晶体及分子间作用力
《分子间作用力 分子晶体》课件(教师版)解析
分子晶体熔化时，一般只破坏了分子间作用力，不 破坏分子内的化学键，但也有例外，如硫晶体（S8）熔 化时，既破坏了分子间的作用力，同时部分S－S键断裂， 形成更小的分子。
几种类型的晶体结构和性质
2、分子晶体的特点： 熔点低、硬度小、易升华。
某些分子晶体的熔点
分子晶体
氧
氮
白磷
水
熔点
－218.3 －210.1
44.2
0
分子晶体 硫化氢
甲烷
乙酸
尿素
熔点
－85.6
－182.5
16.7
132.7
3、典型的分子晶体
（1）所有非金属氢化物 如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等
（2）部分非金属单质 如卤素（X2）、氧（O2）、硫（S8）、氮 （N2）、 白
分布是否均匀等。
范德华力比化学键弱得多。一般来说，某 物质的范德华力越大，则它的熔点、沸点就越 高。对于组成和结构相似的物质，范德华力一 般随着相对分子质量的增大而增强。
二、氢键的形成
氧族元素的氢化物的熔点和沸点
温度/℃
100
H2O
0 H2O
H2Te 沸点
H2Se H2S
H2Te熔点
H2S H2Se
晶体类型 金属晶体 离子晶体 原子晶体 分子晶体
构成微粒 结 构 微粒间作
用力
金属离子、 自由电子
金属键
阴、阳离子 离子键
原子 共价键
分子
分子间作 用力
熔、沸点 有高有低
较高
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
很高
分子晶体构成的微粒及作用力
分子晶体构成的微粒及作用力
分子晶体是由分子构成的晶体，其微粒是分子。
分子是由原子组成的，具有一定的结构和性质。
分子晶体的微粒之间存在着作用力，这些作
用力决定了分子晶体的性质和行为。
分子晶体的微粒之间存在着三种主要的作用力：范德华力、氢键和离
子键。
范德华力是分子之间的一种弱作用力，是由于分子中电子的运
动而产生的。
氢键是一种较强的作用力，是由于氢原子与氧、氮或氟
原子之间的电荷分布不均而产生的。
离子键是一种非常强的作用力，
是由于正负离子之间的电荷吸引力而产生的。
这些作用力决定了分子晶体的物理和化学性质。
范德华力是分子之间
的一种弱作用力，因此分子晶体的熔点和沸点较低。
氢键是一种较强
的作用力，因此分子晶体的熔点和沸点较高。
离子键是一种非常强的
作用力，因此分子晶体的熔点和沸点非常高。
此外，这些作用力还决定了分子晶体的溶解性和化学反应性。
范德华
力较弱，因此分子晶体在溶液中容易分散。
氢键较强，因此分子晶体
在水中容易溶解。
离子键非常强，因此分子晶体在水中不易溶解。
在
化学反应中，这些作用力也会影响反应速率和反应产物的性质。
总的来说，分子晶体的微粒之间存在着三种主要的作用力：范德华力、氢键和离子键。
这些作用力决定了分子晶体的物理和化学性质，包括
熔点、沸点、溶解性和化学反应性。
了解这些作用力对于理解分子晶
体的性质和行为非常重要。
晶体及分子间作用力
金刚石的结构
• 1molC（金刚石）可以形成2molC-C单 键。
•
石墨晶体中层与层之间相隔 • 340pm • ，距离较大，是以范德华力结合
同层的碳原子形成共价键，石墨晶体中层与层之 间相隔距离较大，是以范德华力结合
白磷的结构
白磷中1molP形成1.5molP-P键
共价键数的计算
• 1、1molSiO2中含有4molSi-O单键 • 2、1molC（金刚石）可以形成2molCC单键 • 3、1mol（石墨）中含3/2molC-C单键 • 4、白磷中1molP形成1.5molP-P键
氢键比化学键弱的多但比分子
间的作用力强。
总结：分子间作用力与化学键的比较
作用微粒
作用力大小
意义 影响化学性质 和物理性质（如稳定 性）
影响物理性质 （熔沸点等）
化学键 分子内原子间 作用力大
范德华力
分子之间
作用力小
注意：分子之间无化学键
二、常见晶体及其键数的计算
1molSiO2中含有4molSi-O单键
键数计算
• 1、金刚石的晶体结构是一种空间网状结构，每一个碳原 子与周围的四个碳原子形成一个正四面体，即正四面体中 心的一个碳原子参与形成4个C-C单键，该碳原子对一个 C-C单键的“贡献”都是1/2，所以，正四面体中心的这 个碳原子参与形成的C-C单键数目相当于4×1/2=2， 故金刚石中，1molC（金刚石）可以形成2molC-C单 键。 2、二氧化硅晶体的结构也是一种空间网状结构，每一个 硅原子与周围的四个氧原子形成一个Si、O正四面体，即 硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的 四个顶点上，每一个氧原子参与形成2个Si、O正四面体， 即每一个硅原子与周围的四个氧原子可以形成四个Si-O 单键，所以，1molSiO2中含有4molSi-O单键 3、石墨的空间结构是一种层状结构，在每一层中，每一 个碳原子参与形成3个平面正六边形，每1个正六边形含6 个碳原子，所以，一个碳原子对形成C-C单键“贡献”都 是1/2，考察每一个共用的碳原子形成的C-C单键数目是 3×1/2=3/2，所以1mol（石墨）中含用力（范德华力）和氢键
第05讲 分子间作用力及晶态
控制结晶材料透明性的方法
（1） 控制结晶尺寸
（2）外加透明成核剂
（3）淬火处理
第三节：高分子聚集态结构模型
2.3.1高聚物的晶态结构模型 关于结晶结构模型随着人们对高聚物结晶的逐 步认识，在已有实验事实的基础上，提出了各 种各样的结构模型。但是由于历史条件的限 制，各种模型都或多或少带有一定的片面性； 不同观点之间的讨论至今还在进行，各种模型 还没有一定的结论。在这里我们只简单地介绍 几种主要的结构模型，使我们对高聚物的结晶 有一个初步的认识。
ED R
6
作用能：6-13KJ/mol
3.色散力：分子瞬时偶极之间的相互作用力。 由于电子在不停的旋转，原子核不停的振动， 某一瞬间，分子的正负电荷中心不重合，产 生瞬时偶极。
3 I 1 I 2 1 2 EL I I R 6 2 1 2
2、折叠链模型
这个模型最早由斯托克斯（Storks）在1938年 提出的，但在当时没有能被接受。直到1957年凯勒 （Keller）从稀溶液中培养出聚乙烯单晶体，由电子 显微镜测定并计算出它的厚度在40~100Ao,由于单 晶只存在于晶相中并且有清晰的界面，然而缨状微 束模型不能解释这一现象。
这个模型认为：在晶体中，大分子不改变原来分 子链的键角、键长而非常有规则地反复折叠成链带， 其厚度相当于折叠周期，大约为100Ao，而通常大 分子的长度大于104Ao，所以分子链只能在晶片中 进行折叠，而且分子链与平面垂直。
高分子凝聚态
高分子链之间的几何排列和堆砌状态
液体 高 分 子 凝 聚 态 晶态 固体 非晶态 液晶态 取向态 织态结构 高分子凝聚态结构
直接决定材料的性能
高分子链结构
聚合物的基本性能特点
6-3 分子晶体和分子间作用力
所谓分子的变形性，即分子的 正负电重心的可分离程度。
分子体积越大，电子越多，变 形性越大。
非极性分子在无外电场作用时， 由于运动、碰撞，原子核和电子 的相对位置变化 … … 其正负电重心 可有瞬间的不重合。
极性分子也会由于上述原因改变 正负电重心。
这种由于分子在一瞬间正负 电重心不重合而造成的偶极
在国际单位制中偶极矩
以 C•m（库仑•米）为单位，
当 q = 1 C， d = 1 m 时，
= 1 C•m
C•m 与 D 两种偶极矩单位的 换算关系为
4.8 D = 1.602 10－19 C 1.0 10－10 m 1.602 10－19 1.0 10－10 C•m
1D = 4.8
3. 色散力 瞬间偶极 —— 瞬间偶极 之间有色散力。
由于各种分子均有瞬间偶极， 故色散力存在于
极性分子 —— 极性分子 极性分子 —— 非极性分子 非极性分子 —— 非极性分子
色散力不仅存在广泛，而且在分子 间力中，色散力经常是重要的。
下面的数据可以说明这一点
kJ•mol－1 取向力
Ar
0
HCl
它仅存在于极性分子之间。 取向力的大小与偶极矩的平方成
正比， F 2
2. 诱导力
诱导偶极 —— 永久偶极 之间的作用称为诱导力。
极性分子作为电场，使非极性 分子产生诱导偶极
极性分子作为电场，使极性分 子的偶极增大，产生诱导偶极
这时诱导偶极与永久偶极之间 产生诱导力。
因此诱导力存在于 极性分子 —— 非极性分子 也存在于 极性分子 —— 极性分子
则偶极矩 = q d
当 d = 1.0 10－10 m 即 d 为 1 A°
分子间作用力分子晶体
分子间作用力分子晶体分子晶体（molecular crystal）是由分子间的非共价作用力形成的晶体结构。
这种晶体结构由分散的分子通过弱的相互作用力组成，而不是由金属键或离子键组成的。
分子晶体是一类非常常见的晶体类型，包括有机晶体、冰晶体等。
范德华力是一种由于分子间电子云的偶极瞬时极化而产生的相互作用力。
它是分子晶体中最弱的一种作用力，但也是最普遍和最重要的。
范德华力随着分子间的距离增加而减弱，但随着分子间电荷分布的改变而变化。
范德华力的强度取决于分子的极性和大小。
氢键是另一种重要的分子间作用力。
它是一种特殊的电荷间相互作用力，通常涉及一个氢原子与一个电负性较大的原子（如氮、氧、氟）之间形成的相互作用。
氢键是一种强作用力，能够使分子更紧密地结合在一起。
它在水分子中的作用是形成水的固态结构（冰）的重要原因。
氢键也在很多有机分子晶体中起到关键作用。
π-π相互作用是一种特殊的分子间力，通常涉及芳香环中的π电子云之间的相互作用。
这种相互作用可以使芳香环平行排列并相互叠加，从而增强晶体的稳定性。
π-π相互作用对于一些有机分子晶体，如芳香族化合物晶体，具有重要的作用。
除了这些主要的分子间作用力，还有其他一些较弱的作用力也可以参与分子晶体的形成，例如离域电子的相互作用和疏水作用等。
分子晶体具有一些独特的性质和应用。
首先，它们通常具有较低的硬度和脆性，这是由于它们之间的非共价作用力较弱所致。
其次，分子晶体通常是电绝缘体，因为它们之间没有可以形成导电电子的共价键。
此外，由于分子晶体中分子之间的间隙，它们通常对溶剂和小分子具有较高的吸附能力。
这些特性使得分子晶体在材料科学、化学和生物学等领域具有广泛的应用，如药物晶体工程、分子传感器、光电器件等。
总之，分子间作用力是分子晶体形成的关键因素。
范德华力、氢键和π-π相互作用等主要作用力共同作用，通过将分子组装在一起形成晶体结构。
分子晶体具有一系列特殊性质和应用，成为材料科学和化学研究中的重要主题。
分子间作用力、氢键、不同类型的晶体
晶体的类型
离子晶体 分子晶体 原子晶体 金属晶体
根据晶体构成 微粒和相互作 用不同分为四 种类型：
1、离子晶体
氯化钠晶体和晶体模型
氯 化 钠
Cl-
Na+
1、离子晶体
• 定义：
离子化合物中的阴、阳离子间按一定方式 有规则地排列而成的晶体叫做离子晶体。
构成微粒 阴、阳离子 作用力
离子键
形成离子晶体的物质： 离子化合物（NaCl、Na2O、BaSO4、铵盐等） 物理性质： 具有 的熔沸点，有 的硬度， 固态时 导电，在熔融状态或水溶液中 导电， 有些离子晶体 于水，有些 溶于水。
【问题探究1】
①在NaCl晶体中每个Na+同时吸 ６ 引着＿个Cl ，每个Cl 同时吸引 着＿个 ６ Na+。
【问题探究2】
②在NaCl晶体中是否存在单 个的NaCl分子? 不存在
符号“NaCl”表示什么含义？
归纳 离子晶体一般熔沸点 较高、硬度较大，不 导电，但在熔融状态 时能导电。
2、分子晶体
原子晶 晶体类型 离子晶体 分子晶体 体 熔沸点 硬 度 较高 较硬
金属晶体
很低
一般很软
很高 很硬
有高有低 有硬有软
晶体不导 晶体不导 导电情况 电、熔化 电、熔化 不导电 能导电 微粒种类 离子 分子 微粒间的 作用力 离子键
一般 不导电 大多良好
原子 共价键
分子间 作用力
总结：1、物质熔沸点高低的比较
化学键
原子间 或离子间
作用力大 作用力小
影响化学性质和 物理性质
范德华力
分子之间
影响物理性质 （熔沸点等）
分子之间无化学键
一些氢化物的沸点
分子间作用力分子晶体完整版课件
A.6
B.8
C.10
D.12
【解析】选D。根据干冰结构特点,干冰晶体是一种面心立方结构,每 个CO2周围等距离且最近的CO2有12个(同层4个,上层4个,下层4个)。
【总结归纳】 1.典型的分子晶体模型:
单质碘
干冰
冰
晶胞或结核模型
微粒间作用力
晶胞微粒数 配位数
范德华力 4
范德华力
4 12
范德华力和 氢键
4
2.分子晶体的变化规律: (1)对于组成和结构相似、晶体中不含氢键的物质来说,随着相对分子 质量的增大,范德华力增大,熔、沸点升高。如卤素单质、四卤化碳、 稀有气体等。 (2)同分异构体中,支链越多,熔、沸点越低。如沸点:正戊烷>异戊烷> 新戊烷。芳香烃及其衍生物的同分异构体熔、沸点一般遵循“邻位> 间位>对位”的顺序。
(5)存在氢键的分子的熔、沸点比一般分子的高。 ( ) 分析:×。分子间氢键的存在会导致物质的熔、沸点升高,但是分子内 氢键的存在会降低物质的熔、沸点。 (6)分子晶体熔化时,只破坏分子间作用力,不破坏分子内的化学 键。 ( ) 分析:√。分子晶体熔化时,只是分子间的距离变大,分子并没有变化, 所以不破坏分子内的化学键。
有方向性、 有饱和性
有方向性、有饱 和性
范德华力
氢键
共价键
强度 比较
共价键>氢键>范德华力
①随着分子极性的增 影响
大而增大 强度
②组成和结构相似的 的
物质,相对分子质量越 因素
大,范德华力越大
A—H…B中A、B的 电负性越大,B原 子的半径越小,氢 键越牢固
成键原子半径越 小,键长越短,键 能越大,共价键 越稳定
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总结：分子间作用力与化学键的比较
作用微粒
作用力大小
化学键 分子内原子间 作用力大
范德华力 分子之间
作用力小
意义
影响化学性质 和物理性质（如稳定 性）
影响物理性质
（熔沸点等）
注意：分子之间无化学键
二、常见晶体及其键数的计算
1molSiO2中含有4molSi-O单键
金刚石的结构
• 1molC（金刚石）可以形成2moቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC-C单 键。
• 石墨晶体中层与层之间相隔
• 340pm • ，距离较大，是以范德华力结合
同层的碳原子形成共价键，石墨晶体中层与层之 间相隔距离较大，是以范德华力结合
白磷的结构 白磷中1molP形成1.5molP-P键
共价键数的计算
• 1、1molSiO2中含有4molSi-O单键 • 2、1molC（金刚石）可以形成2molC-
一、分子间作用力（范德华力）和氢键
1.分子间作用力：
把分子聚集在一起的作用力。 影响物质的物理性质，如熔点、沸点等
2.规律：
一般来说，对于组成和结构相似的物质， 相对分子质量越大，分子间的作用力越大， 物质的熔、沸点越高。
为什么H2O、HF、NH3沸点反常？
氢键： 比分子间的作用力稍强的一种 相互作用。 氢键比化学键弱的多但比分子 间的作用力强。
C单键 • 3、1mol（石墨）中含3/2molC-C单键 • 4、白磷中1molP形成1.5molP-P键
键数计算
• 1、金刚石的晶体结构是一种空间网状结构，每一个碳原 子与周围的四个碳原子形成一个正四面体，即正四面体中 心的一个碳原子参与形成4个C-C单键，该碳原子对一个 C-C单键的“贡献”都是1/2，所以，正四面体中心的这 个碳原子参与形成的C-C单键数目相当于4×1/2=2， 故金刚石中，1molC（金刚石）可以形成2molC-C单 键。 2、二氧化硅晶体的结构也是一种空间网状结构，每一个 硅原子与周围的四个氧原子形成一个Si、O正四面体，即 硅原子位于正四面体的中心，四个氧原子位于正四面体的 四个顶点上，每一个氧原子参与形成2个Si、O正四面体， 即每一个硅原子与周围的四个氧原子可以形成四个Si-O 单键，所以，1molSiO2中含有4molSi-O单键 3、石墨的空间结构是一种层状结构，在每一层中，每一 个碳原子参与形成3个平面正六边形，每1个正六边形含6 个碳原子，所以，一个碳原子对形成C-C单键“贡献”都 是1/2，考察每一个共用的碳原子形成的C-C单键数目是 3×1/2=3/2，所以1mol（石墨）中含3/2molC-C 单键