东北大学无机化学课件：第11章 无机化学-固体结构

1、第11章 固体结构11.1 晶体结构11.2 金属键理论与金属晶体11.3 离子键理论与离子晶体11.4 分子间作用力与分子晶体11.5 原子晶体与混合型晶体一、 晶体的结构特征11.1 晶体结构晶体石英和非晶体玻璃体的结构 规则的几何外形. 固定的熔点. 晶体性质各向异性. 晶体具有特定的对称性. 二、晶体的特点三、晶格理论的基本概念1晶格与点阵 晶体内部的粒子排列是周期性重复的，如果把具体的重复内容抽象出来看作一个点，那么整个晶体可以简化成是由这些点所构成，点即称为点阵点。这些点阵点的无限组合称为点阵。2. 晶胞和晶胞参数 能代表空间点阵一切特征的最小重复单元，称为晶胞。晶胞是平行六面体，

2、平行六面体的各边的长度a 、b、 c及它们间的夹角、 、称为晶胞参数，或点阵参数。 尽管世界上晶体有千万种，但根据晶胞的特征，可将晶体分为7个晶系。它们是立方晶系、四方晶系、正交晶系、三方晶系、六方晶系、单斜晶系、三斜晶系。3.晶系与空间点阵型式晶系 晶 胞 实 例立 方a= b=c = = = 90 NaCl，CaF2，ZnS四 方a= b c = = = 90 SiO2，MgF2，NiSO4正 交a bc = = = 90 K2SO4，BaCO3，HgCl 六 方a = b c = = 90 =120 SiO2，AgI，CuS 三 方 a = b = c = = CaO NaClKCl五、

3、 离子极化CuCl r(Cu+)=96pm 在水中溶解度很小NaCl r(Na+)=95pm 易溶于水1 离子的电子构型简单的阴离子(如F-、O2-)最外电子层都具有稳定的8e结构。阳离子的电子构型如下：(1) 2e构型(最外层有2e的离子)Li+ 1s2Be2+(2) 8e构型Na+1s22s22p6(3) 18e构型Cu+1s22s22p63s23p63d10Zn2+1s22s22p63s23p63d10(4) (18+2)e构型(次外层为18e，最外层为2e)50Sn2+1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2(5) (9-17)e构型(最外层为9-17e的不饱和

4、结构离子)26Fe3+ 1s22s22p63s23p63d52 离子的极化简单离子+-+-极化诱导偶极离子极化普遍存在于离子晶体中+-极化+-离子极化的强弱取决于：离子的极化力和离子的变形性。3 离子的极化力(1) 离子的电荷越多、半径越小，其产生场强越大，极化力越大。例：Al3+Mg2+Na+(2) 如果电荷相等、半径相近，离子的极化力取决于外电子层构型。18e、(18+2)e、2e (9-17)e 8e4 离子的变形性离子的变形性大小可用极化率来衡量， 越大，变形性越大。离子的半径越大，变形性越大。例：I-Br-Cl-F-阳离子：离子所带电荷数越多，变形性越小； 阴离子：离子所带电荷数越多

5、, 变形性越大。当电荷相等、半径相近时： 18e、(18+2)e、(9-17)e 8e(4) 一般负离子的变形性大于正离子的变形性。4 离子极化的规律一般情况下，正离子：极化力大、变形性小；负离子：极化力小变形性大，所以主要考虑正离子对负离子的极化作用。但是，当正离子为18e构型时，变形性也较大，此时也要考虑负离子对正离子的极化作用。(1) 阴离子相同，阳离子电荷越多、半径越小，极化作用越强。(2) 阳离子电荷相等、半径相近时，阴离子越大，极化作用越强。(3) 附加极化作用（阳离子为18e和182e构型）-+-+-+-5 离子极化对物质结构和性质的影响(1) 离子极化对键型的影响离子极化使得正

6、、负离子的电子云变形而相互重叠，从而在离子键上附加了一定共价键的成分。离子相互极化作用越强，共价键的成分越多，离子键向共价键过渡。(2) 离子极化对晶体构型的影响由于离子的相互极化，离子的电子云相互重叠，键的共价成分增加，键长缩短，当极化作用较强时，晶体会向配位数较小的构型转变。例：AgCl、AgBr属于NaCl型，配位数比：6.6 AgI属于立方ZnS型，配位数比：4.4离子极化作用增强(3) 离子极化对溶解度的影响随着极化作用的增强，离子晶体在水中的溶解度逐渐降低。例：AgF AgCl AgBr AgI在水中溶解度(molL-1)易溶 1.33*10-5 7.3*10-7 9.2*10-9

7、(4) 离子极化对晶体熔点的影响一般说来，离子键中所含的共价键的成分越多，晶体的熔点越低。例：下列物质：MgCl2、CaCl2、SrCl2、BaCl2熔点从高到底的 顺序：BaCl2SrCl2CaCl2MgCl2（5）离子极化导致离子晶体的颜色加深？11.4 分子间力与分子晶体一 分子的极性偶极矩()：分子中正电荷中心(或负电荷中心)上的电量与正、负电荷中心之间距离的乘积。其方向是由正电荷中心指向负电荷中心。单位：库仑米H2 正负电荷中心重合 d=0 =0 非极性分子 HCl+-OHH-+正负电荷中心不重合=3.61*10-30C m=6.23*10-30C m=0极性分子值越大，极性越强表示

8、符号：+-离子型分子+-极性分子非极性分子对于双原子分子来说，分子的极性等于键的极性H2、Cl2：非极性分子HX：极性分子对于多原子分子来说，分子是否有极性不能单从键的极性考虑，还要综合考虑分子的空间构型。CO2：直线形分子，O=C=O， =0，非极性分子NH3：三角锥形， =4.33* 10-30C m，极性分子总之，判断分子极性的直观判据是偶极矩(): =0，非极性分子 =0，极性分子，且越大，分子的极性越强。二 分子的变形性非极性分子+-+诱导偶极诱导偶极=EE：外电场强度:分子极化率分子变形性：分子中因电子云与核发生相对位移而使分子外形发生变化的性质，叫做分子的变形性。越大，分子的变形

9、性越大。通常，分子越大，包含的电子越多，越大，诱导偶极越大，分子的变形性越大。+-+-+-+-+-+-取向-+-+-+-变形 =诱导偶极+固有偶极三 分子间的相互作用 非极性分子间色散力色散力的大小与分子的极化率()有关： 越大，分子之间的色散作用越强。瞬时偶极与瞬时偶极之间的作用力，叫色散力。 极性分子和非极性分子间诱导力 固有偶极和诱导偶极间的吸引力是诱导力。诱导力的大小由两个因素决定：极性分子的偶极矩()：越大，诱导作用越强；非极性分子的极化率()：越大，诱导作用越强。极性分子与非极性分子之间还存在色散力。 极性分子的固有偶极间因取向而产生的引力叫取向力。 极性分子间取向力取向力的大小与

10、分子的偶极矩()：越大，取向力越大。极性分子与极性分子之间还存在：色散力、诱导力。在大多数分子中，色散力取向力诱导力 C6H6-CCl4 CH3OH-H2O He-H2O H2S-H2O例题：下列每组物质中，不同物质分子之间存在 着何种成分分子间力?4 分子间力的特点本质是一种电性引力。分子间力的大小与分子间的距离有关，随着分子间距离 的增大而减弱。既无饱和性又无方向性。作用能一般为几kJmol-1。5 分子间力对物质物理性质的影响(1) 熔、沸点的影响结构相似的同系列物质，随着分子量的增大，熔、沸点逐渐升高。例：希有气体：从He Xe，熔、沸点逐渐升高。HX：从HCl HI，熔、沸点逐渐升高

11、。(2) 溶解度影响分子间力越大，溶解度越大(3) 硬度影响分子间力越大，硬度越大。四 氢键1 氢键的形成表示：XHY2 形成氢键的条件H只能与电负性大、原子半径小且有孤对电子的元素形成氢键。主要：F N O。3 氢键的特点(1) 方向性(2) 饱和性(3) 氢键的健能一般在20-40 kJmol-1。4 氢键的形成对物质性质的影响(1) 对熔、沸点的影响。(2) 对溶解度的影响如果溶质分子与溶剂分子间形成氢键，促进溶解。例：HF、NH3易溶于水。(3) 对黏度影响分子间形成氢键，黏度增大。(4) 对液体密度影响液体分子间若能形成氢键，则液体分子发生缔合。缔合过程为放热过程，所以降低温度，促进缔合。例：nH2O(H2O)n5 分子内氢键ONOOH导致：熔、沸点降低，酸性减弱。11.5 原子晶体和混合型晶体 原子晶体 混合型晶体原子晶体 在原子晶体中，占据在晶格结点上的粒子是原子，结点上的原子之间通过共价键相互结合在一起