石墨同一層碳原子π鍵課件

Chapter2晶體目錄2-1共價(jià)網(wǎng)狀晶體2-2金屬2-3離子晶體

2-4分子晶體

2-5分子間作用力

學(xué)習(xí)概念圖2-1共價(jià)網(wǎng)狀晶體共價(jià)網(wǎng)狀晶體共價(jià)網(wǎng)狀晶體石墨金剛石試題演練2-2金屬金屬金屬原子的堆積情形單位晶格最密堆積例題試題演練2-3離子晶體離子晶體晶格能離子晶體堆積方式離子半徑比與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)係氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)氯化銫的單位晶格硫化鋅的單位晶格試題演練2-4分子晶體分子晶體分子晶體的特性分子晶體2-5分子間作用力分子間作用力分子間作用力

偶極—偶極力

偶極—誘導(dǎo)偶極力

分散力

氫鍵

水和氨-分子間氫鍵冰的結(jié)構(gòu)分子內(nèi)氫鍵蛋白質(zhì)的α－螺旋第14-17族:化合物沸點(diǎn)各種晶體類(lèi)型及其作用力試題演練例題惰性氣體及直鏈烷類(lèi)的沸點(diǎn)甲烷水包合物TheEnd2-1共價(jià)網(wǎng)狀晶體共價(jià)網(wǎng)狀晶體(1)共價(jià)網(wǎng)狀晶體原子間的共用電子對(duì)以共價(jià)鍵結(jié)合卻擁有聚合物般的結(jié)構(gòu)共價(jià)網(wǎng)狀晶體(2)金剛石(1)金剛石的結(jié)構(gòu)每個(gè)碳原子以sp3混成軌域與相鄰的碳原子形成四面體的形狀金剛石(2)石墨(1)由碳以共價(jià)鍵結(jié)合而成的二度空間網(wǎng)狀固體具導(dǎo)電性並可當(dāng)潤(rùn)滑劑使用石墨(2)金剛石與石墨雖同屬共價(jià)網(wǎng)狀晶體，但兩者性質(zhì)相差頗大無(wú)色的金剛石硬度大且不導(dǎo)電；黑色的石墨卻硬度小而具導(dǎo)電性，造成此差異的原因應(yīng)歸之於兩者的不同結(jié)構(gòu)石墨(3)有別於金剛石中碳原子的四面體排列，石墨則以共邊的六員環(huán)互相連結(jié)而形成層狀的構(gòu)造。石墨層狀結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)碳均為sp2混成，利用三個(gè)混成後的sp2軌域，以σ鍵的鍵結(jié)方式與鄰近的三個(gè)碳原子結(jié)合；而與層面垂直的未混成p軌域則連結(jié)在一起形成π鍵。石墨的兩種共振結(jié)構(gòu)(1)石墨的兩種共振結(jié)構(gòu)(2)石墨晶體中的每一個(gè)碳－碳鍵的鍵長(zhǎng)均相等，且既非單鍵，也非雙鍵，而是介於二者之間。這種現(xiàn)象可用共振（resonance）的理論解釋石墨有數(shù)個(gè)不同但對(duì)等的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)只有雙鍵的位置共振一個(gè)分子，可由數(shù)個(gè)不同但對(duì)等的結(jié)構(gòu)表示。石墨同一層碳原子：π鍵石墨同一層碳原子：(A)未混成的p軌域；(B)結(jié)合而成π鍵。石墨的性質(zhì)同一層碳原子眾多的p軌域形成π鍵時(shí)，由於共振，電子可在π軌域中移動(dòng)，因此石墨具導(dǎo)電性。因此，石墨結(jié)構(gòu)的每一層內(nèi)均有很強(qiáng)的鍵結(jié)而具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)韌性，但層與層間僅有微弱的作用力，若受力則容易滑動(dòng)，故石墨可當(dāng)潤(rùn)滑劑使用2-2金屬金屬原子的堆積情形(A)最密堆積，每顆圓球的外圍有六顆圓球圍繞(B)非最密堆積，此種排列中每顆圓球僅有四顆圓球圍繞，中間的空隙較大最密堆積中的關(guān)係第一層（標(biāo)示為A）與第二層的關(guān)係。第二層可置於B或C上。最密堆積中的第三層(1)(A)第一層、第二層分別填入A、B的位置後，第三層可選擇填入A或C的位置(A)最密堆積中的第三層(2)(B)第三層選擇填入A的位置，將形成六方最密堆積第三層選擇填入C的位置，將形成立方最密堆積(B)六方最密堆積：第三層選擇A的位置；以ABAB…的順序排列，則得六方最密堆積六方最密堆積立方最密堆積立方最密堆積：(A)第三層選擇C的位置，各層依ABCABC…的順序排列；(B)上下各層緊密堆積；(C)將軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)為立方體的對(duì)角線(xiàn)，則可看出面心立方的結(jié)構(gòu)；(D)將面心立方沿對(duì)角線(xiàn)分成四層，各層原子數(shù)分別為1,6,6,1，即為(A)圖。單位晶格例題 2-1金屬鋁的原子量為27，其晶體為面心立方堆積，單位晶格之邊長(zhǎng)為4.0?，試求：(1)晶體之密度(2)鋁原子的半徑例題 2-1答案2-3離子晶體離子晶體晶格能當(dāng)氣態(tài)的陽(yáng)離子與氣態(tài)的陰離子互相吸引而生成一莫耳固態(tài)離子晶體時(shí)所放出的能量。堆積方式(1)堆積方式(2)合理的堆積方式若填入的陽(yáng)離子大小適當(dāng)，將使陽(yáng)離子與陰離子能接觸而陰離子之間不接觸，如圖2-13(B)，此為合理的堆積方式不合理的堆積方式若填入的陽(yáng)離子太小，將使陽(yáng)離子與陰離子無(wú)法接觸，陰離子之間卻緊密接觸，如圖2-13(C)，此為不合理的堆積方式離子半徑比與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)係氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)(A)氯化鈉的晶體是由無(wú)數(shù)個(gè)鈉離子與氯離子堆積而成(B)Na＋的配位數(shù)為6氯化鈉單位晶格的三種表示圖(A)填充模型(B)球-棍模型(C)切割後的填充式模型較接近實(shí)際情況較能看清兩種離子間的內(nèi)部規(guī)律排列較能看出單位晶格內(nèi)的原子數(shù)氯化鈉中氯離子的三層排列氯化鈉晶體~面心立方堆積(B)鈉離子呈面心立方堆積(A)氯離子呈面心立方堆積氯化銫的單位晶格示意圖硫化鋅的單位晶格示意圖每一層硫離子依ABCABC…的順序排列，形成面心立方。每一個(gè)鋅離子位於四個(gè)硫離子組成的四面體中心（見(jiàn)虛線(xiàn)地方），配位數(shù)為4。硫化鋅2-4分子晶體分子晶體分子晶體則僅依靠分子間作用力將分子維繫起來(lái)例如斜方硫晶體是由許多S8分子組成，各個(gè)S8分子之間僅靠凡得瓦力來(lái)維繫分子晶體的特性因分子間作用力遠(yuǎn)小於一般的化學(xué)鍵，故分子晶體的熔點(diǎn)一般較低。2-5分子間作用力分子間作用力分子間作用力可分為氫鍵及凡得瓦力凡得瓦力分為偶極—偶極力偶極—誘導(dǎo)偶極力分散力偶極—偶極力極性分子的偶極與另一極性分子的偶極靠近時(shí)所產(chǎn)生的作用力偶極—誘導(dǎo)偶極力(1)極性分子靠近非極性分子時(shí)，極性分子的偶極與非極性分子的誘導(dǎo)偶極之間的作用力。(A)左側(cè)氧分子為非極性分子；右側(cè)水分子為極性分子，帶有偶極偶極—誘導(dǎo)偶極力(2)(B)兩分子互相靠近時(shí)，左側(cè)氧分子受極性水分子的影響而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。分散力因分子瞬間產(chǎn)生的偶極而造成的吸引力(A)氫分子的平均電子分布對(duì)稱(chēng)；(B)某一瞬間，電子較偏向上方，故上方帶部分負(fù)電，下方帶部分正電；(C)某一瞬間，電子較偏向下方，也產(chǎn)生瞬間偶極。瞬間偶極－誘導(dǎo)偶極作用力：左分子呈瞬間偶極，使得右分子的電子被影響而移動(dòng)，形成誘導(dǎo)偶極，因此兩分子間產(chǎn)生微弱的吸引力。瞬間偶極－誘導(dǎo)偶極作用力惰性氣體及直鏈烷類(lèi)的沸點(diǎn)分散力的大小與原子或分子的大小和形狀有關(guān)。例如原子量愈大的惰性氣體，其分散力愈大，沸點(diǎn)也愈高，直鏈烷類(lèi)亦然戊烷的三種異構(gòu)物的沸點(diǎn)沸點(diǎn)：正戊烷＞異戊烷＞新戊烷沸點(diǎn)大小順序：以接觸面積來(lái)判斷練習(xí)2-1氮?dú)馀c一氧化碳的電子數(shù)相同且分子量差不多，試問(wèn)為何一氧化碳的沸點(diǎn)略高於氮?dú)?？答：因CO為極性分子，分子間具有偶極－偶極力；而N2為非極性分子，分子間僅具分散力。

氫鍵若氫原子連接於電負(fù)度較大的原子（如F、O、N），則會(huì)與另一個(gè)F、O、N原子產(chǎn)生吸引力，此引力稱(chēng)為氫鍵。HFHOHNFON氫鍵氫鍵氫鍵水的分子間氫鍵氨的分子間氫鍵冰中的四面體結(jié)構(gòu)(A)氧原子位於四面體的中心水分子之間以氫鍵形成冰的結(jié)構(gòu)(B)許多水分子之間以氫鍵形成冰的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中存在較大的孔洞分子內(nèi)氫鍵柳醛和順丁烯二酸會(huì)產(chǎn)生分子內(nèi)氫鍵例題 2-2例題2-2答案具有分子內(nèi)氫鍵：

蛋白質(zhì)的α－螺旋蛋白質(zhì)的α－螺旋是因分子內(nèi)氫鍵而形成第14至17族:化合物沸點(diǎn)例題 2-3寫(xiě)出下列各類(lèi)分子可能存在的分子間作用力：(1)CO2(2)H2O(3)CHCl3答：(1)分散力。

(2)氫鍵、偶極－偶極力、分散力

(3)偶極－偶極力、分散力練習(xí)2-2XH4、XH3、H2X及HX（X為第14至17族元素）的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如右圖所示。試解釋H2O、HF和NH3的沸點(diǎn)較同族氫化物高的現(xiàn)象。答：XH4中，其沸點(diǎn)大小順序與分子量的順序相同。但在XH3、H2X及HX中，NH3、H2O及HF則有反常地增大現(xiàn)象，其原因?yàn)闅淙艚釉陔娯?fù)度較大的原子（如氟、氧、氮等）時(shí)，則分子間會(huì)有氫鍵產(chǎn)生之故。練習(xí)2-3

醋酸（CH3COOH）的分子結(jié)構(gòu)為，分子量是60，但實(shí)際測(cè)量時(shí)，所得數(shù)據(jù)往往較60為高，試解釋可能的原因。答：部分醋酸分子會(huì)以氫鍵形成二聚分子，如右圖，因此測(cè)得分子量較60大。各種晶體類(lèi)型及其作用力甲烷水包合物(1)甲烷水包合物(2)甲烷水包合物(MethaneClathrate)亦稱(chēng)為甲烷水合物或甲烷冰，為甲烷分子圍困於固態(tài)水晶格所形成的籠子中。此晶格為固態(tài)水分子彼此以氫鍵吸引的方式所形成，其形狀有如籠子。甲烷水包合物大部分存在地球海洋底部的沉澱物下，少部分存於永久凍土中。氣體水包合物除了甲烷水包含物外，火星上也發(fā)現(xiàn)有二氧化碳水包合物。

甲烷水包合物(3)據(jù)目前估計(jì)，全球甲烷水包合物的甲烷含量大約有20千兆立方公尺（20×1015

m3），其所能提供的有機(jī)碳能源是全球已知所有石油、天然氣等化石燃料能源總量的兩倍。這龐大的能源若能有效的開(kāi)發(fā)與利用將可解決日益缺乏的化石燃料。單選題16.右圖為碳六十分子的示意圖，其碳原子的混成軌域與下列何者的碳原子最為接近？

(A)鑽石

(B)石墨

(C)二氧化碳

(D)聚乙烯答：(B)單選題2.金屬A晶體是以右圖的方式堆疊而成，關(guān)於此金屬晶體的敘述，何者正確？(A)為六方最密堆積(B)已知鹼金屬（Li、Na、K、Rb、Cs）晶體都屬體心立方，與金屬A堆積方式相同(C)單位晶格含原子數(shù)4個(gè) (D)原子半徑acm，則單位晶格邊長(zhǎng)為

cm答：(C)(A)為面心立方最密堆積；(D)原子半徑acm，則單位晶格邊長(zhǎng)為

cm

單選題4.右下圖為面心立方結(jié)構(gòu)，其中黃色球位在六個(gè)面的中心，紅色球位在八個(gè)頂點(diǎn)，試問(wèn)每顆黃色球在單位晶格內(nèi)的體積與整顆球體積的比例為何？

(A)1

(B)1/2

(C)1/4

(D)1/8答：(B)單選題7.含A、B、X三元素的某化合物之結(jié)構(gòu)如右圖，則此化合物之化學(xué)式為下列哪一個(gè)？

(A)ABX(B)AB2X4

(C)AB2X2(D)ABX3

(E)ABX4答：(D)A：1B：8×1/8＝1X：12×1/4＝3化合物之化學(xué)式為ABX3

習(xí)題5.氟化氙晶體的單位晶格如右下圖，試由圖中判定其化學(xué)式。答：Xe：體心及8個(gè)角，故共有1＋1/8×8＝2個(gè)。F：?jiǎn)卧w內(nèi)有2個(gè)（在體心的上方和下方），邊有8個(gè)，故共有2＋1/4×8＝4個(gè)?！嗥浠瘜W(xué)式為XeF2單選題8.在氯化鈉結(jié)晶格子中，每一個(gè)氯離子周?chē)?，有六個(gè)最靠近的鈉離子；而每一個(gè)鈉離子周?chē)辛鶄€(gè)最靠近的氯離子。試問(wèn)每一個(gè)氯離子周?chē)?，最靠近的氯離子有幾個(gè)？

(A)6

(B)8

(C)10

(D)12答：(D)

單選題15.下列有關(guān)H2O、CS2、Na2S、SiO2物質(zhì)的沸點(diǎn)高低排列順序，何者正確？

(A)SiO2＞Na2S＞H2O＞CS2

(B)Na2S＞H2O＞SiO2＞CS2

(C)Na2S＞H2O＞CS2＞SiO2

(D)SiO2＞Na2S＞CS2＞H2O

(E)Na2S＞SiO2＞CS2＞H2O答：(A)沸點(diǎn)：網(wǎng)狀固體＞離子晶體＞分子間氫鍵＞分子間凡得瓦力習(xí)題6.寫(xiě)出下列每一物質(zhì)的分子間主要作用力，並解釋下列各項(xiàng)中的哪一種物質(zhì)擁有較高的沸點(diǎn)：(1)n-C7H16，n-C8H18

(2)C2H5OH，C2H5SH(3)O3，CH3OCH3

(4)C2H6，N2H4習(xí)題6.答案(1)答：(1)n-C7H16，n-C8