结构化学模型实习讲义

1、结构化学模型实习讲义（2010）姓名 专业 学号 中山大学化学与化学工程学院实习一 分子的立体构型和分子的性质姓名 学号 专业 成绩 一、目的从分子中原子排布的几何关系和点群对称性描述分子的结构，对于了解分子的性质具有重要意义。本实习通过自己动手制作和观察分子模型，掌握分子的空间结构与点群对称性，加深对分子构型和分子性质的了解。二、内容：1、搭出下列分子模型，了解它们的对称性，填写表中各栏内容。CH4，H2O2，SF6，N4(CH2)6，C6H12（环己烷：船式和椅式），C2H6（重叠式，交叉式以及介于这两者之间的型式）2、搭出下列丙二烯型化合物的模型，了解它们的对称性。H2C=C=CH2,

2、ClHC=C=CH2, Cl2C=C=CH2, ClHC=C=CHCl 3、根据模型填写下表分 子对 称 元 素 及 数 目点 群偶 极 矩旋 光 性对 称 轴镜 面iCH4 （四面体） SF6（八面体） B12（二十面体） 环 己 烷船式椅式H2O2C2H6重叠式交叉式中间式N4(CH2)6H2C=C=CH2ClHC=C=CH2Cl2C=C=CH2ClHC=C=CHCl注意：在搭制分子的球棍模型时，通常按照下面的惯例用不同的颜色表示不同的原子：C黑色，H浅灰色，O红色，N蓝色，Cl绿色，Br红棕色，I红紫色，S黄色，P紫色；金属原子则以该金属单质显示的颜色表示。实习二 杂化轨道和硼烷结构姓名

3、 学号 专业 成绩 一、目的（1）杂化轨道理论在分子结构和配合物结构中具有重要的应用价值。通过观察各种杂化轨道的模型，掌握不同杂化轨道的空间结构和组成，加深对杂化轨道理论的了解和应用程度。（2）硼烷是一种具有特殊构型的非金属原子簇化合物，因为其中存在不同类型的缺电子多中心键而表现出特殊的结构和性能特点。通过观察各种硼烷结构的模型，掌握不同类型的缺电子多中心键的特点，加深对硼烷结构的了解。二、内容：1、观察杂化轨道模型并填写下表杂化轨道参加杂化的原子轨道构型点群实例spsp2sp3dsp2dsp3之一dsp3之二d2sp3sp3 d32、观察硼烷结构模型并填写下表硼烷B2H6B4H10B5H9B

4、5H11B6H10B10H14styx数码点群实习三 超分子配合物研究中几种常用化学软件介绍姓名 学号 专业 成绩 1. Chemdraw和chem3D2. Gauss03和GaussView作业：利用Chemdraw画出下面配体（任选其一）的结构，导入chem3D得到三维结构并优化，然后导入GaussView程序，利用B3LYP方法，6-31G*基组，计算单重态和三重态单点能，打印出gjf文件。（不需要提交任务）NTB C4TQ实习四 配位化合物和配位场姓名 学号 专业 成绩 一、目的（1）理解配位场和晶体场理论，区分强弱八面体场造成的电子排布自旋状态的不同，会计算八面体场和四面体场中的晶体

5、场稳定化能（LFSE）。（2）了解不同配位数情况下可能存在的配位构型及其常见配合物实例，初步了解低配位数下配位场中d轨道的分裂情况。（3）了解过渡金属簇合物的18电子规则和常见几何构型。二、内容1. 理解配位场理论的内容，填写下表。配位离子配位体场（指出强/弱八面体或四面体场）自旋态（高/低）电子组态LFSE(-0)Fe(H2O)62+Fe(CN)64-Fe(CN)63-CoF63-Co(en)33+Co(NO2)64-FeCl4-Ag(NH3)4+ZnCl42-2. 观察下列配位数模型，填写下表。配位数配位构型点群d轨道分裂情况（用短线图表示）实例45678/9/12/3. 观察下列多面体模

6、型，与过渡金属簇合物的结构相对应，填写下表。多面体金属原子间成键总数b 实例MnLm与Mn有关的价电子总数g四面体八面体双帽四面体加帽四方锥三棱柱二十面体实习五 点阵和晶胞姓名 学号 专业 成绩 一、目的了解点阵、结构基元、晶胞等基本概念，掌握14种布拉维格子的分类、特征及一些常见化合物的晶胞结构。二、内容：1. 观察14种布拉维格子，填写下表。格子名称记号所属晶系每个晶胞中含点阵点个数点阵参数的限制2. 根据晶体结构模型写出下表各栏内容。尿素氟化钙氯化铯氯化钠金刚石闪锌矿六方石墨(AB型)三方石墨(ABC型)结构基元点阵型式特征对称元素晶系正当晶胞中结构基元数原子分数坐标只写Ca2坐标：3.

7、 讨论（1）在14种点阵型式中，为什么有四方I, 而无四方F? 为什么有正交C, 而无四方C? 为什么有立方F, 而无立方C? 根据什么原则确定点阵型式？（2）结构基元、点阵点、晶胞和点阵型式等概念的正确含义和相互关系怎样？实习六 等径圆球的堆积姓名 学号 专业 成绩 一、目的通过等径圆球的堆积来模拟金属单质中原子的堆积，了解金属单质的若干典型结构型式，加深对金属结构的了解。二、内容：1 密堆积层取若干等径圆球，分别排列成密堆积层和四方平面层，比较它们的异同，填写下表。（设圆球半径为R，球的配位数是指与一个圆球直接接触的圆球数目。计算空隙中心到球面的最短距离，用半径R表示）密堆积层四方平面层每

8、个球的配位数法线方向上的对称性空隙中心到球面的最短距离面积利用率2 等径圆球的最密堆积将密堆积层按ABAB-和ABCABC-两种重叠方式分别组成六方和立方最密堆积。各取一个晶胞，观察并填写下表。堆积方式六方（A3）立方（A1）球的配位数一个球平均占有的四面体空隙数一个球平均占有的八面体空隙数点阵型式密堆积层方向（用晶胞单位矢量表示）晶胞内球的分数坐标3 最密堆积中的空隙（1） 四面体空隙一个四面体空隙由4个球构成，所以一个球在一个四面体中占有_分之一的空隙.一个球参与_个四面体空隙的构成。因此，平均一个球占有_个四面体空隙。计算四面体空隙到球面的最短距离(用球半径R表示)。_(2)八面体空隙一

9、个八面体空隙由6个球构成，所以一个球在一个八面体中占有_分之一的空隙.一个球参与_个八面体空隙的构成,因此,平均一个球占有_个八面体空隙.计算八面体空隙到球面的最短距离(用球半径R表示)。_4.体心立方堆积和简单立方堆积将球做体心立方堆积和简单立方堆积，取其晶胞，观察并填写下表。表中密置列是指球沿一维直线紧密排列，其方向以晶胞单位矢量表示。堆积方式体心立方简单立方密置列方向球的配位数晶胞内球的坐标空隙型式晶胞内空隙数空隙中心到球面的最短距离一个球平均占有的空隙数5. 列式计算立方紧密堆积、六方最密堆积、体心立方堆积、简单立方堆积等的堆积系数。实习七 离子晶体的结构姓名 学号 专业 成绩 通过观

10、察和分析下表所列6个二元离子晶体的结构模型，了解离子晶体的结构，将结果填入下表，总结归纳二元离子晶体的结晶化学规律。晶体NaClCsCl立方ZnS六方ZnSCaF2金红石负离子堆积方式正负离子半径比正负离子数量比正离子占什么空隙正离子占空隙比率正离子的配位数配位多面体连接方式负离子的配位数点阵型式结构基元晶胞中正负离子数离子分数坐标实习八 超分子自组装和晶体工程姓名 学号 专业 成绩 在网络数据库中查阅下面超分子自组装和晶体工程方面的综述文献，任选一篇，写出不少于1000字的读书报告。（内容：用自己的语言概括文中总结的研究背景、组装策略、学术思想、实验方法、研究手段等，以及自己从文章中获得的启

11、示和帮助，利用文中的科学思想设计一个实验，自组装得到一个超分子配合物结构，并通过适当的分析手段研究其性能。）1. Xin-Long Wang, Chao Qin, En-Bo Wang and Zhong-Min Su, “An unusual polyoxometalate-encapsulating 3D polyrotaxane framework formed by molecular squares threading on a twofold interpenetrated diamondoid skeleton”, Chem. Commun., 2007, 42454247.2.

12、 Chun-Feng Zhuang, Jianyong Zhang, Qing Wang, Zhao-Hua Chu, Dieter Fenske, and Cheng-Yong Su, “Temperature-Dependent Guest-Driven Single-Crystal-to-Single-Crystal Ligand Exchange in a Two-Fold Interpenetrated CdII Grid Network”, Chem. Eur. J. 2009, 15, 7578 7585.3. Hai-Ying Deng, Jian-Rong He, Mei Pan, Lei Li and Chen