分子结构与晶体结构ppt课件

1、9.1 共价键实际共价键实际9.2 分子间作用力分子间作用力9.3 晶体构造晶体构造面心立方晶格面心立方晶格晶体构造晶体构造结点结点晶胞：代表晶体构造晶胞：代表晶体构造特征的最小组成部分特征的最小组成部分概述概述化学键：原子结合成分子或晶体时，相邻化学键：原子结合成分子或晶体时，相邻原子间剧烈的相互吸引作用。原子间剧烈的相互吸引作用。离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键 晶体类型晶体类型正、负正、负离子离子离子晶体离子晶体原子原子原子晶体原子晶体分子分子分子晶体分子晶体金属原子、金属原子、离子、离子、自在电子自在电子金属晶体金属晶体9.1 共价键实际共价键实际 9.1.1 现代价键实际简称

2、现代价键实际简称VB法法 1 1共共价价键键的的构构成成EsEA能量核间距R(pm)R0=74pmEA排斥态氢分子的能量与核间距的关系曲线E=0-436kJ/molES基态H2分子排斥态分子排斥态H2基态基态R00，有单电子，有单电子单位：单位：B.M. )2( nn n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n -未成对电子数未成对电子数 =1.73 2.83 3.87 4.90 5.92COCN-NO2-enRNH2NH3H2OC2O42-OH-F-Cl-SCN-电负性较小的电负性较小的C作配位原子，构成内轨型，作配位原子，构成内轨型，光谱化学序列光谱化学序列强场配体强场配体弱场配体弱场配体

3、 F、O等配位原子，多为外轨型。等配位原子，多为外轨型。内轨型配键结合较牢，稳定性较高。内轨型配键结合较牢，稳定性较高。中心离子中心离子d5Fe3+，普通构成外轨、高自，普通构成外轨、高自旋配合物，除与旋配合物，除与CN-。d6Co3+,普通内轨型，除与普通内轨型，除与F- 。d8Ni2+ ) ，普通外轨，除与，普通外轨，除与CN- 。 Pd2+、Pt2+内轨型。内轨型。3 3 配合物的稳定性配合物的稳定性K稳稳CN-易构成内轨配合物，易构成内轨配合物，F-易构成外轨配合物易构成外轨配合物 。 例例1 测得测得Fe(H2O)62+和和Fe(CN)64-的磁矩的磁矩分别为分别为5.0 B.M.和

4、和0 B.M.，试据此推测配离子，试据此推测配离子的空间构型，未成对电子数，中心离子轨道的空间构型，未成对电子数，中心离子轨道杂化类型，内轨型还是外轨型配合物？比较杂化类型，内轨型还是外轨型配合物？比较其相对稳定性。其相对稳定性。解解 Fe2+ 3d 64s0Fe(H2O)62+ )2n(n0 . 5n 43d4s4p26Fe2+4d中心离子中心离子 sp3d2杂化，外轨型配合物。杂化，外轨型配合物。Fe(CN)64-，)2n(n0n =0Fe(H2O)62+正八面体正八面体Fe2+ d2sp3杂化，内轨型配合物杂化，内轨型配合物稳定性稳定性Fe(CN)64- Fe(H2O)62+Fe(CN)

5、64-Co(NH3)63+ Co(NH3)62+Ni(CN)42- Ni(NH3)42+dsp2杂化杂化sp3杂化杂化CoY- CoF63-在配合物中，在配合物中，Cu+、Ag+、Au+等中心离子常等中心离子常以以 方式杂化，构成配位数为方式杂化，构成配位数为 的的配离子，空间构型为配离子，空间构型为 。Zn2+、Cd2+、Hg2+等以等以 方式杂化，配离子构型多为方式杂化，配离子构型多为 。稳定性稳定性 FeF63- Fe(CN)63- Co(en)33+ Co(en)32+ FeF63-是是( )自旋、自旋、 轨型配离子。轨型配离子。Co(NH)63+构成构成 磁性、磁性、 轨型配轨型配合

6、物，磁矩为合物，磁矩为 ，Co3+以以 方式杂方式杂化，配离子构型为化，配离子构型为 。 中心离子中心离子电子构型电子构型配配位位数数杂 化杂 化类型类型空 间空 间构型构型配合物举例配合物举例Cu+、Ag+、Au+(n-1)d102sp直直线线形形Ag(NH3)2+、CuCl2-、 A g ( C N ) 2 - 、Ag(SCN)2-Au(CN)2-Zn2+、Cd2+、Hg2+ (n-1)d10Ni2+ d8Co2+ d74sp3正正四四面面体体Zn2+、Cd2+、Hg2+配配合 物合 物 N i ( C O ) 4 、NiCl42-、Ni(NH3)42+Co(NCS)42-N i 2 +

7、(CN-)Pd2+P t 2 + Cu2+ 4d s p2平平面面正正方方形形Ni(CN)42-Pd2+ 、 Pt2+ 配合物，配合物， Cu (NH3)42+Cu(H2O)42+F e 3 + (d5)F e 2 + (d6)Co3+(d6) Co2+(d7)P t 4 + (d6)6sp3d2正正八八面面体体 F e ( H 2 O ) 6 3 + 、FeF63- C o F 6 3 - 、Co(H2O)62+ Co(en)32+Co(NH3)62+ d2sp3正正八八面面体体F e ( C N ) 6 3 - 、Fe(CN)64-C o 3 + 配 合 物配 合 物 ( 除除CoF63-

8、 )Co(CN)64-、PtCl62-Cu+3sp2平面平面三角三角Cu Cl32-Cu(CN)32-Ni2+Fe5d s p3三角三角双锥双锥Ni(CN)53-Fe(CO)5解释分子稳定性以及分子的磁性。解释分子稳定性以及分子的磁性。H2+O2+NONO2 可稳定存在，可稳定存在，O2 顺磁性顺磁性9.1.4 分子轨道实际分子轨道实际1在分子中，电子不从属于某个原子，在分子中，电子不从属于某个原子，而是在整个分子范围内运动。而是在整个分子范围内运动。分子总能量分子总能量=被电子占据的各轨道能量总和。被电子占据的各轨道能量总和。 1.1.分子轨道实际根本要点分子轨道实际根本要点2分子轨道分子轨

9、道MO由原子轨道由原子轨道AO线线性组合而成，性组合而成， MO数目数目=原子轨道数目原子轨道数目4分子轨道中电子排布三原那么：分子轨道中电子排布三原那么：3原子轨道组成分子轨道三原那么：原子轨道组成分子轨道三原那么：能量相近，轨道最大重叠，对称性一样。能量相近，轨道最大重叠，对称性一样。能量最低，保里不相容原理，洪特规那么。能量最低，保里不相容原理，洪特规那么。 2 2原子轨道组成分子轨道原子轨道组成分子轨道1s*反键轨道反键轨道1s成键轨道成键轨道H2 分子轨道分子轨道MO能级图能级图AOAO1S1S 对称性匹配原那么对称性匹配原那么 构成分子轨道三原那么构成分子轨道三原那么能量相近似原那

10、么能量相近似原那么对称性相符为成键轨道，不符为反键轨道。对称性相符为成键轨道，不符为反键轨道。 同核双原子分子：同核双原子分子：ns-ns组合成组合成 nsns*np-np轨道组合成六个分子轨道。轨道组合成六个分子轨道。 最大重叠原那么最大重叠原那么2px-2px“头碰头重叠构成头碰头重叠构成2px2px*，2py-2py，“肩并肩构成肩并肩构成2py和和2py* s-s原子轨道的组合原子轨道的组合 原子轨道原子轨道 组合方式组合方式 分子轨道分子轨道 键型键型 反键轨道反键轨道*nsns成键轨道成键轨道- -+ + +*np p-p原子轨道的组合原子轨道的组合np- -+ +npnpz z+

11、 + +npnpz z- - - - - -+ +- - -+ +*znpznp3.3.分子轨道能级分子轨道能级O2，F2 2s 2s 2p 2p1s1s1s*1s2s*2s2Px2Py 2Pz * 2Py * 2Pz*2Pxzyxp2p2p2*s2s2*s1s1 O2分子轨道表示式分子轨道表示式2*s 12s 12O）（）（ *p2*p2*p2xzy 1*p21*p2zy）（）（ 2*s2）（ 2p22p22p2zyx）（）（）（ 2s2）（ 2s 2s 2p 2p1s1sO2顺磁性顺磁性O：. .O. 2s 2s 2p 2p1s1sN22Px2Py 2Pz反磁性反磁性N2，B2，C2xzy

12、P2p2p2*s2s2*s1s1 *p2*p2*p2xzy N22*s22s22*s12s1）（）（）（）（ 2p22p22p2xyz）（）（）（ F22*s 12s 1）（）（ 2s2）（ 2*s2）（ 4p22p2x）（）（ 4*p2）（ 键级键级分子稳定性分子稳定性2反键轨道电子数成键轨道电子数键级2净成键轨道电子数键级大，净成键电子数多，分子能量低，键级大，净成键电子数多，分子能量低，稳定性高。稳定性高。He2+ (1s)2(1s*)1 键级键级=(2-1)/2=1/2，N2：键级：键级=6/2=3，一个，一个键，两个键，两个键。键。计算计算 He2，He2 + ，N2， O2 键级键

13、级He2 (1s)2(1s*)2 键级键级=(2-2) / 2=0，分子不存在；分子不存在；O2 ：键级：键级(6-2)/2=2，一个，一个键，键， 两个两个3电子电子键键 = 1个个键键N2 3，O2 2，O2 + 2.5，O2- 1.5，O22- 1.0稳定性稳定性N2O2+O2O2-O22-顺磁性顺磁性O2+,O2,O2-以下稳定性顺序中正确的选项是以下稳定性顺序中正确的选项是 。A O2+ O2 B O22- O2 C N2+ N2 D H2+ H2由键级判别稳定性由键级判别稳定性O2+ 轨道表示式轨道表示式 ，键级为键级为 ，有，有 个三电子个三电子键，键，在磁场中呈现在磁场中呈现(

14、 )磁性。磁性。 N2分子轨道电子排布式分子轨道电子排布式 ，键级为键级为 ，分子中有一个，分子中有一个 键，键，两个两个 键。键。 键比键比 键的键的强度大。强度大。 9.2 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键1键的极性键的极性9.2.1 分子的极性和变形性分子的极性和变形性 2分子的极性分子的极性非极性分子：非极性分子：正负电荷重心重合正负电荷重心重合H2，Cl2，CH4，CCl4，BF3，CO2非极性共价键，极性共价键。非极性共价键，极性共价键。H2，O2，Cl2HF，CS2非极性键组成的分子。非极性键组成的分子。H2，Cl2，极性键组成多原子分子，中心对称。极性键组成多原子分子，中心

15、对称。空间构型空间构型极性键组成的双原子分子极性键组成的双原子分子 HF，HCl，极性键组成的多原子分子，极性键组成的多原子分子， 无对称中心。无对称中心。HOH-+正负电荷重心不重合正负电荷重心不重合极性分子：极性分子：H2SPH3CHCl3，SO2 = ql Cmq：极上电荷正电中心或负电中心。：极上电荷正电中心或负电中心。偶极矩偶极矩衡量分子极性衡量分子极性=0 时，非极性分子时，非极性分子N2，CH4，BF3，CO2 0 时，极性分子时，极性分子CO，NO，HCl，HFHOH-+极性分子在电场中的取向极性分子在电场中的取向极性分子极性分子-固有偶极永久偶极固有偶极永久偶极分子置于外电场

16、中，核与电子发生相对位分子置于外电场中，核与电子发生相对位移，正负电荷重心位置改动的过程。移，正负电荷重心位置改动的过程。无外电场作用+-+-+在外电场中非极性分子产生诱导偶极，分子变形极化。非极性分子产生诱导偶极，分子变形极化。3.3.分子的极化分子的极化瞬时偶极瞬时偶极分子运动会出现电子和原子轨道的瞬间相对分子运动会出现电子和原子轨道的瞬间相对位移，引起分子中正负电荷重心不重合。位移，引起分子中正负电荷重心不重合。 分子外形发生变化的性质称分子变形性。分子外形发生变化的性质称分子变形性。4. 分子的变形性分子的变形性分子变形性与分子大小有关。分子变形性与分子大小有关。电子数多，分子量大，变

17、形性大。电子数多，分子量大，变形性大。分子被极化的程度变形性大小。分子被极化的程度变形性大小。极化率大，分子变形性大。极化率大，分子变形性大。F2， Cl2， Br2， I2极化率极化率9.2.2 分子间作用力分子间作用力1 1色散力色散力色散力大小与极化率有关。色散力大小与极化率有关。分子量大，极化率大，色散力大。分子量大，极化率大，色散力大。存在于一切分子之间存在于一切分子之间非极性分子间只存在色散力非极性分子间只存在色散力 非极性分子与极性分子间，除了色散力，非极性分子与极性分子间，除了色散力，还有诱导力。还有诱导力。 2 2诱导力诱导力诱导力大小与极性分子固有偶极和非极诱导力大小与极性

18、分子固有偶极和非极性分子极化率有关。性分子极化率有关。3 3取向力取向力极性分子间，除了色散力、诱导力外，极性分子间，除了色散力、诱导力外，固有偶极作用，产生取向力。固有偶极作用，产生取向力。只存在于极性分子之间，只存在于极性分子之间， 取向力取决于取向力取决于分子固有偶极大小。分子固有偶极大小。HF H2O NH3 3间隔增大分子间力减小。间隔增大分子间力减小。分子间力特点分子间力特点 1永远存在于分子间，以色散力为主。永远存在于分子间，以色散力为主。2静电引力，没有饱和性和方向性。静电引力，没有饱和性和方向性。 HClHBrHI，色散力递增，主要。，色散力递增，主要。4. 4. 分子间力对

19、物质性质的影响分子间力对物质性质的影响1熔沸点熔沸点2溶解性溶解性- 类似相溶原理类似相溶原理E从几个从几个kJmol-1几十几十kJmol-1常温常温F2 、 Cl2 、 Br2、I2 聚集形状不同聚集形状不同9.2.3 氢键氢键 HF HCl HBr HI 沸点沸点/ 20.0 -85.0 -67.0 -36.0氢键键能：拆开氢键键能：拆开1mol HY 需求的能量需求的能量1 1氢键氢键XH YX-电负性大，半径小电负性大，半径小Y-电负性大，半径小，含孤对电子电负性大，半径小，含孤对电子XY：FON氢键键长氢键键长XH Y冰氢键表示图冰氢键表示图FFFHHHFFH140o255pmOH

20、HHOHHOHOHOHHOHHH部分分子量小的有机酸、醇、胺、氨基酸等。部分分子量小的有机酸、醇、胺、氨基酸等。1分子间氢键分子间氢键 2 2氢键的种类氢键的种类NH3分子间，分子间， H2O分子间，分子间，HF分子间可以构分子间可以构成氢键，沸点升高。成氢键，沸点升高。H2O与与NH3间，间， H2O与与HF分子间，分子间， NH3与与HF间构成氢键，互溶。间构成氢键，互溶。同一分子内构成氢键，多为有机物，同一分子内构成氢键，多为有机物，构成五六元环。构成五六元环。2分子内氢键分子内氢键-OH，-COOH，-NH2沸点降低沸点降低OHONo 3. 3. 氢键的特点氢键的特点分子间氢键分子间氢

21、键1方向性方向性XH Y2饱和性饱和性FFFFHHH3强弱与电负性有关强弱与电负性有关FHF OH O NH N分子间氢键，加大分子间作用力，使分子分子间氢键，加大分子间作用力，使分子缔合，沸点、熔点显著升高；极性溶剂中缔合，沸点、熔点显著升高；极性溶剂中溶解度增大，液体密度增大。溶解度增大，液体密度增大。 4. 4. 氢键构成对物质性质的影响氢键构成对物质性质的影响分子内氢键，沸点、熔点降低，极性溶剂中分子内氢键，沸点、熔点降低，极性溶剂中溶解度减小。溶解度减小。NH3、PH3、AsH3、SbH3沸点由高到低的顺序沸点由高到低的顺序为为( )。NH3分子间除了分子间除了 、 、 外，外，还有

22、还有 。9.3 离子晶体离子晶体阴、阳离子靠静电引力构成的化学键。阴、阳离子靠静电引力构成的化学键。 CsF， NaCl，KCl， CsCl，MgO，CaO等。等。熔点较高，硬度较大。熔点较高，硬度较大。9.3.1 离子键实际离子键实际1.1.离子键的构成离子键的构成离子型化合物离子型化合物2.2.离子键的特征离子键的特征静电引力，没有饱和性，没有方向性。静电引力，没有饱和性，没有方向性。化学式化学式 1.73. 3. 离子的特征离子的特征 离子的电子构型离子的电子构型 阴离子阴离子 ns2np6 8 F -、Cl-、 O2-等等 阳离子阳离子 1s2 2 Li+、Be2+ 离子离子外层电子排

23、布外层电子排布电子构型电子构型常见实例常见实例 ns2np6 8 Na+、Mg2+、 K+、Ca2+Sc3+Al3+p区区 (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 18+2 B、B ns2np6nd10 18 Cu+、Zn2+、Cd2+ Ag+、 Hg2+过渡元素过渡元素 ns2np6nd19 917 Cr3+、Mn2+、Fe3+ Cu2+、Fe2+ Sn2+、Pb2+、Sb3+、Bi3+ 离子半径离子半径d=r+r-离子半径规律离子半径规律1具有一样电子层构造，具有一样电子层构造， r+ r- dr(Na+)=95pm r(F -)=pmr(K+) r(Cl -)2 r+ (M)

24、 r(M)3同周期电子层构造一样的离子，阳离子同周期电子层构造一样的离子，阳离子 电荷数大，半径小。电荷数大，半径小。4同一主族，一样电荷离子半径增大。同一主族，一样电荷离子半径增大。5同一元素构成不同电荷阳离子，半径随同一元素构成不同电荷阳离子，半径随电荷数增大而减小，电荷数增大而减小，r(Al3+)r(S)r(Na+) r(Mg2+) r(Al3+)r(Na+) r(K+) r(Rb+)r(Fe3+) 0.414r+/r-0.732配位数配位数8r+/r- CaOBaO CsCl）（n11rrZAZ10389. 1U215 阅历公式阅历公式kJ/molZ-离子电荷绝对值，离子电荷绝对值，r

25、+r- 单位单位pmA-马德隆常数，马德隆常数，n-玻恩指数，可查玻恩指数，可查5 .7678111819511748. 110389. 1U5 ）（波恩哈伯循环得波恩哈伯循环得 NaCl U=769.4 kJmol-11. 指出离子晶体熔点高低、晶格能大小顺序指出离子晶体熔点高低、晶格能大小顺序NaF NaCl NaBr NaI U 3889 3513 3152 920 780 740 2. 指出离子的电子构型：指出离子的电子构型：Ba2+，Cr3+，Pb2+， Mn2+，Cu+，Cu2+, Fe2+MgO CaO BaO NaF NaCl NaBr晶格能与阴、晶格能与阴、 阳离子电荷数乘积

26、成正比，阳离子电荷数乘积成正比，与阴、阳离子核间距成反比。与阴、阳离子核间距成反比。5.5.离子极化离子极化1离子的极化力和变形性离子的极化力和变形性正、负离子接近，核与电子发生相对位移，正、负离子接近，核与电子发生相对位移，产生诱导偶极，该过程称离子的极化。产生诱导偶极，该过程称离子的极化。 离子极化力离子极化力 某种离子使异号电荷离子极化变形的某种离子使异号电荷离子极化变形的才干。普通指正离子为主的极化力。才干。普通指正离子为主的极化力。离子极化作用离子极化作用取决于离子极化力和离子变形性大小。取决于离子极化力和离子变形性大小。 离子电荷、半径相近，决议于离子电子构型。离子电荷、半径相近，

27、决议于离子电子构型。离子极化力与电荷半径及离子电子构型有关离子极化力与电荷半径及离子电子构型有关正离子电荷高，半径小，产生的电场强，正离子电荷高，半径小，产生的电场强，离子极化力强。离子极化力强。8电子构型电子构型917Fe2+Ca2+K+P5+Si4+Al3+Mg2+Na+Pb2+ Mg2+ 电子构型一样，普通负离子变形性电子构型一样，普通负离子变形性正离子；正离子； 离子的变形性离子的变形性Ag+K+主要取决于离子半径。离子半径大，变形主要取决于离子半径。离子半径大，变形性大。性大。正离子电荷高，变形性小；正离子电荷高，变形性小；负离子电荷高，变形性大；负离子电荷高，变形性大；电荷半径相近，电荷半径相近，18、18+2、917d电子的电子的正离子变形性较大。正离子变形性较大。S2-I-Al3+ AgCl化合物颜色化合物颜色CuClAgCl AgBr AgI BaCl2SrCl2CaCl2MgCl2Ag2SHgSCaOBeONaCl MgCl2 AlCl3结点上为原子，共价键。结点上为原子，共价键。9. 非离子型晶体非离子型晶体1原子晶体原子晶体原子晶体硬度大、熔点高、普通不导电原子晶体硬度大、熔点高、普通不