華中科技大學(xué)工程化學(xué)基礎(chǔ)——Chapter2物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).ppt

1、Chapter 2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),目的要求 1. 了解核外電子運(yùn)動(dòng)的特征（波粒二象性）和電子云的基本概念。 2. 了解原子軌道的能級(jí)和核外電子分布三原則。 3. 了解核外電子分布和元素性質(zhì)的周期性。 4. 了解金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵的特征。 5. 了解極性分子和非極性分子的性質(zhì),112種元素(尚未命名110Uun、111Uuu、112Unb)(現(xiàn)已發(fā) 現(xiàn)第113、114、116號(hào))。 惰性元素：6個(gè)；非金屬元素：16個(gè)；金屬元素：90個(gè)。 大部分處于周期表的副族，稱為過渡元素,世界上種類繁多、琳瑯滿目的物質(zhì)，都是由為數(shù)不多的基 本元素組成的,1.概述,物質(zhì)具有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、等離子態(tài)

2、、中子態(tài)、液晶等各種狀態(tài),A)通常講，物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成。所以，研 究物質(zhì)的性質(zhì)以及物質(zhì)之間的化學(xué)變化(化學(xué)反應(yīng)) 就必須從研 究原子本身的結(jié)構(gòu)開始,B)在物質(zhì)的化學(xué)變化過程(化學(xué)反應(yīng))中。原子核并不發(fā)生改 變(核反應(yīng)除外)，只是核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化。所以研 究原子的結(jié)構(gòu)應(yīng)主要研究其核外電子的運(yùn)動(dòng),為什么要研究原子的結(jié)構(gòu),核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)，原子直徑：10-10 m 數(shù)量級(jí),原子核及核外電子的模型,Section 2.1 Atomic Models Through the History(Development of Modern Atomic Theory,微觀粒子的

3、運(yùn)動(dòng)特征：經(jīng)歷了從經(jīng)典到現(xiàn)代的不斷認(rèn)識(shí)的 過程。認(rèn)識(shí)水平與當(dāng)時(shí)理論科學(xué)的發(fā)展程度是密切相關(guān)的,2.1.1 The Classical Model of Atomic Structure,Evolution of the model of the atom,1) J. Dalton的原子學(xué)說 1805年，英國(guó)中學(xué)教師道爾頓明確地提出了他的原子論，理論要點(diǎn) 是：每一種化學(xué)元素有一種原子； 同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì) 量不同；原子不可再分；一種原子 不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子；化學(xué)反應(yīng) 只是改變了原子的結(jié)合方式。使反 應(yīng)前的物質(zhì)變成反應(yīng)后的物質(zhì)。 道爾頓認(rèn)為原子是一個(gè)實(shí)心球 體，不可再分,John D

4、alton,John Daltons 原子模型 (1803,道爾頓用來表示原子的符號(hào)，是最早的元素符號(hào)。圖中他 給出的許多分子組成是錯(cuò)誤的。這給人以歷史的教訓(xùn)要揭 示科學(xué)的真理不能光憑 想象，客觀世界的復(fù)雜 性不會(huì)因?yàn)槿祟惢蚰硞€(gè) 人主觀意念的簡(jiǎn)單化而 改變,道爾頓原子論極大地推動(dòng)了化學(xué)的發(fā)展,2)J.J.Thomson(1856-1945)的原子“浸入模型,1895年11月8日，德國(guó)的倫琴發(fā)現(xiàn)了奇異的X射線，后來居 里夫婦等對(duì)天然放射性的研究，以及1897年湯姆遜證明了射線 是一種帶負(fù)電的微粒。表明任何物質(zhì)的原子都可放出帶負(fù)電荷 的電子。由于整個(gè)原子是電中性的，因此，原子內(nèi)部一定帶等,倫琴,居

5、里夫婦,J.J.Thomson,J.J.Thomsons 原子模型 (1898,量電荷的正電微粒。那么，這些電荷是如何分布的？ 1898年，威廉 湯姆遜認(rèn)為原子是由帶正電荷的球體及沉 浸在這個(gè)正電荷球體里的電子所組成。電子均勻分布在原子內(nèi)， 能自由地運(yùn)動(dòng)，并受到一個(gè)指向原子中心的電力作用,1904年，在W.湯姆遜模型的基礎(chǔ)上，J .J .湯姆遜認(rèn)為正電 球中的電子是分布在一些同心球或同心球殼上，該模型俗稱為 “葡萄干面包”模型,3)E.Rutherford(1871-1937)的原子“含核模型,J.J.Thomson 的學(xué)生、英籍新西蘭物理學(xué)家盧瑟福用粒 子（He2+）轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)粒子絕大多

6、數(shù)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極少 數(shù)被折射或被反彈回來。說明了原子中存在一個(gè)幾乎集中了全 部原子質(zhì)量、而大小僅為原子大小萬分之一的帶正電荷微粒， 即原子核,盧瑟福的原子 “含核式模型”（1911年）：每個(gè)原子中心 有一個(gè)帶正電荷的體積很小的原子核，核外為電子所環(huán)繞； 原子核所帶的正電荷等于核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)；整個(gè)原 子呈電中性，原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上,E.Rutherford,E.Rutherfords 原子模型 (1911,到此為止，在總結(jié)前人認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)時(shí)的最新發(fā) 現(xiàn)，由盧瑟福提出的原子模型應(yīng)該是很完善的。該模型建立在 Newton經(jīng)典力學(xué)理論基礎(chǔ)上,Newton,根據(jù)該理論，電

7、子在運(yùn)動(dòng)速度 改變時(shí)，要發(fā)射電磁波，能量降低。 結(jié)果是：(1)原子煙滅； (2)發(fā)射光譜連續(xù),實(shí)際情況如何呢,Continuous Spectrum,2.1.2 The Emission Spectrum of the Hydrogen Atom and Bohr Theory,2.1.2.1 Spectral Lines of Atomic Hydrogen - line spectrum,氫原子沒有煙滅及發(fā)射不連續(xù)光譜的事實(shí)，說明原子結(jié)構(gòu) 經(jīng)典模型錯(cuò)誤,氫、氦、鋰、鈉、鋇、汞、氖的發(fā)射光譜（從上到下,氫原子光譜特點(diǎn)：1.不連續(xù)的線狀光譜； 2.譜線波長(zhǎng)分布服從Balmer公式,式中， -波

8、長(zhǎng)，(m)， R- Rydberg常數(shù)， 1.097373107m-1， n-大于2的正整數(shù),n=3，H譜線， n=4，H譜線， n=5，H譜線， n=6，H譜線,式中， -波長(zhǎng) (m)， R-Rydberg常數(shù)， 1.097373107m-1 ， n1、n2 ：為正整數(shù)，且n1 n2， n1 = 1：紫外光譜區(qū)(Lyman 系)， n1 = 2：可見光譜區(qū)(Balmer系)， n1 = 3：紅外光譜區(qū)(Paschen系)， n1 = 4：紅外光譜區(qū)(Brachet系)， n1 = 5：紅外光譜區(qū)(Pfund系,后又在紫外和紅外區(qū)發(fā)現(xiàn)氫光譜的其他譜線，波長(zhǎng)服從Rydberg公式,2.1.2.2

9、 Plancks quantum theory 1900年，普朗克在研究黑體輻射時(shí)，提出了輻射定律，即 普朗克量子論。物質(zhì)只能按某常數(shù)的整數(shù)倍吸收或發(fā)射能量， 因而物質(zhì)得失能量具有量子化的特征，即 E = n h,h-普朗克常數(shù)， -光的頻率， n-正整數(shù),Planck,2.1.2.3 Einsteins photoelectric theory,Einstein 根據(jù)量子化概念，提 出了光子學(xué)說，認(rèn)為光是一種波,兩公式將表征波動(dòng)性的物理量（和 ）和表征粒子性的 物理量(E 和 P )定量地聯(lián)系起來,Einstein,2.1.2.4 Bohr theory of the hydrogen at

10、om (principles (2)每一種波函數(shù)的解對(duì)應(yīng)電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，沿用為一個(gè) 原子軌道。 (3) K層電子只有s態(tài)； L 層電子有s態(tài)、 p態(tài)； M層電子有s態(tài)、p態(tài)、d態(tài)； N層電子有s態(tài)、 p態(tài)、d態(tài)、 f態(tài),四個(gè)量子數(shù)決定核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài),核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”小結(jié),1.薛定諤波動(dòng)方程 薛定諤波動(dòng)方程 許多個(gè)數(shù)學(xué)解符合量子數(shù)n, l, m正確 組合的合理解 n,l,m（ r,）每個(gè)空間波函數(shù)描述電子運(yùn)動(dòng) 的一種空間狀態(tài)（即對(duì)應(yīng)一個(gè)“原子軌道”orbital），并有對(duì)應(yīng) 的能量（En,l）電子的每個(gè)空間狀態(tài)（原子軌道）可容納2個(gè) 電子，其自旋狀態(tài)不同（ms = +1/2或-1/2,波

11、函數(shù)圖形也稱“原子軌道圖形”?！霸榆壍馈?orbital)不是經(jīng)典力學(xué)的固定軌道，而是它對(duì)應(yīng)的波函數(shù)所描述的電子運(yùn)動(dòng)的一種空間狀態(tài),2. 波函數(shù)和電子云圖解-重點(diǎn)掌握： (1)波函數(shù)角度分布圖：(Yl,m(,)-(,)對(duì)畫圖)； (2)電子云角度分布圖：(Y2l,m(,)-(,)對(duì)畫圖)； (3)電子云徑向分布函數(shù)圖：(D(r)-r 對(duì)畫圖,3.波函數(shù)的意義 每個(gè)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的空間狀態(tài)波函數(shù) n,l,m(r,) (不含自旋狀態(tài))，對(duì)應(yīng)： (1)能量； (2)電子出現(xiàn)的幾率分布； (3)電子離核平均距離，而且只能按統(tǒng)計(jì)規(guī)律認(rèn)識(shí),Section 2.2 The Extranuclear El

12、ectron Configuration of Many- electron Atoms,2.2.1 多電子原子軌道的能級(jí),由于屏蔽效應(yīng)和穿透效應(yīng)，導(dǎo)致 （1）軌道的能級(jí)發(fā)生分裂：Ens Enp End Enf： （2）軌道的能級(jí)發(fā)生交錯(cuò)：E4s E3d E5s E4f,r2R2(r,r,屏蔽效應(yīng),多電子原子受到原子核和其他電子的相互作用，使核電荷對(duì)外層電子的引力減弱。稱為屏蔽效應(yīng)。 Slater提出經(jīng)驗(yàn)規(guī)則： Z * =Z （ Z *有效核電荷 ） 1）外層電子對(duì)內(nèi)層 無屏蔽作用，=0。 2）同組中每一個(gè)其他電子對(duì)被屏蔽電子的=0.35，（1s， =0.3） 3) (n-1)電子層中每個(gè)電子

13、對(duì)n層被屏蔽的s、p電子的=0.85；（n-2）層以及更內(nèi)層的電子對(duì)n層的為1.00 4) 如被屏蔽電子為（nd)或（nf）組中電子，同組中其他電子對(duì)被屏蔽的 為0.35,內(nèi)組電子對(duì)被屏蔽電子的為1.00,例;鉀原子的電子層結(jié)構(gòu)1s22s22p63s23p64s1 而不是1s22s22p63s23p63d1,即4s能級(jí)低于3d，試從有效核電荷說明之。 解：假定填入的1個(gè)電子是在4s; Z * =Z =19-(0.858 + 1.0010) = 2.20 假如填入的1個(gè)電子是在3d; Z * =Z =19- 1.0018 = 1.00 結(jié)果：核對(duì)4s電子有效核電荷大于3d,即4s 能級(jí)低于3d，

14、所以鉀原子的最后1個(gè)電子應(yīng)填充在4s軌道上,鉆穿效應(yīng),外層電子在某種程度上滲透入內(nèi)部空間，出現(xiàn)在原子核附近，避開其余電子的屏蔽。 當(dāng)n一定，l愈小的原子軌道的電子，穿過內(nèi)層到核附近的幾率就大，避開其余電子的屏蔽也較好，而感受有效核電荷也較多。因而軌道能量也較低。即：4s 3d 4p,原子軌道能級(jí)Pauling圖,Linus Pauling,2.2.2 核外電子排列三原則（The Building-up Principle,泡利（Pauli）不相容原則：一個(gè)原子中不可能有完全相同 狀態(tài)（四個(gè)量子數(shù)：主量子數(shù)，角量子數(shù)，磁量子數(shù)和自 旋量子數(shù)）的兩個(gè)電子，他決定了每個(gè)原子軌道或電子層 可容納的電子

15、數(shù),Paulis Exclusion Principle: In a given atom no two electrons can have the same set of four quantum numbers,Pauli,最低能量原則：核外電子分布盡可能優(yōu)先占據(jù)能量較低的軌 道，以使系統(tǒng)能量處于最低。 Electron enters the empty orbital having the lowest energy. 3）洪德（Hund）規(guī)則：在能量相等的軌道上，自旋平行的電 子數(shù)目最多時(shí)，原子的能量最低。所以，在能量相等的軌道 上，電子盡可能自旋平行地多占據(jù)不同的軌道。 洪德規(guī)則的

16、補(bǔ)充：能量相等的軌道全充滿或半充滿或全空的 狀態(tài)比較穩(wěn)定。 The lowest energy configuration for an atom is the one having the maximum number of unpaired electrons allowed by the Pauli principle in a particular set of degenerate orbital,有了以上規(guī)則和軌道近似能級(jí)圖，可將多電子原子的電子 排布出來,1. K的原子序數(shù)為19，1s22s22p63s23p63d1. 不符合能量最低原理，正確排布為：1s22s22p63s23p

17、64s1,2. 洪特規(guī)則應(yīng)用實(shí)例:將原子序數(shù)為6的C 的2p的電子排布寫作,則不符合保里不相容原理和洪特規(guī)則，正確的方式是占用 兩個(gè)不同的p軌道,3. 7N原子的電子排布,Cr Ar 4s13d5 Cu Ar 4s13d10,洪德規(guī)則的特例： 等價(jià)(簡(jiǎn)并)軌道全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)是比較穩(wěn)定的。 全充滿: s2,p6,d10,f14; 半充滿: s1,p3,d5,f7; 全空 :s0 , p0 , d0, f0,洪德規(guī)則特例的應(yīng)用,1. 29Cu : 1s22s22p63s23p64s13d10 (正確) 1s22s22p63s23p64s23d9 (錯(cuò)誤,2. 24Cr : 1s22s2

18、2p63s23p64s13d5 (正確) 1s22s22p63s23p64s23d4 (錯(cuò)誤,2.2.3 核外電子分布和周期性和元素周期表,1) 不同物質(zhì)的原子核的質(zhì)子數(shù)不同，核外電子數(shù)不同。其核外電子按上述原則排列在各能級(jí)的軌道上。由于電子數(shù)不同，最終導(dǎo)致最外層軌道上排列的電子數(shù)的不同,2) 任何化學(xué)變化和反應(yīng)，只能影響最外層電子的排布或電子數(shù) 的變化，因此，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)與外層排布的電子數(shù)密切相 關(guān)。 3) 當(dāng)核外電子數(shù)逐漸增加，外層 電子數(shù)周期性的變化(從ns1開 始，到ns2np6結(jié)束)，致使物質(zhì) 化學(xué)性質(zhì)周期性的變化。把這 種變化有規(guī)律的排列起來，就 是元素周期表,Mendeleev

19、,元素周期表,1)The Numbers of Element in Every Period,s - Block: ns12(A,A) p - Block: ns2np16(AA,0) d - Block: (n-1)d18ns12(BB, ) ds- Block: (n-1)d10ns12 (B,B) f - Block: (n-2)f114ns2 (Lanthanide KF-856,6)Electronic configuration of ion,2 electrons configuration Li +:1s2 ; Be2+:1s2 8 electrons configurati

20、on F -:2s22p6 ; Cl -:3s23p6 ; S2-:3s23p6 ; O2-:2s22p6 18 electrons configuration Ag+:4s24p64d10; Hg2+: 5s25p65d10 18+2 electrons configuration Sn2+: 4s24p64d105s2 ; Pb2+: 5s25p65d106s2 917 electrons configuration Fe2+:3s23p63d6; Cr2+:3s23p63d3; Mn2+:3s23p63d5,7) Lattice Energy (E) 氣態(tài)正離子和氣態(tài)負(fù)離子結(jié)合生成1mo

21、l離子晶體時(shí)所 釋放的能量。 晶格能的大小用于比較離子鍵的強(qiáng)度和晶體的牢固程 度。晶格能越大，正負(fù)離子間結(jié)合牢固，晶體的熔點(diǎn)越高， 硬度越大,2. 共價(jià)鍵 當(dāng)同種元素或電負(fù)性相差不是很大的不同種元素相互 靠近（反應(yīng)）時(shí)，一般以共價(jià)鍵結(jié)合形成共價(jià)型單質(zhì)或共 價(jià)型化合物。即生成分子的兩原子分別提供未成對(duì)電子參 與成鍵，這些電子為兩者共有。共價(jià)鍵的本質(zhì)是兩個(gè)原子 有自旋方向相反的未成對(duì)電子，它們?cè)榆壍腊l(fā)生重疊， 使體系的能量降低,由相同原子形成的單質(zhì)分子(如H2、O2、N2)和由電負(fù)性 相近的元素原子形成的化合物(如HCl 、 H2O、NH3)不能用離 子鍵理論解釋。因?yàn)樵拥暮送怆娮娱g是互相排斥

22、的，原子 之間不應(yīng)結(jié)合在一起。 為了解釋以上事實(shí)，可用共價(jià)鍵理論,共價(jià)鍵形成過程常用的理論解釋有兩種：價(jià)鍵理論 分子軌道理論,a)電子配對(duì)原理：當(dāng)兩個(gè)原子各有一個(gè)自旋相反的未成對(duì) 電子時(shí)，可配對(duì)形成穩(wěn)定的、公用的共價(jià)單鍵。有兩個(gè)或三個(gè) 單電子可形成雙鍵或三鍵。 (b)能量最低原理:自旋相反的單電子配對(duì)使體系能量降低。 (c)原子軌道最大重疊原理:原子軌道重疊越大，兩核間電子 概率密度越大，形成的共價(jià)鍵越牢固,1）價(jià)鍵理論基本要點(diǎn),總之，價(jià)鍵理論認(rèn)為，共價(jià)鍵是有自旋相反的電子配對(duì)， 按原子軌道最大重疊方式形成，使體系能量最低,Properties of Covalent Bond： (1)結(jié)合力

23、的本性是電性的。 (2)共用電子對(duì)不是固定在重疊區(qū)。 (3) Saturated 。 (4) Directional,原子軌道在空間的不同伸展方向決定了共價(jià)鍵具有方向 性，也決定了共價(jià)分子的空間構(gòu)型,Types of Covalent Bond,Bond,Bond,正常共價(jià)鍵(表示“”, , ) 配位共價(jià)鍵(表示“”, ,x,例2：說明O2中的共價(jià)鍵類型,O2中的共價(jià)鍵為一個(gè)“ Bond ”、一個(gè)“ Bond ”,z,H2中的共價(jià)鍵為“ Bond ”,例1：說明H2中的共價(jià)鍵類型,N2中的共價(jià)鍵為一個(gè)“ Bond ” 、兩個(gè)“-Bond,例3：說明N2、CO中的共價(jià)鍵類型,CO中的共價(jià)鍵為一個(gè)

24、“ Bond ” 、一個(gè)“-Bond”、一個(gè) 由O到C的“ Bond”,z,價(jià)鍵理論較好地說明了共價(jià)鍵的本性，但對(duì)分子結(jié)構(gòu)中 的某些特征仍不能進(jìn)行圓滿解釋,如：C 1s2 2s2 2px1 2py1,只能形成兩個(gè)共價(jià)鍵，鍵角應(yīng)為90，實(shí)際上，在CH4， C2H4，C2H2中與其他原子都形成4個(gè)共價(jià)鍵,2).Hybrid Orbital Theory,a.Basic Concept Hybridization:為提高成鍵能力使分子更穩(wěn)定，不同類型的 原子軌道趨向于重新組合成具有不同能量、形狀、方向的新原 子軌道(Hybrid Orbital,軌道雜化特征： (1)能量相近(ns-np)，(ns-

25、np-nd)，(n-1)d-ns-np; (2)成鍵能力增強(qiáng); (3)軌道數(shù)目前后相同; (4)軌道空間取向不同,b. Types of Hybrid Orbital,sp Hybridization (BeCl2,Be: 1s22s2,s orbital,p orbital,hybridization,z,x,y,2sp hybrid orbitals,2s2,2p,激發(fā),雜化,2sp,2p,2s1,2p1,sp2 Hybridization (BF3,C: 1s22s22p2; N: 1s22s22p3; O: 1s22s22p4,sp3 Hybridization (CCl4、NH3、H

26、2O,不等性雜化 (nonequivalent hybrid,sp3 hybrid orbitals tetrahedral,sp3d Hybridization (PCl5) P：3s23p3,sp3d hybrid,三角雙錐,sp3d hybrid,sp3d2 Hybridization (SF6) S: 3s23p4,SF6,sp3d2 hybrid,sp3d2 hybrid,八面體,例題：分別說明C2H2、C2H4、C2H6中C原子雜化類型,C2H2中C原子sp雜化，C與C之間一個(gè)“ Bond ” 、 兩個(gè)“-Bond”， C與H之間一個(gè)“ Bond ” 。 C2H4中C原子sp2雜化

27、，C與C之間一個(gè)“ Bond ” 、 一個(gè)“-Bond”， C與兩個(gè)H之間形成兩個(gè)“ Bond ” 。 C2H6中C原子sp3雜化， C與C之間一個(gè)“ Bond ” ， C與三個(gè)H之間形成三個(gè)“ Bond ”,四面體形Zn(NH3)42+配離子（4個(gè)sp3雜化軌道,ligends,3). Molecular Orbital Theory Basic Principles: 分子軌道由原子軌道線性組合而成. 原子軌道線性組合遵循三原則： 對(duì)稱性匹配; 能量相近; 最大重疊. 分子軌道上的電子排布同樣遵循原子軌道上電子排布原則： Pauli 不相容原理; 能量最低原理; Hund規(guī)則,共價(jià)鍵參數(shù),

28、鍵長(zhǎng)：分子中成鍵兩原子核間的距離。 鍵角；分子中相鄰兩鍵間的夾角。 鍵能：298.15K、100kPa時(shí)，斷開單位物質(zhì)的量的氣態(tài)物 質(zhì)的化學(xué)能而生成氣態(tài)原子所需的能量,3. 金屬鍵,金屬原子最外層電子不完全屬于 哪一個(gè)原子，而能在整個(gè)金屬晶體中 自由流動(dòng)，叫做自由電子。自由電子 和金屬原子之間產(chǎn)生沒有方向性的 “膠合” 作用力，稱為金屬鍵,The properties of metal: * Ductility; * Uniform conduction of heat * Metallic sheen,密度大；金屬光澤；導(dǎo)熱；可加工性；導(dǎo)電性,metallic structure,低溫,高溫

29、,The metallic crystal lattice,Body-central cubic: K Na FeFace-central cubic: Ca Al CuHexagonal close-packed: Mg Ti Hg,Body-central cubic,Face-central cubic,Hexagonal close-packed,Section 2.4 分子極性和分子間作用力,分子中，由于原子核所帶正電荷的電量和核外電子所帶負(fù) 電荷的電量相等，所以就分子總體上說是電中性的。但從分子 內(nèi)部正負(fù)電荷的分布情況，可以把分子分成極性分子和非極性 分子。設(shè)想在分子中有一個(gè)等效的

30、正電荷和負(fù)電荷中心，正負(fù) 電荷等效中心完全重合的分子就是非極性分子；正負(fù)電荷等效 中心不完全重合的分子就是極性分子。 顯然，離子鍵結(jié)合的分子是極性分子，不同非金屬元素形 成的共價(jià)鍵分子，且空間排布不對(duì)稱時(shí)是極性分子；同種原子 形成的雙原子分子是非極性分子，不同非金屬元素形成的共價(jià) 鍵分子，且空間排布對(duì)稱時(shí)是非極性分子,1.分子的極性,分子正負(fù)電荷不重疊-極性分子,water molecule,分子正負(fù)電荷重疊-非極性分子,2.電偶極矩 (Dipole moment) 分子的極性可用偶極矩來定量地量度。若正負(fù)電荷所帶 的電量為q，正負(fù)電荷等效中心的距離為l，則兩者的乘積就叫 電偶極矩，通常用表示

31、：=q.l。 偶極矩越大，分子的極性就越大,非極性共價(jià)鍵 = 0,極性共價(jià)鍵 = q d,極性共價(jià)鍵 = 0,極性共價(jià)鍵 = q d,3. Intermolecular Forces (Van de Waals forces,定向力(極性分子間)：由固有偶極之間的作用而產(chǎn)生的分子間力,偶極-偶極間力,A,B,誘導(dǎo)力(極性分子與非極性分子間) ：誘導(dǎo)偶極與固有偶極之間的 分子間力,色散力(所有分子間) ：瞬間偶極之間的異極吸引而產(chǎn)生的分子 間力,誘導(dǎo)力(極性分子與非極性分子間,色散力(所有分子間,B,定向力(極性分子間,A,B,A,B,A,B,The property of intermolec

32、ular forces,1)能量?。簬讉€(gè)幾十KJ.mol; (2)近距離的（作用范圍約幾百pm）、無方向性、無飽和性。 (3)色散力為主，定向力只在極性很強(qiáng)的分子的分子間作用力中 占較大比重,如： F2 Cl2 Br2 I2,分子體積越大，變形性越大，色散力越大,沸點(diǎn)升高,分子間力對(duì)理化性質(zhì)有影響,說明下列物質(zhì)熔沸點(diǎn)的高低：SiF4 、SiCl4 、SiBr4 、SiI4。 PF3 、PCl3 、PBr3、 PI3,4. The Hydrogen Bond,氫鍵：分子中與高電負(fù)性原子X以共價(jià)鍵相連的氫原子，與 另一個(gè)高電負(fù)性原子Y之間形成的弱鍵,XHY X、Y：高電負(fù)性的F、O、N,Chara

33、cteristics： a) 445 KJ/mol，稍強(qiáng)于分子間力； b) 有方向性(X、H、Y在一條直線上，距離最遠(yuǎn)，斥力最小) 及飽和性(H只與一個(gè)Y形成氫鍵,Types,Intermolecular,Intramolecular,氫鍵的存在對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)有影響,1. HCl、HBr、HI的熔、沸點(diǎn)隨著色散力的增加而升高，但 HF例外。 2. C2H5OH (沸點(diǎn)78.5)在水中溶解度比CH3OCH3(沸點(diǎn) -23)大得多。 3. 對(duì)硝基苯酚可形成分子間氫鍵(沸點(diǎn)110，在水中溶解度 大，在苯中溶解度小)，鄰硝基苯酚可形成分子內(nèi)氫鍵(電荷內(nèi)部 中和，沸點(diǎn)45，在水中溶解度小，在苯中溶解度大，

34、相似相 容原理,Hydrogen Bond,Hydrogen Bond in Water,極性與物質(zhì)的溶解性,相似相容：極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑；非極性（或弱極性） 溶質(zhì)易溶于非極性（或弱極性）溶劑。 極性溶劑：水、丙酮、乙醇、乙酸、乙醚等。 非極性（弱極性）溶劑：苯、甲苯、汽油、四氯化碳、三氯 甲烷、四氯乙烯等,晶體：具有固定的外形和熔點(diǎn)， 大都具各向異性。 非晶體：無規(guī)則外形和固定熔點(diǎn)， 大都具各向同性。 晶格：組成晶體的正負(fù)離子在空 間呈有規(guī)則的排列。 晶胞：晶體中的最小重復(fù)單位,Section 2.5 Crystal Structure,物質(zhì)通常以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式存在，固體物質(zhì)可

35、 分為晶體和非晶體，晶體中物質(zhì)微粒的排列表現(xiàn)出周期性和對(duì) 稱性的特征,2.5.1 晶體類型,晶體分類和特點(diǎn),AB 型離子化合物的三種晶胞示意圖,Na,Cl,離子晶體：正、負(fù)離子間以離子鍵（靜電引力）相結(jié)合。 由于離子間相互作用較強(qiáng)，離子化合物具有較高熔沸點(diǎn)和硬度 等，但延展性差，較脆,共價(jià)晶體或原子晶體：原子間以共價(jià)鍵形式結(jié)合成整體。一個(gè)原子的配位原子數(shù)目取決于它的雜化軌道數(shù)，一般不大。原子晶體通常有非常高的熔點(diǎn)和硬度,金屬晶體,metallic structure,低溫,高溫,分子晶體：分子晶體中對(duì) 稱排列的物質(zhì)是分子，分子之 間以分子間力相結(jié)合。由于分 子間力沒有方向性和飽和性。 所以分子晶體盡可能趨于緊密 方式堆積，其配位數(shù)可高達(dá)12。 分子晶體具有較低的熔點(diǎn)、 沸點(diǎn)和較小的硬度，一般不導(dǎo) 電,CO2晶體結(jié)構(gòu),2.5.2 過渡型晶體,有別于基本的四種晶體類型，屬于過度型鏈狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu),1. 鏈狀結(jié)構(gòu)晶體天然硅酸鹽晶體、石棉晶體等,硅酸