分子间作用力分子晶体.ppt

1、专题3 微粒间作用力与物质性质,分子间作用力 分子晶体,第四单元,*,2,金刚石（硅）,每个碳原子周围有4个碳原子，形成正四面体构型,1）、金刚石晶体中每个碳原子和几个碳原子相连？形成的什么样的空间构型？,2）、晶体中有最小的环是什么样的环？,最小的环是六元环，但不共平面,3）、晶体中每个碳原子参与了 条C-C键的形成，碳原子个数与C-C键数比为,4,1：4/2=1：2,3,4,。,分子间存在作用力的事实：,由分子构成的物质，在一定条件下能发生三态变化，说明分子间存在作用力。,5,分子间存在一种把分子聚集在一起的作用力分子间作用力,常见的两种 分子间作用力,分子间作用力,范德华力,氢键,范德华

2、(J.D.van der Waals,18371923)，荷兰物理学家。他首先研究了分子间作用力，1910年获诺贝尔物理学奖，因确立真空气体状态方程和分子间范德华力而闻名于世。,6,(1)范德华力很弱， (2)范德华力一般没有饱和性和方向性,1. 范德华力,是一种普遍存在于固体、液体和气体中分子间的作用力。,（1）什么是范德华力,范德华力与共价键的区别,7,卤素单质的相对分子质量和熔、沸点的数据见表3-9。请你根据表中的数据与同学交流讨论以下问题： （1）卤素单质的熔、沸点又怎样的变化规律？ （2）导致卤素熔、沸点规律变化的原因是什么？它与卤素单质相对分子质量的变化规律又怎样的关系？,表3-9

3、卤素单质的相对分子质量和熔、沸点,结论：,对于组成和结构相似的分子，其熔、沸点一般随着相对分子质量的增大而升高,8,(2) 范德华力与相对分子质量的关系,对于组成和结构相似的分子，其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大,结论：,9,（1）组成和结构相似的分子，一般相对分子质量越大，范德华力越大。克服分子间作用力使物质熔化和气化就需要更多的能量，熔、沸点越高。 （2）分子的大小、分子的空间构型和分子的电荷分布是否均匀等，都会对范德华力产生影响。,2. 影响范德华力大小的因素,10,范德华力对物质性质的影响,(阅读教科书P50),结论： （1）影响物质的类型：由分子构成的物质 （2）影响由分子

4、组成物质的一些物理性质： 如熔点、沸点、溶解度等。 例：氧气在水中的溶解度比氮气大，原因是氧分子与水分子之间的范德华力大,问题： 范德华力对什么样的物质的什么性质产生影响？,11,教科书P50,几种类型的范德华力,12,相邻原子 之间,作用力强烈,影响物质的化学性质和物理性质,分子之间,作用力微弱,影响物质的物理性质（熔、沸点及溶解度等）,化学键与范德华力的比较,13,1.下列物质中，其沸点可能低于SiCl4的是( ) A. GeCl4 B. SiBr4 C. CCl4 D. NaCl,C,练 习,2. 下列叙述正确的是( ) A. 氧气的沸点低于氮气的沸点 B. 稀有气体原子序数越大沸点越高

5、 C. 分子间作用力越弱，则由分子组成的物质 熔点越低 D. 同周期元素的原子半径越小越易失去电子,B C,14,3. 将干冰气化，破坏了CO2分子晶体的 .,将CO2气体溶于水，破坏了CO2分子的 .,分子间作用力,共价键,练 习,4.请预测的熔沸点高低 （1）HF、HCl、HBr、HI （2）H2O、 H2S 、H2Se、 H2Te,事实是否是这样的吗？,15,H2O,H2S,H2Se,H2Te,HF,HCl,HBr,HI,NH3,PH3,AsH3,SbH3,CH4,SiH4,GeH4,SnH4,一些氢化物的沸点,16,结论： H2O 、NH3 、HF比同主族氢化物的沸点高？,猜想： H2

6、O、 NH3、 HF除了范德华力之外，是否还存在一种作用力？,17,氢键： 除范德华力外的另一种分子间作用力，它是由已经与电负性大的原子（F、O、N等）形成共价键的H原子遇另一分子中电负性大原子半径小且有孤对电子的原子（如F、O、N）能形成氢键。 注意： 氢键是另一种分子间作用力，不属于化学键。,2. 氢键：,18,在H2O分子中，由于O原子吸引电子的能力很强，HO键的极性很强，共用电子对强烈地偏向O原子，亦即H原子的电子云被O原子吸引，使H原子几乎成为“裸露”的质子。这个半径很小、带部分正电荷的H核，就能与另一个H2O分子中带部分负电荷的O原子的孤电子对接近并产生相互作用。这种静电相互作用就

7、是氢键。,水分子间形成的氢键,19,H2O中氢键的形成过程,在水分子中的OH中，共用电子对强烈的偏向氧原子，使得氢原子几乎成为 “裸露”的质子，其显正电性，它能与另一个水分子中氧原子的孤电子对产生静电作用，从而形成氢键。,20,氢键成因探究,思考讨论：,从H2O、 NH3 、HF的成键情况和中心原子价层电子等讨论形成氢键的条件,（1）氢键的形成条件,X、 Y为电负性大，而原子半径较小的且有孤对电子非金属原子，可相同也可不同，如F、O、N等。,21,（2）氢键的表示方法：,XH Y,氢键,22,（3）氢键键能大小：,氢键 比范德华力要强而比化学键弱的分子间作用力,(4)氢键的强弱与X和Y的电负性

8、大小有关,一般X、Y元素的电负性越大，半径越小，形成的氢键越强。例如：F-HF O-HO N-HN,23,教科书 P52,1. 请解释物质的下列性质： （1）NH3极易溶于水。 （2）氟化氢的熔点比氯化氢的高。 2. 邻羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸是同分异构体,预测对羟基苯甲醛与邻羟基苯甲醛熔点的高低，并解释。,24,对羟基苯甲酸能形成分子间氢键,邻羟基苯甲酸能形成分子内氢键,25,26,为什么冰的密度比液态水小?,解释水结冰时体积膨胀、密度减小的原因。 氢键在生命体分子中的作用？,教科书 P52,27,水分子三态与氢键的关系,28,水分子间形成的氢键,在固态水（冰）中，水分子大范围地以氢键互相联

9、结，形成相当疏松的晶体，从而在结构中有许多空隙，造成体积膨胀，密度减小，因此冰能浮在水面上。,29,30,（6） 氢键对物质性质的影响,对熔点和沸点的影响 分子间形成氢键会导致物质的熔沸点 升高 分子内形成氢键则会导致物质的熔沸点 降低 对溶解度的影响 溶质分子与溶剂分子之间形成氢键使溶 解度增大。,31,从氢键的角度分析造成尿素、醋酸、硝酸三种相对分子质量相近的分子熔沸点相差较大的可能原因。,32,化学键、氢键和范德华力的比较,物质分子间存在的微弱相互作用,分子间,比化学键弱得多,随范德华力的增大，物质的熔沸点升高、溶解度增大,比化学键弱得多，比范德华力稍强,分子中含有与H原子相结合的原子半

10、径小、电负性大、有孤对电子的F、O、N,分子间（内）电负性较大的成键原子通过H原子而形成的静电作用,分子间氢键使物质熔沸点升高硬度增大、水中溶解度增大,分子内氢键使物质熔沸点降低、硬度减小,影响物质的化学性质和物理性质,相邻的原子或离子之间的强烈的相互作用。,原子或离子,很强烈,克服它需要较高的能量,33,1下列物质中不存在氢键的是 （ ） A冰醋酸中醋酸分子之间 B一水合氨分子中的氨分子与水分子之间 C液态氟化氢中氟化氢分子之间 D可燃冰（CH48H2O）中甲烷分子与水 分子之间,D,练 习,2固体乙醇晶体中不存在的作用力是( ) A极性键 B非极性键 C离子键 D氢键影响,C,34,练 习

11、,3下列有关水的叙述中，可以用氢键的知 识来解释的是( ) A水比硫化氢气体稳定 B水的熔沸点比硫化氢的高 C氯化氢气体易溶于水 D0时，水的密度比冰大,BD,4下列说法不正确的是( ) A分子间作用力是分子间相互作用力的总称 B范德华力与氢键可同时存在于分子之间 C分子间氢键的形成除使物质的熔沸点升高 外，对物质的溶解度、硬度等也有影响 D氢键是一种特殊的化学键，它广泛地存在 于自然界中,D,35,分子晶体,36,图3-35是干冰(CO2)分子晶体模型。通过学习有关分子间作用力的知识，你知道下列问题的答案吗？ 1.构成分子晶体的微粒是什么？ 分子晶体中微粒间的作用力是 什么？ 2.分子晶体有

12、哪些共同的物理性 质？为什么它们具有这些共同 的物理性质？,37,分子晶体,（1） 分子间以分子间作用力相结合的晶体叫分子晶体。 （2）构成分子晶体的粒子是： （3）微粒间的相互作用是：,由于分子晶体的构成微粒是分子，所以分子 晶体的化学式几乎都是分子式。,1.分子晶体的概念及其结构特点：,分子,范德华力,38,不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存着范德华力和氢键。,思考：,是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？,39,由于分子间作用力很弱，所以分子晶体一般具有： 较低的熔点和沸点； 较小的硬度； 固体及熔融状态不导电。有的溶于水能 导电。,2.分子晶体的物理特性,40,(1

13、) 所有非金属氢化物： H2O、H2S、NH3、CH4、HX (2) 大多数非金属单质: X2、N2、 O2、 H2、 S8、 P4、C60 (3) 大多数非金属氧化物: CO2、 SO2、N2O4、P4O6、P4O10 (4) 几乎所有的酸： H2SO4 、HNO3 、H3PO4 (5) 大多数有机物： 乙醇，冰醋酸，蔗糖,3.典型的分子晶体,41,4、分子晶体熔、沸点高低的比较规律 分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。 因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范德华力和氢键）的大小

14、。,42,（1）组成和结构相似的物质， 烷烃、烯烃、炔烃、饱和一元醇、醛、羧酸等同系物的沸点均随着碳原子数的增加而升高。 分子间有氢键的物质（HF、H2O、NH3等）熔、沸点升高且不遵循上述规律。形成分子内氢键的物质，其熔、沸点低于形成分子间氢键的物质。,相对分子质量越大，熔沸点越高。,43,（2）在碳原子数相同的烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多_。如沸点：正戊烷 异戊烷 新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“_”的顺序。,熔沸点越低,邻位 间位 对位,44,CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示。请你从两种晶体的构成微粒及微粒间作用力的角度，分析导致干冰和二氧化硅晶体

15、性质差异的原因。,45,5. 干冰的晶体结构,（1）二氧化碳分子的位置：在晶体中截取一个最小的正方体，正方体的八个顶点都落到CO2分子的中心，在这个正方体的每个面心上还有一个CO2分子。,81/8+61/2=4,12个,46,由此可见，与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 。,47,小 结：,1. 晶体类型的判断： 一是看构成晶体微粒的种类，二是看微 粒之间的作用力 2. 由晶体性质可推断晶体类型，由晶体类型也可推断晶体的性质。,48,几种类型晶体的结构和性质比较,金属阳离子 和自由电子,阴、阳 离子,原子,分子,金属键,离子键,共价键,分子间 作用力,较高,很高,少数很高或很低,较低,

16、多数较大 少数较小,较大,很大,较小,良导体,不导电,Cu 、A l,NaCl、 CsCl,金刚石、 SiO2,干冰、 冰,熔化或溶于水导电,固体及熔融状态不导电,有的溶于水能导电。,49,晶体熔沸点高低的判断,1. 不同晶体类型的物质：,原子晶体离子晶体分子晶体,2. 同种晶体类型的物质：,离子晶体,晶体内微粒间作用力越大，熔沸点越高,原子晶体,离子所带电荷越多、离子半径越小，晶格能越大，离子键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。,原子半径越小、键长越短、键能越大，共价键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。,50,分子晶体,组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分 子间作用力越大，熔沸点越高；

17、,具有分子间氢键的分子晶体，分子间作用力显著增大，熔沸点升高。,相对分子质量相近的分子晶体，分子极性越大，分子间作用力越大，熔沸点越高；,金属晶体,金属原子半径越小、单位体积内自由电子数目越多，金属键越强，晶体熔沸点越高、硬度越大。,51,混合晶体,石墨的晶体结构模型,52,石墨晶体的结构特点和性质,分层的平面网状结构，层内C原子以 与周 围的 个C原子结合，层间为 ；,层内最小环有 个C原子组成； 每个C原子被 个最小环所共用； 每个最小环含有 个C原子， 个碳碳键； C原子与碳碳键个数比为 。,共价键,3,分子间作用力,6,3,2,3,23,（2）石墨晶体的导电性和润滑性,（1）石墨晶体的结构特点,53,1.下列物质中，固态时一定是分子晶体的是 A. 酸性氧化物 B. 非金属单质 C. 碱性氧化物 D. 含氧酸,D,2.下列哪种情