键成分越大，键长与 半径加和的差值就越大

25、 键角：分子中相邻两个 键间的夹角。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25分子式分子式键长键长 / pm键角键角H2O95.810445H2S133.692.1NH3100.810718PH3141.993.6CH4109.110928CO2116.2180表表5-11 键长和键角键长和键角 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系键能： 在100.0kPa下，298K时破坏单位物质的量的共价键，使气态A-B变为中性气态原子A，B所需的能量，称为A-B键的键能，用E表示，单位为kJ/m

26、ol。 极性： 0时，形成非极性共价键；|0时为极性共价键，当|1.7为离子键。键矩：ql 键矩越大，键的极性就越强。A-B (g) A (g) + B (g)E2022-3-253）共价键的类型 键：键： 成键轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠。可绕键轴自由旋转。 键：键： 成键轨道垂直于键轴而且相互平行，以肩并肩 的方式重叠。不能绕键轴自由旋转。 键：键： 由两个d轨道四重交盖而成。键只有两个节面（电子云密度为零的平面）。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理

27、学院应用化学系2022-3-254）价键理论存在的问题 价键理论有较大的局限性,有许多现象不能解释。如：CH4 （C 2s22p2）只有两个未成对电子，却形 成4个共价键BF3 （B 2s22p1）只有一个未成对电子，却形 成3个共价键H2O （O 2s22p4）虽然未成对电子与形成的共 价键吻合，但键角不是900 价键理论除能解释少数简单的双原子分子外，与大部分化合物的成键情况都不相符。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25(2)杂化轨道理论1）Pauling提出了杂化轨道理论 2）常见的杂化轨道及空间构型3）非等性杂化西安交通

28、大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251）Pauling提出了提出了杂化轨道理论杂化轨道理论 在形成分子的过程中，类型不同而能量相近的价层轨道相互混杂，重新线性组合成一组能量相等、成分相同的新轨道，叫做杂化轨道，这一过程称为杂化。充满电子的内层轨道没有贡献,不予以考虑.只考虑未充满电子的外层 (价层)轨道形成共价键杂化轨道理论仍然接受价键理论的基本概念，即西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25杂化理论的要点：原来的价层轨道重新线性组合形成新的原子轨道这里的价层轨道是指原来原子

29、轨道主层的最外层和次外层 新的原子轨道按照价键理论的规则形成共价键 杂化轨道的特点： 轨道杂化前后数目相同、轨道的能量总和相同 形成的杂化轨道能量相同、性质相同，是简并轨道形成的杂化轨道以最大距离均匀分布在原子核周围形成的杂化轨道只形成共价键西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252）常见的杂化轨道及空间构型sp 杂化 直线 sp2 杂化 三角形 sp3 杂化 四面体sp3d 杂化 三角双锥d2sp3 杂化 八面体西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 BeCl21s2

30、2s22p0西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 BF31s22s22p12s2psp2西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2s2psp31s22s22p2sp32p2s西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25Sp杂化Sp2杂化Sp3杂化Sp3d杂化d2Sp3杂化西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-253)非等性杂化非等性杂化H2ONH3 CH4 西安交通大学

31、理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25说明：说明：n杂化轨道杂化轨道理论是对理论是对价键理论价键理论的发展，很好的的发展，很好的解释了许多分子的成键情况和多原子分子的解释了许多分子的成键情况和多原子分子的空间结构空间结构 。n但也有一些分子的空间结构无法解释。如硫但也有一些分子的空间结构无法解释。如硫酸根是正四面体构型。酸根是正四面体构型。 n=价层电子对互斥理论价层电子对互斥理论西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-254) 4) 分子的空间构型分子的空间构型n 杂化轨道理论已经能

32、很好地解释许多分子的空间结构，但仍有很大的局限性。n 如：硫酸根SO42-的空间结构无法确定。n 另外对于组成复杂的配合物以及ABn型多原子无机分子的结构确定都比较麻烦。（共价键型简单分子，（共价键型简单分子，ABn）西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25价层电子对互斥理价层电子对互斥理（VSEPR法）法） 价层电子对互斥理（VSEPR法）是研究多原子分子的空间构型的又一理论模型。 它不考虑共价键是怎么形成的 ，而只是研究单中心分子（ABn型分子）的几何构型。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学

33、院应用化学系2022-3-25价层电对互斥理论认为：价层电对互斥理论认为： ABn型多原子共价分子（或原子团）的几何构型主要由A原子价层电子对的相互排斥作用所决定。 当价层电子对数目一定时，这些电子对排在彼此相距尽可能远的空间位置上，以使价电子对之间的互斥作用尽可能最小，而使分子趋于稳定，因此，分子尽可能采取对称的结构。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25电子对数与分子构型的关系价电子 对数 2 3 4 5 6分子 直线形 平面 四面体 三角双 正八面 构型 三角形 锥形 体形西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化

34、学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25中心原子A 的价层电子对数的确定 当氧族元素O、S等作为配位原子时，认为它们从中心原子接受两个电子成键，自身不提供电子，记为0。 对于多原子构成的离子计算价层电子数时，应加上或减去与离子相应的电子数。 如果价电子层中含有孤对电子，则每个孤电子对可占据相当于一个单键电子对的位置。 (孤电子对-孤电子对孤电子对-成键电子对成键电子对-成键电子对）2提供的共用电子数配位原子的价电子数中心原子价层电子对数目BA西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25例例1:1: SOSO2 2分子分子中心原

35、子SS的价层电子数=6O提供的公用电子数=0价层电子对数=6/2=3由于三对价层电子对中有一对是孤电子，因此SO2分子结构为 角 形西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25例例2NH4+N的的价层电子数价层电子数=5H提供的公用电子数提供的公用电子数=3价层电子对数价层电子对数= ( 3+5)/2=4SO42S的的价层电子数价层电子数=6O提供的公用电子数提供的公用电子数=2价层电子对数价层电子对数=（6+2）/2=4NH4+、SO42都是四面体都是四面体西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用

36、化学系2022-3-25例例3 3 ClF3Cl的价层电子数=7F提供的公用电子数=3价层电子对数= (3+7)/2=5ClF3的5对价层电子中有2对孤对电子， 故其结构为 T 型西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 （3）配位键 两个原子形成共价键时,只由其中一个原子提 供电子对,此共价键称为配位键，通常用箭头表示 电子对由给予体到接受体。形成的化合物叫配合物。 1 1）. .配合物的组成配合物的组成 2）.配合物的命名配合物

37、的命名西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251） 配合物的组成配离子Cu (NH3)4 2+ SO42-中心原子配位原子配体配位数内层外层配体（中性分子或阴离子）内层中心离子（阳离子）配合物 外层 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 K3+ Fe(CN) 6 3-中心原子配位原子配体配位数外层内层中心原子是具有空轨道的离子或原子配体可以是阴离子或中性分子，也可由多种配体组成配位原子是具有孤电子对的元素西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通

38、大学理学院应用化学系2022-3-25 SOSO4 42-2-2+2+CHCH2 2CHCH2 2H H2 2N NH H2 2N NCHCH2 2CHCH2 2NHNH2 2NHNH2 2uCu(NH2CH2CH2NH2)2SO4 鳌合物 一个配体中有多个配位元素西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252）配合物的命名a内层和外层的命名顺序常按电性编排，负离子在前，正离子在后。b对于内界则有下列规定： 1）在配位体与中心离子的名称之间加一“合”字：某（指配位体）合某（指中心离子）。 （2）在配位体名称前用汉字一、二、三标明其数目，

39、在中心离子的名称后用罗马数字（）、（）、（）标明其化合价或氧化数，若中心离子只有一种化合价也可不标明。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25Fe(CN)64- 六氰合铁（）酸根离子K3Fe(CN)6 六氰合铁（）酸钾Pt(NH3)4(NO2)ClCl2二氯化一氯一硝基四氨合铂（）Co(NH3)3 Cl3 三氯三氨合钴（） （3）若内界有多种配位体，其命名顺序是：由简单到复杂，先离子后分子，（化学式的书写顺序与此相反）。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251.5 1

40、.5 分子间力和氢键分子间力和氢键 1.5.1 1.5.1 分子的极性分子的极性 1.5.2 1.5.2 分子间力分子间力Van der WaalsVan der Waals力力 1.5.3 1.5.3 氢键氢键西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25电荷中心：不重合时偶极极性分子重合时不具有偶极非极性分子1.5.1 分子的极性+-+ -极性分子极性分子非极性分子非极性分子西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 分子的极性分子的极性 共价键的极性共价键的极性 键矩键矩

41、电偶极矩电偶极矩例：例：C=O O=C=O C-H CH4 O-H H2O N-H NH3 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25电偶极矩 Pe=l q （+ -）分子的极性强弱是以分子的电偶极矩来度量的例： NO Pe=0.51 SO2 Pe=5.34 HF Pe=6.08 德拜德拜(PJW Debye，荷，荷)因创立此方法而荣获因创立此方法而荣获1936年年诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 分子极性的类型n1.1.诱导偶极诱导偶

42、极产生诱导作用产生诱导作用西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252.2.固有偶极固有偶极产生取向力产生取向力西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-253. 瞬时偶极产生色散作用产生色散作用西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251.5.2 分子间力 分子间力，又叫范德华力。来源于分子的极性和变形性，本质上都是静电力，主要有下列三个方面。 1. 色散力 2. 诱导力 3. 取向力分子间的作用能分子间的作用能分子间

43、力与物性的关系分子间力与物性的关系4. 氢键Van der Waals力力西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251. 色散力 色散力由瞬时偶极产生，存在于任何分子之间。 色散力随着分子量的增大而增大。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-252. 诱导力 诱导力由诱导力由诱导偶极诱导偶极产生，与分子的产生，与分子的极性极性、变形性变形性有关。有关。 存在于极性分子与极性分子、极性分子与非极性分子西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用

44、化学系2022-3-253. 取向力 取向力由固有偶极产生，存在于极性分子之间，并随分子极性的增大而增大。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25表表1-18 1-18 分子间的作用能分子间的作用能（kJmol-1）分子分子色散能色散能诱导能诱导能取向能取向能总能量总能量H2ArXeCOHClHBrHINH3H2O0.178.4917.418.7416.8228.4560.5414.739.000.000.000.000.0081.100.710.311.551.920.000.000.000.0033.301.090.5913.3

45、036.360.178.4917.418.7521.1230.2561.4429.5847.28西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25分子间力与物性的关系 熔点、沸点、粘度、溶解度、表面张力、气化热 分子间力随相对分子质量的增大而增大分子间力随相对分子质量的增大而增大。（为什么？）。（为什么？） 分子中所含电子多，分子变形性增大，分子中所含电子多，分子变形性增大，色

46、散力所占比例增大。色散力所占比例增大。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-254 氢键（1）形成的条件（2）氢键的类型（3）氢键的性质（4）氢键对物性的影响 氢键是特殊的分子间作用力。其作用力远大于范德华力，但小于共价键作用，只有在特殊的条件下才能存在，通常单独讨论。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（1）形成的条件 H与电负性极强的元素相结合时，共用电子对强烈偏向于高电负性原子，使H原子几乎成了不带电子、半径极小的带正电的核，进而对电子对表现出较强的吸引力，这种作

47、用力就是氢键。一般与H结合的元素应具有下列两个条件： 电负性差异大电负性差异大 原子半径小（原子半径小（F F、O O、N N等）等）C、S、Cl、P甚至甚至Br和和I原子在某些情况下也能形原子在某些情况下也能形成氢键，但通常键能较低。成氢键，但通常键能较低。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（2）氢键的类型）氢键的类型 分子间氢键与分子内氢键分子间氢键与分子内氢键西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（3）氢键的性质）氢键的性质 n方向性和饱和性方向性和饱和性

48、、 适应性和灵活性适应性和灵活性n键能键能 550KJ.mol1西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25（4）氢键对物性的影响）氢键对物性的影响n 对沸点的影响对沸点的影响(B.P.)na.分子间氢键分子间氢键 HF 19.9 HCl 85.0 HBr 66.7 HI 35.4西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25b.分子内氢键分子内氢键西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 对溶解度的影响对溶解度的影响

49、例如：例如：NH3在水中溶解度很大；而在水中溶解度很大；而CH4溶解度小得多溶解度小得多西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系甲烷气水包合物甲烷气水包合物（Methane clathrate），也称作甲烷水合物甲烷水合物、甲烷冰甲烷冰或可燃冰可燃冰，为固态形式的水于晶格（水合物）中包含大量的甲烷。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251.6.1 晶体和非晶体1.6.2 晶体的基本类型1.6.3 实际晶

50、体1.6.4 液晶1.6 1.6 晶体结构晶体结构西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-251.6.1 1.6.1 晶体和非晶体晶体和非晶体1、晶体与非晶体的特性比较2、晶体的内部结构西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系 晶晶 体体1 1、晶体与非晶体的特性比较、晶体与非晶体的特性比较西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系单晶体单晶体单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长成，其内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列，具有典型的晶体结构和突出的晶

51、体的特性。显示各向异性 。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系PVDF球晶偏光显微镜照片西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系多晶体由很多细小晶粒结合而成，多晶体中每一小晶粒虽有各向异性，但由于晶粒的混乱排列，总体上一般不表现出各向异性西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25微微 晶晶 是介于晶态和非晶态之间的物质，它们是介于晶态和非晶态之间的物质，它们在很小的范围内微粒作有规则排列，也可在很小的范围内微粒作有规则排列，也可以看作为由许多微

52、小晶体组成的物质。以看作为由许多微小晶体组成的物质。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2022-3-25 组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。 非晶体又常称为非晶体又常称为“过冷的液体过冷的液体”。非晶体非晶体西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1.晶体有规则的几何外形;2.晶体有固定的熔点;3.晶体显各向异性西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系晶体与非晶体的内部结构特征晶体与非晶体的内部结构特征西安交通大

53、学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体。不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2 2 晶体的内部结构晶体的内部结构1)点阵（晶格）结构2)晶胞3)晶系4)晶体结构的测定西安交通大学理学院应用化学系西安交通

54、大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1 1）点阵（晶格）结构）点阵（晶格）结构晶体中的每个结构单晶体中的每个结构单元抽象为一个元抽象为一个几何点几何点， 许多点排成一行称许多点排成一行称直直线点阵线点阵； 许多行的直线点阵平许多行的直线点阵平行排行称行排行称平面点阵平面点阵； 许多平面点阵平行排列许多平面点阵平行排列称称三维空间点阵。三维空间点阵。晶体结构点阵结构单元晶体结构点阵结构单元西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系能够表现晶体结构特征的基本单位称为能够表现晶体结构特征的基本单位称为晶胞，晶胞，( (包括晶格的形式、大小及位于晶

55、格结点上的微包括晶格的形式、大小及位于晶格结点上的微粒）。如下面是粒）。如下面是NaClNaCl的晶胞，含的晶胞，含 4 4个个NaNa 4 4个个ClCl西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系abc 立立 方方 晶晶 系系四四 方方 晶晶 系系正正 交交 晶晶 系系三三 方方 晶晶 系系单单 斜斜 晶晶 系系三三 斜斜 晶晶 系系六六 方方 晶晶 系系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系 7 7种晶系总共种晶系总共有

56、有1414种空间点种空间点阵形式阵形式图图5 145 14种空间点阵形式种空间点阵形式4 4）晶体结构的测定）晶体结构的测定1 1）BraggBragg方程方程2dSin = n西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2 2）X X射线衍射图射线衍射图西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1.6.2 1.6.2 晶体的基本类型晶体的基本类型1离子晶体2分子晶体3原子晶体4金属晶体5. 过渡性晶体 根据晶格结点上微粒间的作用力的不同，将晶体分为以下几种。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学

57、系西安交通大学理学院应用化学系nNaClNaCl型晶胞型晶胞西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系特点特点 由于离子键由于离子键没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性，所以，所以离子晶体中离子的堆积形式与金属晶体相似，离子晶体中离子的堆积形式与金属晶体相似，也采取也采取负离子最紧密堆积方式。负离子最紧密堆积方式。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系 特特 性性离子晶体一般表现为离子晶体一般表现为 硬度较大，硬度较大， 熔点较高，熔点较高， 挥发度较低。挥发度较低。 离子晶体比较稳定，离子晶体比较稳定，晶

58、格能比较大，如下表晶格能比较大，如下表所示。所示。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系碱土金属氧化物正、负离子间的碱土金属氧化物正、负离子间的距离、晶格能、熔点及硬度距离、晶格能、熔点及硬度化合物化合物 正负离子间正负离子间 晶格能晶格能 熔点熔点 硬度硬度 的距离的距离/nm/nm/KJ.mol-1/KJ.mol-1 / / （金刚石（金刚石=10=10） MgOMgO0.2100.210-3932.96-3932.96 2852 5.5-6.5 2852 5.5-6.5 CaO CaO0.2400.240-3522.93-3522.93 26

59、14 4.5 2614 4.5 SrO SrO0.2580.258-3309.54-3309.54 2420 3.8 2420 3.8 Ba Ba0 00.2770.277-3125.45-3125.45 1918 3.3 1918 3.3西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2 2分子晶体分子晶体依靠较弱的依靠较弱的范范德华力德华力，中性分子，中性分子相互吸引，排列在相互吸引，排列在晶格结点上而构成晶格结点上而构成的。的。分子晶体分子晶体没有方向性和饱和性。没有方向性和饱和性。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理

60、学院应用化学系分子晶体中分子间分子晶体中分子间的引力很弱，只要供的引力很弱，只要供给较少的能量，晶体给较少的能量，晶体就会被破坏。就会被破坏。所以分子晶体的所以分子晶体的硬度较小，硬度较小，熔点低，熔点低，挥发性大，挥发性大，不导电。不导电。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系3 3原子晶体原子晶体原子晶体亦称共价晶体，它是由中性原子依靠共价键结合而成，整个晶体是由“无限”数目的原子构成的大分子西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系典型的共价晶体：典型的共价晶体： 金刚石金刚石（C C） 金刚砂金刚砂

61、（SiCSiC） 石英石英（SiOSiO2 2）西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系84.37克拉的钻石203克拉的钻石西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系金属晶体是通过金属键形成的晶体。金属的结构特点西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系金属键金属键1 1）形成）形成 依靠依靠“自由电子

62、气自由电子气”把失去价电子的把失去价电子的金属正离子金属正离子“胶合胶合”起来。起来。“自由电子气自由电子气”与金属正离子间的强作用力称为金属键。与金属正离子间的强作用力称为金属键。2 2）特征）特征 无方向性、无饱和性、金属原子呈最紧密堆积无方向性、无饱和性、金属原子呈最紧密堆积西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系金属的结构特点金属的结构特点金属原子金属原子紧密堆积紧密堆积，以，以使体系能量最低。使体系能量最低。金属原子的配位数高。金属原子的配位数高。金属键没有方向性、饱金属键没有方向性、饱和性。和性。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理

63、学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系金属的特性金属的特性：不透明、导电、导热、具有延展性。不透明、导电、导热、具有延展性。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系5.5.过渡性晶体过渡性晶体除上述4种基本类型外， 还有一些过渡型晶体，这些晶体中粒子之间存在着一种以上的结合力。包括： 层状晶体层状晶体 链状晶体链状晶体 富勒烯富勒烯西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系层状晶体在石墨晶体中既有共价键又有金属键性质， 层

64、间结合则依靠分子间作用力，所以这是一种典型的混合键型单质晶体西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系链状晶体石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物的总称。链内硅氧原子间为带共的总称。链内硅氧原子间为带共价性的离子键，链状阴离子之间价性的离子键，链状阴离子之间通过相隔较远的金属阳离子以离通过相隔较远的金属阳离子以离子键相结合，因此链间结合力比子键相结合，因此链间结合力比链内结合力弱，故解理时易形成链内结合力弱，故解理时易形成纤维。纤维。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1985年,英国化

65、学家哈罗德沃特尔克罗托博士（Sir Harold Walter Kroto，1939年10月7日）和美国科学家理查德埃里特史沫莱（Sir Richard Errett Smalley，1943年6月6日）等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。为此，克罗托博士获得1996年度诺贝尔化学奖。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1 1. .晶体的缺陷晶体的缺陷点缺陷点缺陷 2.2.非整比化合物非整比化合物西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1.1.晶体的缺

66、陷晶体的缺陷点缺陷点缺陷实际晶体存在着各种缺陷。实际晶体存在着各种缺陷。 点缺陷点缺陷、线缺陷、线缺陷、 面缺陷面缺陷 、体缺陷、体缺陷1 1）本征缺陷（热缺陷）2）杂质缺陷西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1 1）本征缺陷（热缺陷）本征缺陷（热缺陷）在没有外来原子时，由于晶格原子的热运动，有一部分能量较大的原子离开正常位置，进入间隙，变成填隙原子，并在原来位置上留下一空位。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2 2）杂质缺陷）杂质缺陷由于外来原子进入晶体内部而产生的缺陷。 西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系2 2、非整比化合物、非整比化合物AmBn实际晶体中A：Bm：n。这种偏离整数比的化合物就称为非整比化合物。 非整比化合物比整比化合物的存在更为普遍。西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系西安交通大学理学院应用化学系1.6.41.6.4