分子结构和晶体结构
晶体结构的分类
晶体结构的分类晶体结构是材料科学中重要的研究对象之一，它描述了材料原子、分子或离子的排列方式和周期性。
根据晶体结构的不同，可以将其分为分子晶体、离子晶体和金属晶体三大类。
1. 分子晶体：分子晶体是由分子构成的晶体。
它的特点是分子内部的化学键比较强，而分子之间的相互作用较弱。
分子晶体通常以共价键或极性键相连，如氢键和范德华力。
这些相互作用力比较弱，所以分子晶体的熔点一般较低。
此外，分子晶体在晶格中的排列方式通常较为规则，呈现出较强的周期性。
分子晶体的典型代表是冰，其晶体结构由水分子通过氢键排列而成。
2. 离子晶体：离子晶体是由阳离子和阴离子组成的晶体。
它的特点是阳离子和阴离子之间以离子键（电荷引力）相互作用，这种相互作用力比较强，所以离子晶体的熔点一般较高。
离子晶体的结构较为紧密，离子之间形成了三维晶格。
离子晶体的典型代表有氯化钠（NaCl）和氧化镁（MgO）。
在离子晶体中，阳离子和阴离子的比例需要满足电中性条件。
3. 金属晶体：金属晶体是由金属原子构成的晶体。
金属晶体的特点是金属原子之间形成了金属键，即金属原子间的价电子自由流动形成了电子云。
金属键的强度较弱，所以金属晶体的熔点一般较低。
金属晶体的结构通常是一个由正离子核组成的细胞，正离子核之间被电子云均匀地包围着。
典型的金属晶体有铁、铜和铝等。
除了以上三类晶体，还存在着复合晶体和非晶体。
复合晶体是由两种或多种物质组成的晶体，这些物质可以是离子、分子或金属。
复合晶体的结构较为复杂，几种物质相互依存形成了一个复杂的三维结构。
非晶体是一种无定形的材料，在结构上没有明确的周期性。
非晶体通常是通过快速冷却或高压制备而成，如玻璃和聚合物材料。
综上所述，晶体结构根据其构成单位和相互作用类型的不同，可以分为分子晶体、离子晶体和金属晶体三大类。
通过深入研究晶体结构与性质之间的关系，可以揭示材料的物理、化学和力学特性，为材料设计和应用提供理论依据。
7.3 分子结构与晶体结构
Cl 3p － 1251 kJ· mol － 1 (以上数据根据 I1 值估算) 左面 3 个轨道能量相近，彼此间均可组合，形成分子
轨道 ；但 Na 3 s 比左面 3 个轨道的能量高许多， 不能形成共价键，只以离子键相结合。
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③ AO最大重叠原则AO Maximum Overlap ：
AO不能任意组合，AO组合为MO时，根据
三角形 正四面体 正四面体 正四面体 三角形 三角双锥 分子构型
Cl Cl Al Cl
S H H
S O O O
H
H N
F
N
H H
F
O
O
F
三角形 V字构型
三角锥
正四面体 V字形 T字形
CO2
O3
OF2
XeF2 XeF4
中心原子 平面 三角 直线型 四面体 八面体 价层电子对 三角形 双锥 空间构型
HO Type LP
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VBT,HOT和VSEPRT这些理论可以比较直观、较好的说 明共价键的形成和分子的几何构型，但它们也并非是完 美无缺的，也存在明显的不足： （1）无法解释单电子离子的形成H2+ , 三电子离子He2+ 的存在; （2）O2中的三电子π键和O2 和B2分子磁性的大小. （3） 难以解释某些复杂分子以及有离域大π键的有机 分子的结构. 为此,1932年Mulliken和Hund提出MOT,这个理论的 核心是分子中的电子再不属于某一个原子所有,而是在 整个分子范围内运动,这些电子的运动状态的描述不能 再用AO来说明,只能用MO来说明.
叁键 ﹥ 双键 ﹥ 单键
结论：要尽量避免具有较大斥力的电子对分布 在互成90°的方向上。
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二、VSEPRT判断分子结构的步骤 1.确定中心原子的价电子对数VP
原子分子结构及晶体结构
原子分子结构及晶体结构【导读】【正文】一、原子分子结构原子分子结构是指物质最基本的组成单位，原子和分子的排列和结构方式。
根据原子核周围电子的排布不同，可以将原子分为电子云结构、充满电子云结构和核壳结构。
典型的电子云结构是氢原子，其电子围绕在原子核周围形成球形的电子云。
充满电子云结构的原子如氦、氖等，其电子填满了所有的轨道，使得电子密度均匀分布。
而核壳结构中，电子在核外的几个壳层上分布，形成可见的电子云层。
原子分子结构研究的应用广泛。
首先，它有助于解释原子和分子在化学反应中的行为。
不同类型的化学键在不同的反应中具有不同的反应性，而这种反应性可以从原子分子结构的角度进行解释。
其次，原子分子结构也对材料的物理性质产生重要影响。
例如，金属中的电子云结构导致了金属的高导电性和高热导性，而电子间的共享和排斥效应使得分子的稳定性和化学反应性各不相同。
二、晶体结构晶体结构是指物质的原子或分子在空间中有序排列的结构。
晶体是具有明确外形和规则结晶面的物质，由经组织排列的原子、离子或分子组成。
晶体的结构可以通过晶体衍射技术来研究。
晶体的最小单位是晶胞，它是晶体中具有完整周期性的最小结构。
晶胞内可以包含一个或多个原子或离子。
晶体的结构可以通过晶胞的对称性和晶胞中原子或离子的排列方式来描述。
常见的晶体结构包括面心立方结构、体心立方结构和密堆积结构。
面心立方结构中，原子或离子位于结构的交叉点，形成立方体中的每个面上一个原子。
体心立方结构中，除了交叉点上的原子，还有一个原子位于立方体的正中心。
密堆积结构中，原子或离子按照最紧密堆积的原则排列，每个交叉点上有两个原子。
晶体结构的研究在材料科学和固态物理学中具有重要意义。
首先，晶体的结构对物质的物理和化学性质产生重要影响。
例如，晶体的结构可以影响电子在晶体中的传导性能、材料的机械性能以及光的吸收和发射性质。
其次，通过控制晶体结构，可以调节材料的性能和功能。
例如，通过调节晶体的控制条件可以获得不同的形貌、大小和形貌的纳米材料，从而调节其光学、电学和磁学性能。
分子结构和晶体结构
分子结构和晶体结构
分子结构是指由原子通过共价键或离子键结合在一起形成的化学物质的结构。
在分子结构中，原子通过共享或转移电子来形成化学键，从而形成分子。
分子结构的确定涉及到原子的相对位置、连接方式以及构建分子的键角和键长等因素。
一个分子的分子结构取决于其化学成分、原子之间的相互作用以及外部条件。
有时通过实验技术如X射线衍射、核磁共振等来确定分子结构，也可以通过计算化学方法进行模拟预测。
分子结构对于化学性质的理解和预测具有重要意义。
分子结构决定了化学键的性质，从而决定了分子的稳定性、反应性以及结构对环境的相互作用。
例如，有机分子的分子结构确定了其化学反应类型和活性，从而影响了其在生物体内的作用和传递。
晶体结构是指由一系列有序排列的分子结构或离子结构组成的固体物质的结构。
晶体中的分子或离子在三维空间中按照规则的重复模式排列，形成周期性的长程有序性。
晶体结构决定了晶体的物理性质，如硬度、电导率和热传导性等。
晶体结构的确定也需要通过实验技术如X射线衍射、电子衍射等来进行。
通过实验技术，可以确定晶格常数、晶胞参数以及晶体中原子或离子的位置。
根据这些实验数据，可以推导出晶体的晶体学所属类群。
晶体结构中的分子或离子以三维网络排列，每个晶节中都包含着完全相同的分子或离子。
晶体中的键角、键长和键类型等可以通过晶体结构来推断。
晶体结构通过周期性的空间群反应着晶体的对称性。
分子结构与晶体结构大学化学
反应物浓度、取走产物等方法促进反应进行。
键参数。
键参数 键能。
在298K和100kPa条件下，气态分子断开1mol化学键所
需最低的能量（这里所说的是共价键的键能，不同类型的化
学键有不同的键能。离子键的键能叫晶格能，金属键的键
能叫内聚能）。 （表7.4）列举了一些常见共价键的键能数据。
键能数据不是直接测定的实验值，而是根据大量实验数
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长，破坏水质；
可溶性肥料和洗涤剂中的磷酸盐可促使水域中藻类生
农药和冶炼厂排除的AsO2+，可使人体的肾功能衰退，神
CN－可以使人致命。这一切正引起人们的高度重视。
经紊乱；
Cd 2+会损害肾脏，引起骨痛病；
（表7.2）列举了一些重要的共价化合物和用途。
要描述分子中电子的运动状态，按理说应当解分子的
越高，硬度越大。
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离子半径越小，所带电荷越多，则离子键越强，熔点
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离子键的强弱应与离子所带电荷、离子半径等有关。
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例如，NaF和CaO这两种典型离子晶体，前者正负离子
半径之和为0.23nm，后者为0.231nm很接近。谁的熔点高，
硬度大？为什么？
因离子所带电荷数后者比前者多，所以CaO的熔点
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实际上只是打开π键，保留б键。
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在化学反应的过程中，化学键的个数不变，但键能在改
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变。例如当C=C双键改组成为两个C—C单键时，键能总是
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了解化学反应过程中有无б键变为π键或π键变为б
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增加，即：2EC—C>EC=C。
化学键分子结构与晶体结构
化学键分子结构与晶体结构化学键是指化学元素之间的相互作用力，包括共价键、离子键和金属键。
化学键的不同类型决定了分子或晶体的性质和结构。
共价键是两个原子之间的电子共享。
当两个原子都需要电子来达到稳定的电子壳结构时，它们可以共享一对电子形成一个共价键。
共价键的形成使得原子在空间上非常接近，形成分子。
分子中的化学键可以是单一、双重或三重共价键，取决于共享的电子对数目。
离子键是由于正离子和负离子之间的静电力而形成的。
在离子化合物中，金属元素向非金属元素转移电子，从而形成正离子和负离子。
正离子和负离子之间的相互吸引力引发了离子键的形成。
离子晶体的结构通常由正负离子的周期排列所组成。
金属键是金属元素之间电子共享的结果。
金属元素通常有多个价电子，这些价电子可以自由地在金属中移动。
金属键的形成使得金属元素形成具有特定结晶结构的金属。
金属的物质性质通常是导电、导热和可塑性。
分子结构是由共价键连接的原子所组成的。
分子结构的确定需要知道各个原子之间的连接方式和空间排列。
分子结构的性质直接影响着分子的性质，如化学反应的活性、分子的极性和分子间作用力。
晶体结构是由许多原子、离子或分子按照一定的排列顺序在晶格中组成的。
晶体结构具有高度有序性，可以通过晶体学方法来研究和描述。
晶体结构的种类多种多样，包括离子晶体、共价晶体和分子晶体等。
晶体的结构决定了其物理、化学和光学性质，如晶体的硬度、折射率和热膨胀系数等。
总之，化学键是不同原子之间的相互作用力，可以分为共价键、离子键和金属键。
分子结构是由共价键连接的原子所组成的。
晶体结构是离子、原子或分子按照一定顺序在晶格中排列的结构。
化学键、分子结构和晶体结构共同决定了分子和晶体的性质和行为。
分子和晶体的结构及性质
分子和晶体的结构及性质分子和晶体是物质的两种不同形态，它们在结构和性质上存在着显著的差异。
本文将分别讨论分子和晶体的结构以及它们的性质。
一、分子的结构及性质1. 分子的结构分子是由原子按照一定比例和方式组合而成的物质，在空间上呈现出三维的结构。
分子的结构由原子间的化学键连接所决定，可以是共价键、离子键或金属键。
此外，分子还可能存在分子间力，如范德华力和氢键。
2. 分子的性质分子性质主要受到分子内部化学键和分子间力的影响。
不同的分子由于其化学键和分子间力的差异，呈现出不同的性质。
例如，具有共价键的分子通常具有较低的沸点和熔点，而具有离子键的分子则在熔点上具有较高的特征。
二、晶体的结构及性质1. 晶体的结构晶体是由大量离子、原子或分子有规律地堆积而成的固体结构。
晶体的结构可以分为离子晶体、原子晶体和分子晶体三种类型。
离子晶体由正、负离子通过离子键相互结合而成；原子晶体由相同元素的原子通过共价键相互连接而成；分子晶体则是由分子通过范德华力和氢键相互结合而成。
2. 晶体的性质晶体的性质受到晶体结构的影响。
晶体的有序排列使得它们具有明确定义的外部形状和特征；晶体在物理性质上表现出一些特殊的性质，如各向同性、光学性质、电导性、热导性等。
三、分子和晶体的比较1. 结构比较分子的结构是由分子内部化学键构成的，分子间的连接相对较弱；晶体的结构则是由大量的原子或离子堆积形成的，分子间的连接比分子内部的连接更强。
2. 性质比较分子通常在相对较低的温度或压力下就可以发生相变，比如液化、固化等；而晶体具有更高的熔点和熔化热，需要更高的温度才能发生相变。
3. 应用比较分子和晶体根据其不同的结构和性质，具有不同的应用领域。
分子常用于化学反应媒介、溶剂、药物和有机材料等领域；晶体则广泛应用于电子器件、光学器件、半导体材料等领域。
结论分子和晶体是物质的两种不同形态，它们在结构和性质上存在着明显的差异。
分子通过分子内部的化学键相连而成，具有较低的熔点和熔化热；晶体由原子或离子有序堆积而成，具有更高的熔点和熔化热。
分子结构与晶体结构
s-s ：σ键，如：H-H s-p ：σ键，如：H-Cl p-p ：σ键，如：Cl-Cl π键， 单键：σ键 双键：一种σ键，一种π键 叁键：一种σ键，两个π键
例：N≡N
σ键旳重叠程度比π键大，∴π键不如σ键牢固。
σ键
π键
原子轨道重叠方式 头碰头
肩并肩
能单独存在 不能单独存在
沿轴转180度 符号不变
O、N、F电负性大，原子半径小，具有孤对电子，易形成 氢键。
注意： a）不同分子亦会形成氢键 b）分子内亦会形成氢键
H3N……H-O-H
② 氢键旳强度和性质 a）强度：比化学键小得多 与分子间力相同数量级，是键能旳1/20。
b）具有方向性和饱和性
4-2．物质溶解度原理
构造相同者（溶剂、溶质构造相同）易溶，即 “相同相溶”。
第六章 分子构造与晶体构造
本章要求
1.掌握杂化轨道理论、 2.掌握两种类型旳化学键（离子键、共价
键）。 3.了解当代价键理论和分子轨道理论旳初
步知识，讨论分子间力和氢键对物质性质 旳影响。
分子构造涉及
1.分子旳化学构成。 2.分子旳构型：即分子中原子旳空间排布，
键长，键角和几何形状等。 3.分子中原子间旳化学键。
e）除μ很大旳分子（如H2O）外，分子间作 用力以色散力为主。
③ 分子间作用力对物质物理性质旳影响
4-4 氢键
氢化物
ⅦA
b.p.（℃）
ⅥA
ⅤA
① 氢键形成旳条件
HF 19.5 H2O NH3
HCl HBr -84.9 -67 H2S H2Se PH3 AsH3
HI -35.4 H2Te SbH3
§4 分子间力和分子晶体
4-1．分子间力 1. 分子旳极性 任何以共价键结合旳分子中，存在带正电荷旳原子核、
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Structures of Molecular and Crystal
本章学习要求：
1 ． 掌握 化学键的基本概念、基本类型、形成条件和基本性 质； 2．掌握共价键的形成条件和本质，现代价键理论的基本要点， 了解共价键的键参数及其应用。
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3．掌握杂化轨道理论的要点和sp型杂化所组成的分子的 空间构型。 4. 了解分子轨道理论的基本要点，并能用其解释一些典型 分子的性质特点。 5．了解分子间作用力和氢键对物质某些性质的影响。 6．了解金属键的形成、特性和金属键理论要点。 7．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和特点性质。了解晶 体结构对物质性质的影响。
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第二节 化学键理论
一、离子键理论
1、离子键（ionic bond）理论是由德国化学家柯塞尔（Kossel W）在1916年提出。其理论要点如下： （1）当活泼金属原子与活泼非金属原子相互接近时，它们有 得到或失去电子成为稀有气体稳定结构的趋势，由此形成相应 的正、负离子。 （2）正负离子靠静电引力相互吸引而形成离子晶体。 特点：没有方向性和饱和性。
图 5-1 氢分子形成过程的能量变化
图 5-2 氢分子的两种状态
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2、价键理论的基本要点 （1）自旋相反的未成对电子相互配对时，原子轨道的对称性匹 配，系统的能量最低，可以形成稳定的共价键。 （2） A、B两原子各有一个或两个、三个未成对电子，且自旋
方向相反，则互相配对构成共价单键、共价双键或共价叁键；如 果A原子有两个未成对电子，B原子只有一个未成对电子，则A原 子可同时与两个B原子形成共价单键，故形成AB2分子，如H2O分 子；若A原子有能量合适的空轨道，B原子有孤电子对，B原子的 孤电子对所占据的原子轨道和A原子的空轨道能有效地重叠，则 B 原子的孤电子对可以与 A 原子共享，形成共价配键，以符号 A←B表示。
①H沿着x轴方向接近Cl，形成稳定的共价键； ②H向Cl接近时偏离了x方向，轨道间的重叠较小，结合不稳定,H有向x 轴方向移动的倾向； ③H沿z轴方向接近Cl原子，两个原子轨道间不发生有效重叠，因而H与 Cl在这个方向不能结合形成HCl分子。
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由表5－6可知，晶格能大的离子化合物较稳定，反映
在物理性质上则硬度高、熔点高、热膨胀系数小。如果离 子晶体中正负离子的电荷 z+ ， z- 相同，构型也相同（ A 相 同），则d较大者熔点较低，如果离子晶体构型相同，d相 近，则电荷高的硬度高。
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二、价键理论(Valence Bond)
美国化学家路易斯提出了共价键（covalent bond）的电子 理论－“共用电子对”。
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2、晶格能(lattice energy) 由离子键形成的化合物叫离子型化合物(ionic compound)， 相应的晶体为离子晶体。离子晶体的晶格能是指由气态的阳离 子和气态的阴离子结合生成1摩尔离子化合物固体时的焓变，用 符号U表示。
138840 z z A 1 U 1 d n
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二、分子的极性(polarity of molecular)
极性分子: 分子的偶极矩 (dipole moment) 是衡量分子极性大小的物 理量。物理学中，把大小相等符号相反彼此相距为d的两个电 荷（+q和-q）组成的体系称为偶极子，其电量与距离之积，就 是分子的偶极矩（μ）。数量级为10-30C· m（库· 米）。 μ=q·d
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表5-6 NaCl型晶体z、d与物性关系
NaCl型晶体 离子间距/pm z+=z熔点/K 硬度* 热膨胀系数 av/10-6k-1 NaF 231 1 1261 3.2 39 NaCl 276 1 1119 2.5 40 43 NaBr 290 1 1048 MgO 205 2 3098 6.5 7 ～8 ScN 223 3 TiC 223 4 3140±90 8～9
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物质由分子组成，而分子则由原子组成。物质的化学性 质主要由分子的性质由分子的性质决定，而分子的性质则 由分子的结构所决定。分子或晶体中，原子（或离子）之 间直接的、主要的和强烈的相互作用，称为化学键。
原子为什么会结合成为分子？ 原子怎样结合成为分子？
化学键的本质 分子的几何分子的性质 第二节 化学键理论 第三节 多原子分子的空间构型 第四节 分子间的作用力和氢键 第五节 晶体的特征和分类 第六节 离子极化
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H 298
第一节
键参数和分子的性质
一、键参数(parameter of bond)：
1、键能(bond energy) 2、键长(bond length) 3、键角(bond angle) 4、键的极性(polarity)：
1927年英国物理学家海特勒（Heitler W）和德国物理学家 伦敦（London F）成功地用量子力学处理H2分子的结构。1931 年美国化学家鲍林和斯莱特将其处理H2分子的方法推广应用于
其它分子系统而发展成为价键理论（valence bond theory），简 称VB法或电子配对法。
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1、氢分子的形成
式中U为晶格能，单位为kJ· mol-1；138840是晶格能采用kJ· mol-1为单位和把d的 单位从pm换算为m而引入的；d为正负离子核间距离，可近似用（r++r-）表示， 单位为pm；z+，z-分别为正负离子的电荷数的绝对值；A是马德隆(Madelung)常 数，与离子晶体的构型有关；n称为波恩指数，n的数值与离子的电子层结构类 型有关，如果正负离子属于不同的电子层结构类型，则n取平均值。
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（3）原子轨道叠加时，轨道重叠程度越大，电子在两核间出现 的几率越大，形成的共价键也愈稳定。因此，共价键应尽可能 沿着原子轨道最大重叠的方向形成，这就是最大重叠原理。 3、共价键的特征
（1）饱和性 （2）方向性 图5-3表示的是H原子的1s轨道与Cl原子的3px轨道的三种重 叠情形：
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图 5-3 s轨道和px轨道的三种重叠情况