固體中化學(xué)鍵

1、關(guān)于固體中的化學(xué)鍵1第一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2第一節(jié) 離子鍵離子鍵的特點(diǎn)無(wú)飽和性、無(wú)定向性 離子化合物的特性配位數(shù)高、堆積致密 本質(zhì)上可以歸結(jié)于靜電引力第二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3 離子晶體由正、負(fù)離子以離子鍵結(jié)合起來(lái)的。 構(gòu)成這類晶體的基本質(zhì)點(diǎn)是正、負(fù)離子，它們之間以靜電作用力相結(jié)合。正負(fù)離子相間排列，結(jié)果使異性離子之間的吸引力達(dá)到最大，同性離子之間的推斥力達(dá)到最小。一、離子晶體的特征第三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4 典型的金屬元素與非金屬元素的化合物是離子晶體，一些三元或多元化合物，如尖晶石類和鈣鈦礦類化合物也都是離子晶

2、體。 離子晶體是為數(shù)極多的正、負(fù)離子的集合體，晶體中并不存在單個(gè)的分子，化學(xué)式只是反應(yīng)晶體中的化學(xué)組成。第四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5 離子晶體中的各個(gè)離子可以近似地看作是帶電的圓球，電荷在球上的分布是均勻?qū)ΨQ的，異性離子可以從任何方向相互靠近和結(jié)合。因此，決定離子晶體結(jié)構(gòu)的因素就是正、負(fù)離子電荷多少，半徑大小以及離子間的最密堆積原則。第五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6 在離子晶體中，離子之間的配位數(shù)較大，晶體中沒(méi)有可以自由運(yùn)動(dòng)的電子，而離子又被緊緊地束縛在晶格上。因此，離子晶體在低溫下不導(dǎo)電，不傳熱，但它的熔體卻可以產(chǎn)生離子導(dǎo)電。例如，某些離子晶體在高

3、溫下可產(chǎn)生離子導(dǎo)電現(xiàn)象。第六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7 另外，可見(jiàn)光的能量不足以使離子的外層電子激發(fā)，因此，純的離子晶體對(duì)紫外可見(jiàn)光是無(wú)色透明的。第七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月8由于離子鍵的鍵能較大，正負(fù)離子之間的結(jié)合比較牢固，離子鍵能約為200kcal/mol，因而，離子晶體熔點(diǎn)比較高、硬度比較大。第八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月9但是，當(dāng)離子晶體受到機(jī)械力的作用時(shí)，離子之間的位置一旦發(fā)生滑動(dòng)，位移1/2晶胞的長(zhǎng)度時(shí)，原來(lái)的異性離子相間排列就變成同性離子的相鄰排列，吸引力就變成推斥力。因此離子晶體比較脆。第九張，PPT共一百二十二頁(yè)

4、，創(chuàng)作于2022年6月10它是由鈉離子和氯離子構(gòu)成的面心立方格子相互滲入交錯(cuò)而形成的，每個(gè)離子周圍均有六個(gè)最鄰近的異性離子（配位數(shù)為6）。即每個(gè)離子被一個(gè)八面體所圍繞，在八面體的六個(gè)角頂存在著異性離子的重心。二、典型的離子晶體（1） 氯化鈉晶體第十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11 所有的堿金屬鹵化物（除CsCl，CsBr和CsI外）、堿土金屬氧化物及硫族化合物、鹵化銀（AgBr除外），均具有氯化鈉型的結(jié)構(gòu)。第十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月12 在CsCl中，每一個(gè)離子被8個(gè)相反電荷的離子以對(duì)稱形式包圍；它們之中，一種類型的8個(gè)離子（ Cl- ）以其重心配列

5、于一個(gè)立方體的八個(gè)角頂，而另一種類型的離子（ Cs+ ）則居于立方體的中心。( 2 ) sCl晶體第十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月13 具有氯化銫結(jié)構(gòu)的化合物有銫的鹵化物（除CsF），TlCl 以及一些絡(luò)合物等。第十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月14陰離子的配位數(shù)為4，陽(yáng)離子的配位數(shù)為8。鈣離子占據(jù)面心立方格子各格點(diǎn)的位置，格子中有8個(gè)氟離子，每個(gè)氟離子被最鄰近的4個(gè)鈣離子以四面體方式配位著。（3）螢石結(jié)構(gòu)第十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月15 許多金屬（如Cd，Hg，Pb，Sr，Ba）的氟化物、鑭系和錒系元素的二氧化物、ZrO2等具有這

6、種螢石結(jié)構(gòu)。 在CaF2結(jié)構(gòu)中，如果陽(yáng)離子和陰離子互易其位，則形成一種反螢石結(jié)構(gòu)，如Li2O、Na2O等第十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月16（4） 金紅石結(jié)構(gòu) 陽(yáng)離子占據(jù)體心立方格子的各點(diǎn)，同時(shí)被六個(gè)陰離子配位著。過(guò)渡金屬元素及重金屬的二氧化物，如GeO2、SnO2、MnO2、RuO2、OsO2、PbO2等，以及Mg、Ni、Co、Fe、Zn的二氟化物具有金紅石結(jié)構(gòu)。陽(yáng)離子Ti4+填充在由O2-陰離子構(gòu)成的八面體空隙中的半數(shù)。 第十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月17鋅離子被硫離子以四面體的四個(gè)頂角的方式包圍著?？梢园堰@種結(jié)構(gòu)看作是硫離子按ABCABC排列的立

7、方密堆積中，硫離子所構(gòu)成的四面體中間的空隙里，有一半填充鋅離子。故每個(gè)離子的配位數(shù)是4。（5） 閃鋅礦結(jié)構(gòu)第十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月18 屬于閃鋅礦結(jié)構(gòu)的有CuX、MS和MSe （其中，M=Be，Mn，Zn，Cd，Hg），還有MSe（M=Be，Zn，Cd，Hg)、MP、MAs、及MSb (M=Al，Ga，In)、SiC等。第十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月19五、密堆積原理 最緊密堆積：每單位體積中容納原子或離子的數(shù)目最多。 如果把原子或離子看作是硬的圓球，則它們?cè)诳臻g排列的方式是服從密堆積原理的。 即離子或原子之間的作用力會(huì)盡可能地使它們占有最小的

8、空間，從而說(shuō)明，空間利用率最高的結(jié)構(gòu)可能是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 第十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月20 原子的空間利用率常用原子堆積系數(shù)來(lái)衡量，原子堆積系數(shù)定義如下：第二十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月21假設(shè)不帶電的原子是一個(gè)等徑的圓球，它們?cè)诙S平面上的最緊密排列如圖所示：每個(gè)原子周圍圍繞著6個(gè)原子第二十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月22 如在第一層上再緊密地排列原子時(shí)，則每個(gè)原子就會(huì)進(jìn)入第一層的每三個(gè)原子所形成的“坑”里，或在B處，或在C處，如圖所示：第二層排列第二十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月23 當(dāng)排到第三層時(shí)，就有兩

9、種可能的方式。一種是六方密堆積方式hcp ( hexagonal close-packed ），即讓第三層的原子一一地和第一層原子上下重合，形成ABABAB這種交疊的堆積，如圖所示。配位數(shù)：12第二十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月24如果通過(guò)A層的原子從上到下作六根垂直線，就構(gòu)成六方棱柱。所以這種堆積稱作六方最密堆積。第二十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月25a 、c：晶格單位長(zhǎng)度R ：原子半徑單位晶胞原子數(shù) n =6則，原子堆積系數(shù)第二十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月26除了六方密堆積外，還有一種立方最密堆積。 在這種方式中，第三層的原子不

10、是和第一層的A原子對(duì)應(yīng)，而是和由第二層B所形成的“坑”處相對(duì)應(yīng)，形成ABC，ABC，ABC這樣的交替堆積。這種立方最密堆積又分為兩種：1、體心立方最密堆積2、面心立方最密堆積第二十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月27 1、體心立方最密堆積 body-centered cubic structure配位數(shù)：8第二十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月28a ：晶格單位長(zhǎng)度R ：原子半徑單位晶胞原子數(shù) n =2第二十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月29 2、面心立方最密堆積結(jié)構(gòu) face-centered cubic structure 第三層與第一層有

11、錯(cuò)位，以ABCABC方式排列。配位數(shù)：12第二十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月30n =4第三十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月31密堆積層間的兩類空隙1、四面體空隙： 一層的三個(gè)球與上或下層密堆積的球間的空隙。 如圖所示，當(dāng)?shù)?個(gè)球占據(jù)由3個(gè)球圍成的“坑”位置時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生由4個(gè)原子組成的四面體空隙。第三十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月32 一層的三個(gè)球與錯(cuò)位排列的另一層三個(gè)球間的空隙。 如圖所示，當(dāng)?shù)诙拥?個(gè)球占據(jù)由第一層3個(gè)球圍成的“坑”位置的周圍三個(gè)“坑”時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生由6個(gè)原子組成的八面體空隙。2132132、八面體空隙：第三十二張，P

12、PT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月33常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)StructureCNnbcc820.68fcc1240.74hcp1260.74第三十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月34附：晶體結(jié)構(gòu)中單位晶胞原子數(shù)n及晶體化學(xué)式的推算第三十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月35Na+ Cl-NaCl晶體結(jié)構(gòu)示意圖：第三十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月36NCl晶體中的結(jié)構(gòu)微粒： （C）（Na+）第二層的離子NaCl晶體的結(jié)構(gòu)示意圖返回再請(qǐng)看：CsCl晶體的結(jié)構(gòu)示意圖第三十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月37CsCl晶體的結(jié)構(gòu)：

13、第三十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月38屬于4個(gè)小立方體屬于8個(gè)小立方體第三十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月39有1/8屬于該立方體有1/4屬于該立方體有1/2屬于該立方體完全屬于該立方體第三十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月40例題分析：O原子Ti原子Ba原子 某種晶體結(jié)構(gòu)是的最小結(jié)構(gòu)單元（晶胞）如圖所示：晶體內(nèi)與每個(gè)“T”緊鄰的氧原子數(shù)和這種晶體材料的化學(xué)式分別是（各元素所帶的電荷均已略去）?第四十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月41例題解析：化學(xué)式為：BaTiO3Ba：1x1Ti：8x(1/8)O：12x(1/4)O原子T

14、i原子Ba原子第四十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月42NaCl離子晶體晶胞中離子的個(gè)數(shù)：晶格：面心立方配位比：6:6(紅球Na+ , 綠球Cl-)第四十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月43晶胞中離子的個(gè)數(shù)：(紅球Cs+ , 綠球Cl-)晶格：簡(jiǎn)單立方配位比： 8:8CsCl 離子晶體第四十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月44晶胞中離子的個(gè)數(shù)：晶格：面心立方(紅球Zn2+ , 綠球S2-)配位比：4:4ZnS 離子晶體(立方型)第四十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月45練習(xí) 石墨晶體的層內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖所示： 每個(gè)碳原子為三個(gè)正六邊形共

15、用，分屬于每個(gè)正六邊形的碳原子數(shù)為1/3個(gè)。每個(gè)正六邊形的碳原子數(shù)為61/3 = 2每一層由無(wú)數(shù)個(gè)正六邊形構(gòu)成，則平均每一個(gè)正六邊形所占的碳原子數(shù)為-2第四十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月46練習(xí) 已知晶體硼中的結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個(gè)等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂角，每個(gè)頂點(diǎn)上各有一個(gè)硼原子。 此基本單元是由- 個(gè)硼原子構(gòu)成，其中BB 鍵的鍵角為-，共有- 個(gè)BB單鍵。1/5320 =12601/2320 = 30第四十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月47第二節(jié) 共價(jià)鍵兩個(gè)原子共有最外殼層電子的鍵合共價(jià)鍵的特點(diǎn) 方向性和飽和性 共價(jià)鍵晶

16、體的特性 很高的熔點(diǎn)和硬度 良好的光學(xué)特性 不良的導(dǎo)電性第四十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月48一、共價(jià)鍵的一般概念 如果原子在相互靠近時(shí)，原子軌道相互重疊變成分子軌道，原子核之間的電子云密度增加，電子云同時(shí)受到兩個(gè)核的吸引，因而使體系的能量降低，這樣形成的化學(xué)鍵稱為共價(jià)鍵。第四十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月49 （1） 形成共價(jià)鍵的原子A和B，它們電子的能量應(yīng)該比較接近。 （2） 成鍵原子的原子軌道必須重疊，即電子共處于一定的空間。 （3） 通常是由兩個(gè)電子配對(duì)形成每一個(gè)價(jià)鍵。共價(jià)鍵成鍵的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則:第四十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5

17、0 （4）對(duì)于大多數(shù)分子而言，價(jià)電子層中的電子最多為8個(gè)。這是由于以s和p軌道成鍵時(shí)，只有4個(gè)軌道，因此共用電子對(duì)和孤電子對(duì)總數(shù)等于4 （5） 對(duì)于d軌道參與成鍵的元素而言，價(jià)電子層中電子可以多于8個(gè)。 （6）電子電子間的推斥力應(yīng)是最小。 （7）分子將具有最低的能量。第五十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月51 無(wú)機(jī)非金屬材料中有許多共價(jià)鍵晶體。例如，金剛石、Si、SiC、ZnS等。 原子之間的共價(jià)鍵是靠相鄰原子電子云的重疊而形成共用電子對(duì)，各原子間的共價(jià)鍵有一定的方向性和飽和性，它是雜化軌道的電子云伸向特定方向的結(jié)果，從而規(guī)定了原子間結(jié)合的方位和配位數(shù)。第五十一張，PPT共一百二

18、十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月52 共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、硬度較高。 共價(jià)鍵能由中等到很高都存在，平均約在20kcal/mol，因此共價(jià)鍵晶體的熔點(diǎn)由中等到很高都有。 由于共價(jià)晶體中成鍵的電子均束縛在原子之間，不能自由運(yùn)動(dòng)，因此共價(jià)鍵晶體不導(dǎo)電。第五十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月53 構(gòu)成共價(jià)鍵的電子云（或配對(duì)電子）可以在兩個(gè)原子中間，也可稍微偏離中點(diǎn)，靠近電負(fù)性較大的原子。前者偶極矩等于零，叫做非極性鍵，后者的偶極矩不等于零，稱作極性鍵。第五十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月54共價(jià)鍵理論 1、 價(jià)鍵理論 價(jià)鍵理論的基本內(nèi)容： 分子是由原子組成的，假定原子在未

19、化合前含有未成對(duì)的電子，且如果這些未成對(duì)的電子自旋相反，則兩個(gè)原子間的兩個(gè)自旋相反的電子可以相互偶合，構(gòu)成電子對(duì)。每一個(gè)偶合就造成一個(gè)共價(jià)鍵，所以價(jià)鍵理論也叫電子配對(duì)理論。第五十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月55價(jià)鍵理論的要點(diǎn)：（1）假如原子A和原子B各有一個(gè)未成對(duì)的電子且自旋相反，則可相互配對(duì)構(gòu)成共價(jià)鍵；如果A和B各有兩個(gè)或三個(gè)未成對(duì)的電子，則能兩兩配對(duì)構(gòu)成共價(jià)雙鍵或三鍵。（2）如果A有兩個(gè)未成對(duì)的電子，B只有一個(gè)，那么A就能與兩個(gè)B化合形成AB2分子，如H2O。第五十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月56（3）原子在形成分子時(shí)，電子云重疊越多，鍵能越大，所以

20、形成的共價(jià)鍵就越穩(wěn)固。根據(jù)這個(gè)原理，共價(jià)鍵形成時(shí)，將盡可能利用電子云密度最大的方向。所以說(shuō)共價(jià)鍵具有方向性。（4）在形成共價(jià)鍵時(shí)，一個(gè)電子與另一個(gè)電子配對(duì)后，就不能再與第三個(gè)電子配對(duì)。這叫共價(jià)鍵的飽和性。第五十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月572、 分子軌道理論 分子軌道理論的基本內(nèi)容： 當(dāng)兩個(gè)原子核處于它們的平衡位置時(shí)，所有的電子都處于分子軌道中，在分子中存在著由量子數(shù)規(guī)定的分子軌道如、。第五十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月58 分子軌道把分子看成是一個(gè)整體，它認(rèn)為，分子中的每一個(gè)電子都是在各原子核和其余電子組成的勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用狀態(tài)函數(shù)來(lái)描寫(xiě)

21、。 這種在分子中的單個(gè)電子的狀態(tài)函數(shù)叫做分子軌道。第五十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月59 由兩個(gè)氫原子核與一個(gè)電子所組成的氫分子離子H2+是分子軌道模型中最簡(jiǎn)單的一個(gè)體系。光譜實(shí)驗(yàn)證實(shí)H2+的確是存在的，只是很不穩(wěn)定。對(duì)于這樣一個(gè)體系可以寫(xiě)出它的薛定諤方程，并對(duì)其進(jìn)行近似處理。 在各種近似處理方法中，有一種被稱作原子軌道的線性組合方法（LCAO）。第五十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月60 LCAO認(rèn)為，如果在多數(shù)時(shí)間內(nèi)，一個(gè)電子比較靠近一個(gè)核并受其控制，那么分子軌道就十分接近于該原子的原子軌道，因此，就可以假設(shè)用構(gòu)成分子的各原子軌道組成分子軌道。用 A和

22、B分別表示兩個(gè)氫原子的原子軌道，兩個(gè)原子軌道組合成兩個(gè)分子軌道 b 和 a。第六十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月61分子軌道理論的要點(diǎn)：A、原子形成分子后，電子屬于整個(gè)分子，分子軌道由原子軌道組合而成；B、全部電子都要在分子軌道上進(jìn)行分布。C、如果電子排布的結(jié)果，使系統(tǒng)的能量降低，便可成鍵，有穩(wěn)定的分子；否則，不能成鍵。第六十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月62二、雜化軌道 雜化軌道: 同一原子中，能量相近的原子軌道混合起來(lái)，形成成鍵能力更強(qiáng)的新軌道。 雜化：上述過(guò)程叫雜化。 雜化軌道數(shù)：等于參加雜化的原子軌道數(shù)目之和。如：sp雜化s+p 雜化軌道數(shù)=2 雜化軌

23、道的特征：角度分布圖有大、小頭，有利于成鍵（提高電子云的重疊程度）第六十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月63 說(shuō)明： 原子軌道的雜化，只有在形成分子的過(guò)程中才會(huì)發(fā)生，孤立的原子不發(fā)生雜化。 在同一個(gè)原子內(nèi)，如果有n個(gè)原子軌道參與雜化，則就會(huì)得到n個(gè)雜化軌道。 相比于原來(lái)未雜化的軌道，雜化軌道的成鍵能力強(qiáng)，形成的化學(xué)鍵鍵能大，分子更穩(wěn)定。第六十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月641、sp3雜化 定義：同一原子內(nèi)，由1個(gè)ns軌道和3個(gè)np軌道發(fā)生的雜化叫sp3雜化。雜化后形成的4個(gè)新軌道叫sp3雜化軌道。 特點(diǎn)：每個(gè)sp3雜化軌道中，含有1/4的s成分和3/4的p成

24、分。 形狀：一頭大，一頭小。 每?jī)蓚€(gè)sp3雜化軌道間的夾角為10928，雜化軌道的幾何構(gòu)型為四面體。第六十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月65 在金剛石中，碳的4個(gè)價(jià)電子都具有相同的能量，這是由于每個(gè)碳原子都有一個(gè)2s電子跳到空著的pz軌道，然后剩下的一個(gè)2s電子再與px、py、pz 軌道上的三個(gè)電子雜化，使之具有相同的能量。 其雜化過(guò)程如下圖所示：激發(fā)雜化C:第六十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月66 這種具有相同能量的sp3雜化軌道，是以碳原子核為中心向正四面體的四個(gè)角頂伸出4個(gè)準(zhǔn)啞鈴形電子云，這4個(gè)sp3雜化軌道軸之間的夾角是109.50。如下圖所示：第六

25、十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月67 從碳原子核伸出的每個(gè)sp3雜化軌道頂端的凸出部分將與鄰近的另一個(gè)碳原子sp3雜化軌道的凸出部分發(fā)生重疊。 重疊的結(jié)果是在每個(gè)sp3雜化軌道中都有一對(duì)電子，使每一個(gè)碳原子都具有Ne和2s22p6電子構(gòu)型。第六十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月68 對(duì)于金剛石的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以看作是由四面體組成的骨架在三維空間中的延伸，每個(gè)碳原子都處在四個(gè)碳原子圍成的四面體中心，又是另外四個(gè)四面體的共用角頂。金剛石晶體結(jié)構(gòu)模型第六十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月69金剛石中的共價(jià)鍵 周期表中第IV主族元素都有4個(gè)價(jià)電子，因

26、此C、Si、Ge、Sn都可能形成sp3雜化軌道。從而使SiC、Si、Ge、Sn等都具有金剛石結(jié)構(gòu)。第六十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月70 部分主副族元素與IVA族元素等距離兩側(cè)的元素也能相互合形成sp3雜化鍵，例如立方ZnS、CdTe 與BN、GaAs、InSb等具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)。第七十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月712、sp2 雜化 定義：同一原子內(nèi)，由1個(gè)ns軌道與2個(gè)np軌道發(fā)生的雜化叫sp2雜化。雜化后形成的3個(gè)新軌道叫sp2雜化軌道。 特點(diǎn)：每個(gè)sp2雜化軌道中含有1/3的s成分和2/3的p成分。 形狀：一頭大，一頭小。 兩個(gè)sp2雜化軌道間

27、的夾角為120，幾何構(gòu)型為平面三角形。第七十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月72 金剛石是無(wú)色、透明、具有金屬光澤和高折射率的絕緣 體，是最硬的一種物質(zhì)； 而石墨是黑色不透明的導(dǎo)體，是最軟的物質(zhì)之一。 兩者都是由碳組成，這兩種物質(zhì)性質(zhì)上的顯著差別來(lái)源于其結(jié)構(gòu)上化學(xué)鍵的差別。第七十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月73 在金剛石結(jié)構(gòu)中，起作用的是sp3成鍵軌道，所以4個(gè)價(jià)電子均被雜化；diamond第七十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月74 而石墨中的雜化軌道是sp2雜化軌道，碳原子4個(gè)價(jià)電子只有3個(gè)被雜化，尚有一個(gè)pz軌道上的價(jià)電子未被雜化。gra

28、phite第七十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月75 石墨中的碳原子只有2個(gè)2s電子和一個(gè)p軌道上的價(jià)電子變化，三個(gè)sp2雜化軌道具有相同的能量并在同一平面內(nèi)，形成平面三角形，軌道軸間的夾角為120。第七十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月76 由于在石墨晶體中，同一平面內(nèi)相鄰的碳原子之間通過(guò)sp2雜化軌道的重疊而成鍵。 所以石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，每一層中的碳原子相互連接成正六邊形網(wǎng)絡(luò)。這種sp2雜化軌道所成的鍵也是鍵，與金剛石中sp3雜化軌道成的鍵幾乎一樣強(qiáng)。第七十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月77 石墨中的碳原子上，第四個(gè)沒(méi)有雜化的pz軌道垂直于

29、3個(gè)sp2雜化軌道。 相互靠近的碳原子中沒(méi)有雜化的pz軌道相互重疊形成鍵，這種鍵相互連接在一層碳原子的上下形成大鍵。由于電子在這種大鍵中是不定域的，故石墨有較好的導(dǎo)電性。第七十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月78 在石墨中除了鍵和鍵之外，還存在第三種類型的化學(xué)鍵，即范德華鍵。一層層的石墨靠范德華鍵維系在一起。 范德華鍵是一種比較弱的鍵。因此，當(dāng)石墨與紙張等物體摩擦?xí)r，可以一層層脫落，而在紙上留下痕跡。第七十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月79 石墨為層狀結(jié)構(gòu)的晶體，它既有共價(jià)鍵，又有分子間力，是一種混合鍵型的晶體。同一層：CC 鍵長(zhǎng)為142pm，C 原子采用 s

30、p2 雜化軌道，與周圍三個(gè) C 原子形成三個(gè)鍵，鍵角為 1200，每個(gè) C 原子還有一個(gè) 2p 軌道，垂直于sp2 雜化軌道平面，2p 電子參與形成了鍵，這種包含著很多原子的鍵稱為大鍵。層與層間：距離為 335pm，靠分子間力結(jié)合起來(lái)。小結(jié)：第七十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月80石墨的晶體結(jié)構(gòu)圖石墨中CC夾角為120， CC鍵長(zhǎng)為(0.142nm) 1.421010 m分子間作用力,層間距3.35 1010 mCC 共價(jià)鍵第八十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月81第三節(jié) 范德華力與氫鍵一、范德華力Johannes Diderik Van der Waals 1

31、837 1923The Nobel Prize in Physics 1910“for his work on the equation of state for gases and liquids”電中性的分子之間的長(zhǎng)程作用力 第八十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月82 分子與分子之間存在著的一種弱力，稱作范德華力。 分子之間靠范德華力形成的化學(xué)鍵稱為范德華鍵，范德華鍵的鍵能比其他化學(xué)鍵的鍵能約低12個(gè)數(shù)量級(jí)。 由范德華鍵構(gòu)造的晶體稱為分子晶體。 范德華鍵在具有層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)化合物中有很重要的作用。第八十二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月83非極性分子：分子中電

32、荷呈中心對(duì)稱分布。極性分子：分子中電荷呈中心不對(duì)稱分布。鍵的極性與分子極性的關(guān)系:由非極性鍵構(gòu)成的分子一定是非極性分子，如Cl2、F2等非金屬單質(zhì)分子。由極性鍵構(gòu)成的分子可能是極性分子，也可能是非極性分子。a. 由極性鍵構(gòu)成的雙原子分子一定是極性分子，如：HCl、NO、CO等。b. 由極性鍵構(gòu)成的多原子分子可能是極性分子，也可能是非極性分子。若分子中電荷分布是中心對(duì)稱的則為非極性分子，如：CH4、CO2等。若分子中電荷分布是中心不對(duì)稱的則為極性分子，如：NH3、H2O、H2S等。 第八十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月84范德華力由以下三種力組成： （1）取向力 取向力又稱靜電

33、力。它是由于極性分子永久偶極矩之間的靜電相互作用而產(chǎn)生的。作用力的大小與偶極矩的相對(duì)取向有關(guān)。隨著溫度的升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)可以擾亂偶極取向，因而取向力隨著減小。偶極與偶極之間的相互作用能U1(r)可由下式確定式中，為分子偶極矩；r是偶極與偶極間的距離?？梢钥闯觯紭O矩愈大的分子，其取向力愈大。第八十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月85 極性分子作為電場(chǎng)使非極性分子變形而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。固有偶極和誘導(dǎo)偶極間的吸引力是誘導(dǎo)力。 誘導(dǎo)力可以看作是一個(gè)分子被另一個(gè)分子極化的幾率，即與誘導(dǎo)偶極的幾率有關(guān)。 誘導(dǎo)偶極相互作用能與r-6成正比.（2）誘導(dǎo)力式中，a為分子極化率。第八十五張，PP

34、T共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月86（3）色散力 非極性分子可以產(chǎn)生瞬時(shí)偶極，瞬時(shí)偶極必定采取異極相鄰狀態(tài)，此狀態(tài)不斷重復(fù)而產(chǎn)生的吸引力就是色散力。 色散力是分子晶體中的一種主要作用力。 色散力作用能可以表達(dá)為分子間總的作用能，即范德華能等于式中， I、分別為分子的電離能和極化率。第八十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月87范德華力特性：（1）范德華力是永遠(yuǎn)存在于分子或原子間的一種作用力；（2）范德華力是一種吸引力，其作用能為每摩爾數(shù)千卡，約比其他化學(xué)鍵小一、二個(gè)數(shù)量級(jí)；（3）與共價(jià)鍵不同，范德華鍵沒(méi)有方向性與飽和性；（4）范德華力的作用范圍約有幾個(gè)埃；（5）范德華引力中，

35、最主要的是色散力，而色散力的大小與極化率的平方成正比。第八十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月88 由于范德華鍵是一種弱鍵，因此范德華半徑比共價(jià)半徑和離子半徑大得多，而且隨外界溫度、壓力等條件的變化鍵長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生改變，有時(shí)在同一晶體中的不同位置范德華半徑也會(huì)不同。這些變化通常在5%以內(nèi)。范德華半徑第八十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月89 由于范德華鍵沒(méi)有方向性和飽和性，所以一個(gè)原子將盡可能被幾何學(xué)上所允許的最大數(shù)目的鄰近原子或分子包圍，因此，所有惰性氣體晶體，都取原子最緊密堆積的結(jié)構(gòu)。第八十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月90 在分子晶體中，分子內(nèi)

36、原子間的鍵是共價(jià)鍵，分子與分子間的鍵才是范德華鍵。 分子晶體通常具有低熔點(diǎn)、低硬度、大的熱膨脹系數(shù)、大的壓縮率、低的導(dǎo)電率和易溶于非極性溶劑等基本性質(zhì)。第九十張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月91分子間作用力與化學(xué)鍵的區(qū)別：化學(xué)鍵是相鄰原子與原子間的強(qiáng)烈相互作用，分子間作用力產(chǎn)生于分子與分子之間；分子間作用力弱于化學(xué)鍵；分子間作用力不屬于化學(xué)鍵。分子間作用力與物質(zhì)物理性質(zhì)的關(guān)系：相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)也越高。 第九十一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月92二、氫 鍵兩個(gè)條件 分子中必須含氫另一個(gè)元素必須是顯著的非金屬元素 有方向性第九十二張，

37、PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月93 在X-HY中，H與電負(fù)性大、半徑小的元素(X)形成強(qiáng)極性共價(jià)鍵的氫；Y有孤對(duì)電子、電負(fù)性大、半徑小的元素(F、O、N)。 于是在H與Y之間以靜電引力相結(jié)合，從而形成第二種鍵，稱之氫鍵。1、 氫鍵的形成條件第九十三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月942 、氫鍵的特征弱作用力，與分子間力相當(dāng)；有方向性（Y的孤對(duì)電子有方向）；有飽和性（H+ 排斥可能與Y電子云相吸引的其它H+ ）。第九十四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月95 除了H2O、 HF、NH3 有分子間氫鍵外，在有機(jī)羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白質(zhì)中也有氫鍵的存在。

38、例如：甲酸靠氫鍵形成二聚體。HCOOHHOOHC第九十五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月96 除了分子間氫鍵外，還有分子內(nèi)氫鍵。例如，硝酸的分子內(nèi)氫鍵使其熔、沸點(diǎn)較低。 分子間氫鍵的形成會(huì)使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)升高，而分子內(nèi)氫鍵的形成則使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)降低。第九十六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月97第四節(jié) 金屬鍵與固體中的能帶理論一、金屬鍵 金屬原子失去價(jià)電子后變成了正離子，價(jià)電子作為不固定的電子無(wú)方向地、依相同狀態(tài)充填于原子軀體的空間內(nèi)，形成所謂的“電子氣”。這種“電子氣”與正離子之間的引力就是金屬鍵。第九十七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月981、

39、沒(méi)有飽和性及方向性 2、電子的離域性 3、鍵的球?qū)ΨQ性。金屬鍵的特點(diǎn)：第九十八張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月99 金屬是由帶正電荷的離子（原子核）和自由電子所組成。金屬中價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)是自由的，是處于理想氣體的狀態(tài)，其正離子就好像鑲嵌在自由電子的海洋中一樣。金屬的自由電子論：第九十九張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月100 電子可以沿著外加電場(chǎng)的電勢(shì)而流動(dòng)，形成電流。在運(yùn)動(dòng)中電子與金屬正離子之間以及電子之間發(fā)生碰撞，使電子沿電場(chǎng)電勢(shì)方向的運(yùn)動(dòng)受到障礙，因而產(chǎn)生電阻。金屬中電阻的產(chǎn)生第一百?gòu)?，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月101 金屬晶體中的原子配置符合最密

40、堆積的原理。所有金屬固相都具有三種基本密堆積結(jié)構(gòu)中的一種：晶格：面心立方配位數(shù)： 12 12 8體心立方密集六方第一百零一張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月102高導(dǎo)電率和高導(dǎo)熱率 不透明性 金屬表面的高反射性 延展性 密度大金屬的特性金屬的特性解釋（金屬的自由電子論）： 電、熱的良導(dǎo)體自由電子 良好的延展性離域鍵 密度大金屬密堆積 金屬光澤電子吸收可見(jiàn)光后再發(fā)射出來(lái)離域鍵：在多個(gè)原子之間形成的共價(jià)鍵定域鍵：只存在于兩個(gè)原子之間的共價(jià)鍵 第一百零二張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月103二、 固體中的能帶理論（源于MO法） 能帶理論的出發(fā)點(diǎn)是固體中的電子不再束縛于個(gè)體的

41、原子，而是在整個(gè)固體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 能帶理論在解釋金屬與半導(dǎo)體以及絕緣體之間的差別中獲得了巨大的成功。第一百零三張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月104 1、原子能級(jí)和晶體能帶 根據(jù)分子軌道理論（MO法），二相鄰原子的相應(yīng)原子軌道可以組合成總數(shù)目相同的分子軌道。在金屬晶體中，原子緊密堆積，原子數(shù)目很大，可以組合成很多分子軌道。這些分子軌道間能量差很小,形成了能帶。第一百零四張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月105如，Li的2s1形成2s能帶：能量較低的2s能帶充滿電子，稱價(jià)帶；*2s能帶沒(méi)有電子，為空帶，又稱導(dǎo)帶；在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間有禁帶。金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的性質(zhì)差別，可用能

42、帶圖來(lái)說(shuō)明。(*2s)(2s)第一百零五張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1062、能帶圖導(dǎo)體： 存在電子部分填充的價(jià)帶或存在相互交蓋的價(jià)帶和導(dǎo)帶。圖（a）顯示的是IA族和IB族單價(jià)原子（如Li、Na、K、Cu、Ag、Au）構(gòu)成的金屬所具有的半充滿s能帶。 在0 K時(shí)，電子所占據(jù)的能級(jí)（即費(fèi)米能級(jí)）以上都是空能級(jí)。因此，只需要很少的能量就可以把能量較高的電子激發(fā)到空能級(jí)中去變成自由電子，故這類金屬是良導(dǎo)體。第一百零六張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月107其中,由于原子具有2個(gè)s價(jià)電子，能帶是完全充滿的，但由于s能帶與空的p能帶發(fā)生重疊，便產(chǎn)生一個(gè)僅部分充滿的sp能帶，故這類金屬也是良導(dǎo)體。能帶的重疊程度愈高，則導(dǎo)電性愈好。 圖(b)為IIA族與IIB族金屬的能帶結(jié)構(gòu)。第一百零七張，PPT共一百二十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月10