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第三章
微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)
授課人：
目錄
CONTENTS
第一節(jié)
金屬鍵　金屬晶體
第二節(jié)
離子鍵 離子晶體
第三節(jié)
共價(jià)鍵 共價(jià)晶體
第四節(jié)
分子間作用力　分子晶體
第一節(jié)
Part One
金屬鍵　金屬晶體
一、金屬鍵
金屬晶體中的金屬鍵示意圖
金屬原子失去部分或全部外圍電子形成的金屬離子與自由電子之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，化學(xué)上把這種金屬離子與自由電子之間強(qiáng)烈的相互作用稱(chēng)為金屬鍵。
①成鍵微粒：金屬陽(yáng)離子、自由電子
②成鍵本質(zhì)：金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的強(qiáng)烈的靜電作用
一、金屬鍵
金屬特性
導(dǎo)電性
1
導(dǎo)熱性
2
延展性
3
金屬光澤
4
一、金屬鍵
金屬鍵強(qiáng)弱的主要影響因素
金屬元素的原子半徑
單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目
金屬元素的原子半徑越小，金屬鍵越強(qiáng)。
單位體積內(nèi)自由電子的數(shù)目越多，金屬鍵越強(qiáng)。
或金屬陽(yáng)離子所帶電荷或價(jià)電子數(shù)
或金屬陽(yáng)離子半徑的大小
二、金屬晶體
定義：金屬原子之間通過(guò)金屬鍵相互結(jié)合形成的晶體。
微粒間的作用力：金屬鍵
銅的晶體結(jié)構(gòu)模型
組成粒子：金屬陽(yáng)離子和自由電子。
二、金屬晶體
金屬晶體常見(jiàn)堆積方式
如果金屬原子在平面上（二維空間）緊密放置，可有兩種排列方式
非密置層
密置層
金屬晶體的4種基本堆積方式：
簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方和六方。
晶胞中粒子數(shù)目的計(jì)算——均攤法
二、金屬晶體
金屬晶體的四種堆積方式對(duì)比
二、金屬晶體
二、金屬晶體
第二節(jié)
Part Two
離子鍵 離子晶體
一、離子鍵的形成
當(dāng)陰、陽(yáng)離子之間的靜電引力和靜電斥力達(dá)到平衡時(shí)，陰、陽(yáng)離子保持一定的平衡核間距，形成穩(wěn)定的離子鍵，整個(gè)體系達(dá)到能量最低狀態(tài)。
只存在于離子化合物中：大多數(shù)鹽、強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、氫化物等。
成鍵條件：
成鍵元素的原子得、失電子的能力差別很大，電負(fù)性差值大于1.7。
存在：
二、離子晶體
1、定義：由陰、陽(yáng)離子按一定方式有規(guī)則地排列形成的晶體。
2、成鍵粒子：
陰、陽(yáng)離子
3、相互作用力：
離子鍵
強(qiáng)堿、活潑金屬氧化物、大部分的鹽類(lèi)。
4、常見(jiàn)的離子晶體：
二、離子晶體
是指拆開(kāi)1 mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和氣態(tài)陽(yáng)離子時(shí)所吸收的能量。
NaCl(s)→ Na+(g)＋Cl－(g) U=786 kJ·mol－1
晶格能
符號(hào)為：U
——衡量離子晶體中陰、陽(yáng)離子間相互作用力的大小。
二、離子晶體
離子晶體的性質(zhì)
1
具有較高的熔、沸點(diǎn)，難揮發(fā)
離子晶體的熔、沸點(diǎn)取決于構(gòu)成晶體的陰、陽(yáng)離子間離子鍵的強(qiáng)弱，而離子鍵的強(qiáng)弱，可用晶格能的大小來(lái)衡量。
2
硬而脆，無(wú)延展性
離子晶體中，陰、陽(yáng)離子間有較強(qiáng)的離子鍵，離子晶體表現(xiàn)出較高的硬度。當(dāng)晶體受到?jīng)_擊力作用時(shí)，部分離子鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致晶體破碎
二、離子晶體
離子晶體的性質(zhì)
3
導(dǎo)電性
離子晶體不導(dǎo)電，熔化或溶于水后能導(dǎo)電。
離子晶體中，離子鍵較強(qiáng)，離子不能自由移動(dòng)，即晶體中無(wú)自由移動(dòng)的離子，離子晶體不導(dǎo)電。
二、離子晶體
典型離子晶體的結(jié)構(gòu)
晶體類(lèi)型 晶胞 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
NaCl型 ①Na＋、Cl－的配位數(shù)均為6；②每個(gè)Na＋(Cl－)周?chē)o鄰(距離最近且相等)的Cl－(Na＋)構(gòu)成正八面體；③每個(gè)Na＋(Cl－)周?chē)o鄰的Na＋(Cl－)有12個(gè)；④每個(gè)晶胞中含4個(gè)Na＋、4個(gè)Cl－
二、離子晶體
晶體類(lèi)型 晶胞 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
CsCl型 ①Cs＋、Cl－的配位數(shù)均為8；②每個(gè)Cs＋(Cl－)周?chē)o鄰的Cl－(Cs＋)構(gòu)成正六面體；③每個(gè)Cs＋(Cl－)周?chē)o鄰的Cs＋(Cl－)有6個(gè)；④每個(gè)晶胞中含1個(gè)Cs＋、1個(gè)Cl－
二、離子晶體
二、離子晶體
第三節(jié)
Part Three
共價(jià)鍵 共價(jià)晶體
一、共價(jià)鍵的形成
當(dāng)成鍵原子相互接近時(shí)，原子軌道發(fā)生重疊，自旋方向相反的未成對(duì)電子形成共用電子對(duì)，兩原子核間的電子云密度增加，體系的能量降低。
共價(jià)鍵形成的本質(zhì)：
通常情況下，吸引電子能力相近的原子(電負(fù)性差值一般小于1.7)之間易通過(guò)共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵。
一、共價(jià)鍵的形成
形成共價(jià)鍵的條件
非金屬單質(zhì)、共價(jià)化合物、某些離子化合物。
存在共價(jià)鍵的物質(zhì)
一、共價(jià)鍵的形成
共價(jià)鍵具有飽和性
→共價(jià)鍵的飽和性決定了分子的組成
→所有的共價(jià)鍵都具有飽和性。
共價(jià)鍵具有方向性
→決定分子的空間結(jié)構(gòu)
→并不是所有的共價(jià)鍵都具有方向性
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
s-s σ鍵
H-H
1、σ鍵
原子軌道沿核間連線(xiàn)方向以“頭碰頭”的方式重疊形成的共價(jià)鍵叫做σ鍵。
s — p σ鍵
H-Cl
p—p σ鍵
Cl-Cl
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
頭碰頭；
軸對(duì)稱(chēng)；
形成σ鍵的原子軌道重疊程度較大，故σ鍵有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。
σ鍵
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
概念：形成共價(jià)鍵的未成對(duì)電子的原子軌道，采取“肩并肩”的方式重疊，這種共價(jià)鍵叫π鍵，主要類(lèi)型為p－p π鍵，其形成過(guò)程可以表示為下圖：
2、π鍵
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
(1)電子云為鏡面對(duì)稱(chēng)
(2)不穩(wěn)定性
π鍵的特征
(3)以形成π鍵的兩個(gè)原子核的連線(xiàn)為軸，任意一個(gè)原子并不能單獨(dú)旋轉(zhuǎn)，若單獨(dú)旋轉(zhuǎn)則會(huì)破壞π鍵。
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
單鍵 雙鍵 三鍵
σ鍵 1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵 1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵
①s-s電子、s-p電子只形成σ鍵；p-p電子既形成σ鍵，又形成π鍵；且 p-p電子先形成σ鍵，后形成π鍵。
判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
單鍵 雙鍵 三鍵
σ鍵 1個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵 1個(gè)σ鍵、2個(gè)π鍵
判斷σ鍵、π鍵的一般規(guī)律
②共價(jià)單鍵是σ鍵；共價(jià)雙鍵中一個(gè)σ鍵,另一個(gè)π鍵；共價(jià)三鍵中一個(gè)σ鍵,另兩個(gè)π鍵。σ鍵可以獨(dú)立存在,π鍵不能單獨(dú)存在。
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
由同種原子形成的共價(jià)鍵
電子對(duì)發(fā)生偏移，F(xiàn)原子一端相對(duì)地顯負(fù)電性，H原子一端相對(duì)地顯正電性
電子對(duì)不發(fā)生偏移
H—H
H—F
由不同種原子形成的共價(jià)鍵
兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能力相同
非極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)非極性鍵
兩個(gè)成鍵原子吸引電子的能力不同
極性共價(jià)鍵，簡(jiǎn)稱(chēng)極性鍵
3、極性鍵與非極性鍵
二、共價(jià)鍵的類(lèi)型
配位鍵：由一個(gè)原子提供一對(duì)電子與另一個(gè)接受電子的原子形成共價(jià)鍵。
在NH4+中，4個(gè)N—H鍵是完全相同的。
NH4+的結(jié)構(gòu)式
在表示分子或離子的結(jié)構(gòu)式時(shí)，常用“→ ”表示配位鍵，其箭頭指向接受孤電子對(duì)的原子。
4、配位鍵
三、共價(jià)鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
鍵能：
人們把在101 kPa、298 K（25℃）條件下，1 mol氣態(tài)AB分子生成氣態(tài)A原子和B原子的過(guò)程中所吸收的能量，或氣態(tài)基態(tài)原子A原子和B原子形成1 mol氣態(tài)AB分子釋放的最低能量。
通常是298 K、101 KPa條件下的標(biāo)準(zhǔn)值。
單位：kJ·mol-1
鍵能越大,共價(jià)鍵越牢固, 由此形成的分子越穩(wěn)定。
注意：鍵能是指共價(jià)鍵，其他化學(xué)鍵的能量不能叫做鍵能。
三、共價(jià)鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
思考
共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)影響因素
1、原子半徑：同類(lèi)型的共價(jià)鍵,成鍵原子的原子半徑越小,鍵長(zhǎng)越小。
2、共用電子對(duì)數(shù)：相同的兩個(gè)原子間形成共價(jià)鍵時(shí),
單鍵鍵長(zhǎng)>雙鍵鍵長(zhǎng)>三鍵鍵長(zhǎng)。
三、共價(jià)鍵鍵能與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
ΔH＜0時(shí)，為放熱反應(yīng)
ΔH＞0時(shí)，為吸熱反應(yīng)
在化學(xué)反應(yīng)中，舊化學(xué)鍵斷裂吸收能量，新化學(xué)鍵的形成釋放能量。
反應(yīng)焓變與鍵能的關(guān)系為：
ΔH＝反應(yīng)物鍵能總和－生成物鍵能總和
四、共價(jià)晶體
概念：
相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。
金剛石、用金剛石制成的鉆頭
組成的粒子：原子
粒子間的作用力：共價(jià)鍵
常見(jiàn)的共價(jià)晶體
（1）硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）和灰錫（Sn）
（2）金剛砂（SiC）、氮化硅（Si3N4）和二氧化硅（SiO2）
（3）極少數(shù)金屬氧化物，如剛玉(Al2O3)
四、共價(jià)晶體
在金剛石晶體里以共價(jià)鍵跟4個(gè)碳原子結(jié)合，形成正四面體，被包圍的碳原子處于正四面體的中心。
最小的碳環(huán)由6個(gè)碳組成，且不在同一平面內(nèi)。
晶體中C—C—C夾角為109°28′；
四、共價(jià)晶體
晶體硅：將金剛石晶胞中的碳原子換成硅原子，就是晶體硅的晶胞。每個(gè)晶體硅晶胞中有8個(gè)硅原子。
碳化硅：將晶體硅晶胞的頂點(diǎn)、面心上的硅原子換成碳原子，體內(nèi)4個(gè)硅原子不變，就是碳化硅的晶胞。
晶體硅的結(jié)構(gòu)示意圖
碳化硅的晶胞
每個(gè)碳化硅晶胞中有4個(gè)碳原子、4個(gè)硅原子。
四、共價(jià)晶體
共價(jià)晶體的物理性質(zhì)
①熔點(diǎn)很高
共價(jià)晶體中，原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，要使物質(zhì)熔化就要克服共價(jià)鍵，需要很高的能量。
②硬度很大：共價(jià)鍵作用強(qiáng)。
③一般不導(dǎo)電，但晶體硅是半導(dǎo)體
④難溶于一般溶劑
熔點(diǎn)高（通常＞1000 ℃），如金剛石的熔點(diǎn)大于3 550 ℃。
共價(jià)晶體中原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體熔、沸點(diǎn)就越高。
第四節(jié)
Part Four
分子間作用力　分子晶體
氣體分子能夠凝聚成相應(yīng)的固體或液體，表明分子之間存在著分子間作用力。
分子間作用力實(shí)質(zhì)上是一種靜電作用，它比化學(xué)鍵弱得多。
范德華力和氫鍵是兩種最常見(jiàn)的分子間作用力。
共價(jià)分子之間都存在著分子間作用力。
一、范德華力
一、范德華力
大多數(shù)共價(jià)化合物，例如：
1. CO2、H2SO4、HF, H2O, AlCl3、各種有機(jī)化合物等；
2. 大多數(shù)非金屬單質(zhì)，例如： H2、P4、S8、C60等。
3. 各種稀有氣體（例如Ar、Kr）等。
范德華力存在：
一、范德華力
1、范德華力很弱，比化學(xué)鍵的鍵能小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。
范德華力特點(diǎn)
2、對(duì)于組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，范德華力一般隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大。
3、范德華力一般沒(méi)有飽和性和方向性，只要分子周?chē)臻g允許，當(dāng)氣體分子凝聚時(shí)，它總是盡可能多地吸引其他分子。
一、范德華力
可以影響物質(zhì)的溶解度
范德華力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響
溶質(zhì)與溶劑分子間的范德華力越大，物質(zhì)的溶解度越大。
二、氫鍵
水分子之間形成氫鍵的示意圖
2、氫鍵通常是物質(zhì)在液態(tài)時(shí)形成的，但有時(shí)也存在于某些晶體或氣態(tài)物質(zhì)中，如氟化氫在三種狀態(tài)下均存在氫鍵。
氫鍵的存在：
1、氫鍵是一種既可以存在于分子之間又可以存在于分子內(nèi)部的作用力。
鄰羥基苯甲醛分子內(nèi)的氫鍵
二、氫鍵
X—H----Y強(qiáng)弱 與X和Y的電負(fù)性有關(guān).
電負(fù)性越大，則氫鍵越強(qiáng)
如F原子電負(fù)性最大，因而F-H…F是最強(qiáng)的氫鍵;
原子吸引電子能力不同，所以氫鍵強(qiáng)弱變化順序?yàn)椋?br/>F-H…F > O-H…O > O-H…N > N-H…N
C原子吸引電子能力較弱，一般不形成氫鍵。
氫鍵強(qiáng)弱
二、氫鍵
1、氫鍵比化學(xué)鍵的鍵能小，但比范德華力強(qiáng)，不屬于化學(xué)鍵，是除范德華力外的另一種分子間的作用力。
氫鍵特點(diǎn)
2、飽和性
3、方向性
二、氫鍵
氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響
1、氫鍵主要影響物質(zhì)的熔、沸點(diǎn)。
2、氫鍵可影響物質(zhì)的溶解度。
3、氫鍵可影響液體的黏度。
本章小結(jié)
金屬鍵
金屬晶體
共價(jià)鍵
共價(jià)晶體
不良反應(yīng)
離子鍵
離子晶體
共價(jià)鍵的形成
共價(jià)鍵類(lèi)型
共價(jià)晶體
離子鍵
晶格能
離子晶體特點(diǎn)及類(lèi)型
金屬鍵及金屬性質(zhì)
金屬晶體類(lèi)型
金屬晶體計(jì)算
分子間作用力
分子晶體
范德華力
氫鍵
分子晶體
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