分子结构与晶体类型
分子结构与晶体结构
分⼦结构与晶体结构第七章分⼦结构与晶体结构第⼀节离⼦键⼀、离⼦键的形成和特征1、离⼦键的形成电负性I1或Y1（KJ/mol）电离能很⼩的⾦属原⼦：Na 0.9 496K 0.8 419电⼦亲合能很⼤的⾮⾦属原⼦：Cl 3.0 -348.8O 3.5 -141电负性相差⼤的元素相遇，⼀失电⼦，⼀得电⼦，它们之间以静电引⼒相结合，形成离⼦键。
④：阳阴离⼦间具有静电引⼒，两原⼦的电⼦云间存在排斥⼒，两原⼦核间存在相互排斥⼒，当两原⼦接近到⼀定距离，引⼒=斥⼒，（此时整个体系能量最低），形成离⼦键。
2、离⼦键的特征①本质：阴、阳离⼦间的静电引⼒②⽆⽅向性、饱和性只要空间允许，尽可能多地吸引带相反电荷的离⼦（任何⽅向，尽可能多）。
但总体来说，有⼀定⽐例。
⼆、离⼦的特性1、离⼦的电荷离⼦化合物AmBn：A n+，B m-+n﹥+3，很少见2、离⼦的电⼦层结构简单阴离⼦的电⼦构型，⼀般与同周期希有⽓体原⼦电⼦层构型相同。
简单的阳离⼦构型：3、离⼦半径将阴阳离⼦看成是保持着⼀定距离的两个球体。
d = r+ + r-单位：pm（10-12m）规律：①同⼀元素：负离⼦半径＞原⼦半径＞正离⼦半径低价负离⼦半径＞⾼价负离⼦半径低价正离⼦半径＞⾼价正离⼦半径例：②同⼀周期从左到右，阳离⼦：正电荷数↑，半径↓阴离⼦：负电荷数↓，半径↓③同⼀主族电荷数基本相同，从上到下，半径↑（∵电⼦层增加）离⼦半径↓，离⼦间引⼒↑，离⼦键强度↑，熔、沸点↑，硬度↑第⼆节共价键理论1916年，路易斯提出共价键理论。
靠共⽤电⼦对，形成化学键，得到稳定电⼦层结构。
定义：原⼦间借⽤共⽤电⼦对结合的化学键叫作共价键。
对共价键的形成的认识，发展提出了现代价键理论和分⼦轨道理论。
⼀、价键理论（电⼦配对法）1、氢分⼦共价键的形成和本质（应⽤量⼦⼒学）当两个氢原⼦（各有⼀个⾃旋⽅向相反的电⼦）相互靠近，到⼀定距离时，会发⽣相互作⽤。
每个H原⼦核不仅吸引⾃⼰本⾝的1s电⼦还吸引另⼀个H原⼦的1s电⼦，平衡之前，引⼒＞排斥⼒，到平衡距离d，能量最低：E0﹤2E，形成稳定的共价键。
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。
32
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
22
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。
8
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
分子结构
CCl4 250 349 大
ZnS CdS HgS
（3）比较共价成分的大小： ZnCl2 CdCl2 HgCl2
增大
(4)按理论计算 NaI
增大
U 理论=164.3KJ/mol，但实际 U 实际=170.0KJ/mol
作用:①用于测某气体 mol 质量 M: PV=
m RT M
AB 型配位数比 (晶体构型) 8:8(CsCl 型) 6:6(NaCl 型) 4:4(ZnS 型)
例 CsCl, CsBr, CsI NH4Cl, TlCN NaCl, KCl, NaBr, LiF, CaO, MgO, CaS ZnS, ZnO, BeO,BeS, CuCl, CuBr
AB2 型配位数比 (晶体构型) 8:4(CaF2 型) 6:3(TiO2 型) 4:2
②价电子对之间存在斥力，斥力来源于两个方面，一是各电子对间的静电斥力，二是电 子对中自旋方向相同的电子间产生的斥力。 为减小价电子对间的排斥力， 电子对间应尽量相 互远离。 若按能量最低原理排布在球面上， 其分布方式为： 当电子对数目为 2 时， 呈直线形； 价电子对数目为 3 时，呈平面三角形；价电子对数目为 4 时，呈正四面体形；价电子对数目 为 5 时，呈三角双锥形；价电子对数目为 6 时，呈八面体形等等。
分子间力 熔、沸点低,能溶于极性溶剂中, HCl,HF,NH3,H2 O (有氢键) 溶于水时能导电 分子间力 熔、沸点低,能溶于非极性或极 H2,Cl2 性弱的溶剂中,易升华 有金属光泽,电和热的良导体,有 Na,W,Ag,Au 金属键 延展性,熔、沸点较高
bP(oC) mp(oC)
HF 190 292.5
↑ ↑
激发 →
↑ ↑ ↑ → ↑ ↑ ↑ ↑ → ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
(立体图,好理解)分子晶体与原子晶体
例、如右图所示， 在石墨晶体的层 状结构中，每一 个最小的碳环完 全拥有碳原子数 2 为___，每个C 完全拥有C－C 数为___ 3
石墨中C－C夹 ☉ 角为120 ， C－C键长为 1.42×10－10 m 层间距
3.35× 10－10 m
小结：金刚石、石墨的比较
项目 晶体形状 晶体中的键或作用力 由最少碳原子形成环的形状 与个数 碳原子成键数 键的平均数 金刚石 石墨
小结:
1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力 相互吸引。 2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。 3、常见分子晶体分类：(1)所有非金属氢化物 (2)部分非 金属单质， (3)部分非金属氧化物(4)几乎所有的酸(而碱 和盐则是离子晶体 (5)绝大多数有机物的晶体。 晶体分子结构特征
物质 熔点 沸点
干冰 很低 很低
金刚石 3550℃ 4827℃
二、原子晶体
1、定义：原子间以共价键相结合而形成的 空间网状结构的晶体。
2、构成微粒： 原子
3、微粒之间的作用：共价键 4、气化或熔化时破坏的作用力：共价键 5、物理性质： 熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。 （共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）
（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每 个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2 （２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）
1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的 三位科学家。C60分子是形如球状的多面体，分子 中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键； C60分子只含有五边形和六边形；碳与碳之间既有 单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱 和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵 循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。 请回答： (1)一个C60分子中有几个五边形和几个六边形？ (2)一个C60分子中有多少个C=C？ (3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律， 请确定C70分子结构中上述几项参数。
四川大学近代化学基础第二章分子结构和晶体结构
几个有关的基本概念
什么是分子轨道？
Basic concept
分子轨道(molecular orbital): 描述分子中电子运动的 波函数，指具有特定能量的某电子在相互键合的两个或 多个原子核附近空间出现概率最大的区域，是多电子、 多中心的, 电子属于整个分子。分子轨道由原子轨道线性 组合而成 。例如: A+B→AB
对称性不同的则不能形成有效分子轨道，称它
为非键分子轨道。如 px-pz 。不能成键，称这种 组合为非键组合，形成非键分子轨道。
+
+ -
-
+
+ -
原子轨道的非键组合
成键三原则： ▲ 能量相近原理 决定成键的效率
▲ 最大重叠原理
▲ 对称性匹配
决定是否能成键
2 分子轨道的形成类型、形状和能量 由于原子轨道对称性不同，所以重叠而形 成的分子轨道类型也不一样，有对称性的原子 轨道重叠形成 σ 分子轨道，而反对称性的原子 轨道重叠形成π 分子轨道。 分子轨道都有对应的能量及形状，其能量 和形状取决于原子轨道的类型和原子轨道的重 叠情况。
（5） F2：（9×2=18电子）
KK（σ2s）2(σ*2s)2（σ2px）2(π2py)2(π2pz)2(π*2py)2 (π*2pz)2 BO=1.
2 *2 2 Li2 1s 1s 2 s 2 2 2 *2 Be2 1s 1s 2 s 2 s 2 *2 2 2 1 1 1 s 1 s B2 2s 2 s 2 p y 2 pz 2 *2 C2 1s 1s 2 2 2 2 2s 2 py 2 pz 2s 2 *2 2 N2 1s 1s 2 2 2 2 2 p 2s 2s 2 py 2 pz 2 *2 2 2 1 1 2 2 O2 12s 1 s 2 px 2 p y 2 p z 2s 2s 2 py 2 pz *2 2 2 2 2 2 2 2 F2 12s 1 s 2s 2 s 2 p 2 p y 2 pz 2 p 2 p y z 2 *2 Ne2 1s 1s 2 2 2 2 2 2 2 2 2p 2s 2s 2 py 2 pz 2p 2p 2p
物质的分子结构与性质知识点总结
物质的分子结构与性质知识点总结物质的分子结构与性质是化学学科中的基础知识，它们描述了物质的微观构成和宏观性质。
本文将分析和总结物质的分子结构与性质的相关知识点，帮助读者更好地理解和应用这些概念。
一、物质的分子结构物质的分子结构是指物质由不同类型的分子组成的方式。
分子是由原子通过共价键连接而成，它们以一定的方式排列和组合形成特定的物质。
下面是几个重要的物质分子结构的类型：1. 离子晶体：由正负离子通过电静力相互作用而形成的晶体结构。
例如，氯化钠晶体由钠离子和氯离子相互排列而成。
2. 共价晶体：由一种或多种元素通过共价键相连接而形成的晶体结构。
例如，金刚石由碳原子通过共价键连接而成。
3. 金属晶体：由金属元素形成的晶体结构，其中金属原子以海洋模型分布。
例如，铁、铜等金属的晶体结构。
4. 分子晶体：由分子通过范德华力相互作用而形成的晶体结构。
例如，石蜡由长链烷烃分子通过范德华力相互作用而形成。
通过研究物质的分子结构，我们能够了解物质的化学性质、物理性质以及其在实际应用中的可能用途。
二、物质的性质物质的性质是指物质表现出来的特定特征和行为，包括化学性质和物理性质。
下面是几个常见的物质性质：1. 化学性质：物质在发生化学变化时表现出来的特征。
例如，金属与酸反应产生氢气，这是金属的一种化学性质。
2. 物理性质：物质在不发生化学变化时表现出来的特征。
例如，密度、熔点和沸点等物质的物理性质可以用于鉴别和分类物质。
物质的性质直接与其分子结构相关。
原子种类、原子之间的连接方式以及分子之间的相互作用方式会影响物质的化学性质和物理性质。
三、物质的性质与应用物质的性质对其实际应用具有重要影响。
根据不同的性质，物质可以用于以下几个方面：1. 化学反应：物质的化学性质决定了其参与化学反应的能力。
通过控制物质之间的化学反应，可以制备新的物质、改变物质的性质以及满足人们对特定材料的需求。
2. 材料科学：不同物质的物理性质可以满足不同的需求。
得到晶体的方法和晶体的类型
得到晶体的方法和晶体的类型晶体是一种具有规则排列的分子结构的固体物质，具有高度有序性和周期性。
在化学、物理、材料科学等领域中，晶体的研究具有重要意义。
下面将介绍得到晶体的方法和晶体的类型。
得到晶体的方法主要有以下几种：1. 溶液结晶法：将固体物质溶解在溶剂中，随着溶剂挥发，溶质逐渐过饱和，晶体在溶液中析出并沉积。
这种方法适用于大多数无机晶体的生长。
2. 熔融结晶法：将固体物质加热至熔融状态，然后逐渐冷却，使溶质在凝固的过程中结晶形成。
这种方法适用于高熔点物质的晶体制备。
3. 气相沉积法：将气体源物质通过化学反应或物理过程转化为固态物质，沉积在基底表面形成晶体。
这种方法适用于高纯度和薄膜晶体的制备。
4. 溶剂挥发法：将溶质溶解在挥发性溶剂中，随着溶剂挥发，溶质逐渐过饱和，晶体在溶液中析出。
这种方法适用于有机晶体的制备。
5. 水热合成法：在高温高压的水热条件下，利用水的溶解性和热性质制备晶体。
这种方法适用于具有特殊结构和形貌的晶体。
晶体的类型可以根据晶体结构、晶体形貌、晶体化学成分等多方面进行分类。
根据晶体结构，晶体主要分为以下几类：1. 离子晶体：晶体的基本结构单元是离子，例如氯化钠晶体。
2. 共价晶体：晶体的基本结构单元是共价键，例如硅晶体。
3. 金属晶体：晶体的基本结构单元是金属原子，例如铜晶体。
4. 分子晶体：晶体的基本结构单元是分子，例如冰晶体。
此外，晶体还可以根据晶体的形貌进行分类，如立方晶体、四方晶体、六方晶体等。
晶体的种类繁多，每种晶体都具有独特的性质和应用价值，对晶体的研究和应用有着重要的意义。
总的来说，得到晶体的方法多种多样，可以根据晶体的性质和用途选择适合的方法。
晶体的类型也多种多样，可以根据晶体的结构和形貌进行分类，每种晶体都有其独特的特点和应用领域。
晶体的研究和应用将会为科学技术的发展带来更多的可能性和机遇。
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离子具有变形性，所以可以被电场极化。 离子作为带电微粒，自身又可以起电场作用，去使
其它离子变形。离子这种能力称为极化能力。
故离子有二重性：变形性和极化能力。
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第3章 分子结构与晶体类型
1、影响变形性的因素
第3章 分子结构与晶体类型
第3章 分子结构与晶体类型
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第3章 分子结构与晶体类型
学习内容 3.1 3.2 3.3 化学键 杂化轨道与分子构型 分子间力与氢键
3.4
晶体类型（离子极化）
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第3章 分子结构与晶体类型
学习要求
掌握晶体的类型、特点，了解离子极化概念，理解不同 晶体性质差异的原因及离子极化对物质性质的影响规律；能 判断分子间力、氢键及离子极化对物质物理性质影响。
若只考虑 Zn2+，Cd2+，Hg2+ 对I－的极化作用，应得出
ZnI2 的极化程度最大的结论。因为三者的电荷相等，电子 层结构相同，而 Zn2+的r 最小。 即ZnI2的熔点，沸点低，而HgI2的熔点，沸点高。 原因在于没有考虑Zn2+，Cd2+，Hg2+的变形性，没有考 虑相互极化。Zn2+ 的变形性最小， Hg2+ 的变形性最大。故相
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第3章 分子结构与晶体类型 分子间作用力 (Intermolecular Forces)
Type of interaction dipole-dipole Induced-dipole Typical energy(kJ/mol) 0～3 0～1 Interacting species polar molecules polar and nonpolar molecules
质差异很大。
例如： NaCl［r（Na＋）＝95pm］远比CuCl［r（Cu＋） ＝96pm］在水中的溶解度大，这是由离子的极化引起的。
离子极化程度主要决定于阳离子极化作用和阴离子的 变形性。通常阳离子以极化作用为主；而阴离子以变形性 为主。
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第3章 分子结构与晶体类型 3.4 离子极化
Hg2+，Pb2+，Ag+
既考虑阳离子对阴离子的极化，又考虑阴离子对阳离子
的极化，总的结果称相互极化 。
I－，S2－
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第3章 分子结构与晶体类型
想一 想
为什么ZnI2、CdI2、HgI2从左到右，熔点和溶解度依
18e
次降低 。讨论ZnI2、CdI2、HgI2三者的离子极化问题?
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第3章 分子结构与晶体类型
例 1:测得 KBr 的 μ= 10.41 D，键长 282 pm，通过计算，
说明键的离子性百分数。
解： 282 pm=2.8210－10m，即2.82Å，由μ= qd，
故 q = μ/ d = 10.41 / ( 4.8 2.82 ) = 0.77 ( 电子的电量 ）
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第3章 分子结构与晶体类型
2、影响极化能力的因素
与离子的电荷、半径和外层电子构型有关。 极化能力的实质是离子作为电场时电场强度的体现。 r 小则极化能力强，因此 H＋ >Li + > Na+>K+>Rb+>Cs+。 r 相近时，电荷数越高极化能力越强。 Mg2 + ( 8e，65 pm ) < Ti4 + ( 8e，68 pm ) r 相近，电荷相同时，外层电子数越多，极化能力越强。
生极化现象。负离子的电子云变形，即负离子的电子被拉向 两核之间，使两核间的电子云密度增大。于是离子键的百分
数减少，共价键的百分数增大，离子键向共价键过渡。
离子极化的结果使离子晶体中出现离子对或分子单位 ， 离子晶体向分子晶体过渡。这种过渡则使得物质的熔点，沸
点降低，在水中的溶解性降低。(影响物质的物理性质)
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第3章 分子结构与晶体类型
想一想
为什么氧化铝的熔点并不如氧化镁高？从 结构上可以解释吗？
从离子键强度考虑，Al2O3 + 3 对 -2 应比 MgO + 2 对
- 2的离子键强，m. p. 高。但事实并非如此。
这说明了 Al2O3 的共价成份比 MgO 大。
从离子极化理论考虑，因为 Al3+的极化能力强，造成 Al2O3 比 MgO 更倾向于分子晶体 。 离子键和共价键不是绝对的。
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第3章 分子结构与晶体类型
1、影响变形性的因素
（2）复杂阴离子变形性小 SO42－，ClO4－，NO3－ r 虽大，但离子对称性高，中心 氧化数又高，拉电子能力强，不易变形。
综合考虑，变形性大的有 I－，S2－，Ag+，Hg2 +，Pb2 +； 变形性小的有 Be2+，Al3+，Si4+，SO42－等。
Dispersion Hydrogen bonds
8～25
5～30
all types of molecules N, O, F; the link is a shared H atom
化学键能约为：100～600 (kJ/mol)
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第3章 分子结构与晶体类型
【实例分析】某些离子半径相近，电荷相同的二元化合物性
原因是外层电子对核的中和较小，故有效电荷高些。 Pb2+,Zn2+(18,18+2)> >Fe2+,Ni2+(8~18)> >Ca2+,Mg2+(8e)
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第3章 分子结构与晶体类型
3、离子极化对化学键类型的影响
离子键是离子之间的引力。正离子的电子转移给了负离
子。当极化能力强的正离子和变形性大的负离子接近时，发
在 K+，Br－上的电荷不是 + 1，－1，而是 0.77，其余电
荷为共用，即为共价成份。故键的离子性百分数为 77％ 。
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第3章 分子结构与晶体类型
4、相互极化(离子附加极化)
Al3+变形性极小。
Al2O3
想一想
Al3+的极化能力强。
正离子若不是8e的Al3+，而是(18+2)e 、18e的正离 子，是否要考虑自身的变形性？
阴离子的变形性主要决定于离子半径，其次是离子电荷。
（1）简单离子 F－< C1－ < Br－ < I－
r 大则变形性大，故阴离子的变形性显得主要。阳离子
中只有 r 相当大的如 Hg2+，Pb2+，Ag+等才考虑其变形性。 电荷数的代数值越大，变形性越小，如 Si4+<Al3+<Mg2+<Na+<(Ne)<F－<O2－ 电子构型，外层； Ca2+ < Cd2+