《工科化学》课件工科化学3章10-12.ppt
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1、2023-10-111第三章第三章 化学键和晶体结构化学键和晶体结构 本章要求1掌握离子键的形成及其特征2掌握共价键的形成条件和本质及现代价键理论的要点,明确共价键的类型,了解键能、键长及键角等键参数3掌握杂化轨道的概念、杂化轨道的基本类型及其与空间构型的关系4理解分子轨道理论的基本要点,并能用其解释第一、二周期同核双原子分子的结构和性质5.了解价层电子互斥理论的基本要点,并能用其解释多原子分子或离子的空间构型6了解分子间作用力和氢键对物质某些性质的影响7了解金属键的形成、特性和金属键理论要点8在理解化学键、分子间作用力(包括氢键)的本质和特性的基础上,掌握晶体的基本类型、性质和特点;了解离子
2、极化对晶体性质的影响9了解晶体缺陷的概念及其应用;初步了解非晶体和液晶2023-10-112第一节离子键和离子晶体第一节离子键和离子晶体离子键和离子晶体的形成条件离子键和离子晶体的形成条件电负性差异较大的活泼金属与活泼非金属接近时,易发生电子转移形成正负离子,正负离子通过静电引力结合形成化合物。这种由正负离子间的静电引力形成的化学结合力称离子键(ionbond),形成的化合物称离子化合物,晶体称离子晶体一、离子键理论一、离子键理论(柯塞尔,W.Kossel,1916)(一)离子键的形成和特征(一)离子键的形成和特征成键两步骤形成正负离子和成键。例:氯化钠nNa(3s1)nNa(2s22p6)n
3、Cl(3s23p5)nCl(3s23p6)nNaCl2023-10-113图图3.1 3.1 势能图势能图成键过程中势能变化情况(见下页图)2023-10-114形成离子键的条件成键原子电负性相差较大(1.7以上)。例,氯化钠是典型的离子晶体(二)离子的性质(二)离子的性质包括:离子的电荷、离子的电子构型和离子半径(1)离子的电荷对简单正负离子,离子的电荷是指形成离子键时,原子得到或失去电子后所具有的电荷数(2)离子的电子构型是原子失去或得到电子所形成的外层电子构型。有下表所示几种注意电子构型不同,对离子的极化影响很大2023-10-115类型最外层电子构型例元素所在区域稀有气体电子构型2电子
4、构型ns2Li、Be2s区8电子构型ns2np6Na、Cl、O2F、Sr2p区非稀有气体的电子构型18电子构型ns2np6nd10Zn2、Cu、Ag、Hg2ds区182电子构型(n1)s2(n1)p6(n1)d10ns2Sn2、Pb2、Sb3、Bi3p区917电子构型ns2np6nd19Cr3、Mn2、Cu2、Fe2、Fe3、V3d区、ds区2023-10-116(3)离子半径依据:核间距d=rr戈尔德施米特离子半径(略)以r(F)=133pm;r(O2)=132pm为基础,d可由x射线衍射法测得d后,其它离子半径可求例:MgO:d=210pm,故Mg2+离子的半径r(Mg2)=210pm13
5、2pm=78pm鲍林离子半径,由下式推算:式中,k是决定于主量子数n的常数,Z为核电荷数,为屏蔽常数zkrd=rrrr图图3.2 离子半径示意图离子半径示意图2023-10-117离子半径离子半径离子半径离子半径离子半径离子半径离子半径AgAl3As3As3AuBrBr7B3Bi5Ba2Be2126504722213719539207413531C4Ca2Cd2Cl7C4ClCr6Co2Cr3CuCs2609997261518152746496169Fe2Fe3FGe4Ga3HHg2In3I7I766013653622081108150216KLiLa3Mn7Mn2Mo6Mg2N3NaNi21
6、3360115468062651719569Nb5O2Pb2P3Pb4P5RbSe2Si4Sn47014012121284341481984171Se6S6S2Sb5Si4Sb3Sc3Sr2Te2Ti44229184622702458111322168Ti3Tl3TlTe3V5V2W6Y3Zr4Zn26995140565966629380742023-10-118正负离子半径的变化规律正负离子半径的变化规律(a)同一周期从左至右,主族正离子半径随电荷数增加而减小。例r(Na)r(Mg2)r(Al3)r(Si4)(b)同一主族,相同电荷离子半径随电子层数增加而增大。例r(Li)r(Na)r(K)
7、r(Rb)r(Cs)(c)同一元素:正离子半径原子半径负离子半径。一般正离子半径约为10pm170pm,负离子半径约为130pm250pm(d)同一元素形成不同电荷正离子时,电荷数大的离子半径小于电荷数小的离子半径。如r(Cr3)=64pm,r(Cr6)=52pm2023-10-119二、离子晶体二、离子晶体(一)晶体(一)晶体(crystal)的基本概念的基本概念无机固态物质多为晶体。非晶体又称无定形体(1)晶体的定义稍作了解凡原子、分子或离子在空间按一定规律(点阵结构)作周期性排列构成的物质即称为晶体晶体中,每一个规则排列的微粒皆抽象为几何学中的点,称为结点;重复出现的空间构型称晶格(la
8、ttice);能代表晶体一切特征的最小单位称晶胞(unitcell):晶格是晶胞在三维空间无限重复构成。晶胞的特征可用三个棱长a、b、c和3个棱边的夹角、6个参数,称晶胞参数。按晶胞参数不同,晶体划分为7个晶系2023-10-1110晶系边长夹角晶体实例立方四方正交三方六方单斜三斜a=b=ca=bcabca=b=ca=bcabcabc=90=90=90=90=90,=120=90,12090Cu,NaClSn,SnO2I2,HgCl2Bi,Al2O3Mg,AgIS,KClO3CuSO45H2O2023-10-1111(2)晶体的共同特性有确定的熔点(玻璃为非晶体,无确定的熔点)能自发地形成规则
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