分子结构与晶体结构
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。
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竞赛辅导测试题第一题:人造元素丰收年，一年间得到第114、116和118号三个新元素。
按已知的原子结构规律，118号元素应是第__ 第__族元素，它的单质在常温常压下最可能呈现的状态是__（气、液、固选一填入）态。
近日传闻俄国合成了第166号元素，若已知原子结构规律不变，该元素应是第__周期第____族元素。
第二题金属多卤化物中一般没有F离子，但少数一些含有F离子的多卤化物可以稳定存在，BaFBr就是一例。
在BaFBr晶体的四方晶胞（a=b≠c，α=β=γ=90°）中，Ba离子占据晶胞的体心附近与顶点的位置，F离子在晶体中构成一层层正方形网格，Br离子可看作构成类似F离子的网格，不同的是Br离子是ABAB型堆积的。
问：1、你认为金属多卤化物中一般没有F离子的主要原因是什么：2、在右边的框中画出BaFBr的晶胞：3、晶体中同种离子的空间环境是否均相同？是否相同＿＿＿＿分析：4、F、Br离子的阳离子配位数分别为多少：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿第三题（18分）碳化硅（SiC）俗名“金刚砂”，有类似金刚石的结构和性质。
其空间结构中碳硅原子相间排列，右图所示为碳化硅的晶胞（其中●为碳原子，○为硅原子）。
已知：碳原子半径为7.7×10－11m，硅原子半径为1.17×10－10m，SiC晶体密度为3.217g/cm3）1．SiC是晶体，碳、硅原子杂化类型都是，键角都是，三个碳原子和三个硅原子相间构成一个式（船、椅）六元环。
2．如右图所示碳化硅晶胞，从立方体对角线的视角观察，画出一维空间上碳、硅原子的分布规律（注意原子的比例大小和相对位置，至少画两个周期）3．从与对角线垂直的平面上观察一层碳原子的分布，请在二维平面是画出碳原子的分布规律（用●表示，至少画15个原子，假设片层碳原子间分别相切）；计算二维空间上原子数、切点数和空隙数的比例关系再考虑该片层结构的上下各与其相邻的两个碳原子片层。
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
生物大分子的晶体结构分析
生物大分子的晶体结构分析生物大分子是指生命中的蛋白质、核酸、多糖等巨大分子，它们是细胞组成的基本单位，承担着对细胞的结构和功能的塑造和调控作用。
而了解生物大分子的结构就是了解生物分子的基本特征。
其中，生物大分子的晶体结构分析是研究生物大分子结构的一种重要方法，它具有独特的优势和应用价值，本文将对其进行深入探讨。
一、晶体学基础首先，我们需要了解晶体学的一些基础知识。
晶体学是研究晶体的科学，它通过分析晶体的结构和性质来了解物质的特性和行为。
晶体是一种具有长程有序的固态结构，其质地坚硬、透明、有角度和对称性等特征，因此被广泛应用于科学和工业。
晶体是由基本单位反复堆积而成的有序、均匀的三维空间排列结构，其构成物质的单位被称为晶胞。
晶胞的大小普遍在10^-10米到10^-6米之间，因此晶体的实际大小也是非常微小的。
晶体学家通常使用X射线衍射来解析晶体的结构，而晶体学技术则是将分析得到的X射线衍射数据转换为已知的晶体结构。
二、生物大分子晶体结构分析的科研价值和应用生物大分子晶体结构分析的科研价值和应用十分广泛。
首先，生物大分子晶体结构分析可以提供基础科学研究的重要信息。
例如，生物大分子晶体结构分析可以帮助科学家了解蛋白质、核酸和多糖等生物大分子的基本特征和结构，打开研究其生物功能和生命活动的大门。
其次，生物大分子晶体结构分析还可以为药物研发提供重要信息。
通过了解药物与靶分子的结合机制，科学家可以研发更有效的药物，从而为医学界做出更大的贡献。
三、生物大分子晶体结构分析的技术原理对生物大分子进行晶体结构分析的基本原理是利用蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的长程有序排列结构，以X射线衍射为基础，重建出原子级的结构模型。
具体来说，生物大分子晶体结构分析主要分为以下三个步骤：第一步：晶体生长晶体生长是进行晶体结构分析的第一步，它要求我们在实验条件下为生物大分子制备出具有长程有序结构的晶体。
晶体生长直接影响到晶体结构分析的成功与否，其过程需要严格控制晶体生长条件，具体包括控制晶体生长时间、温度、pH值、离子浓度等因素。
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
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。
晶体结构(共78张PPT)
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
分子结构和晶体结构(一)
SCl2(g) ________ ________ ________
XeF2(g) _______025 COCl2(ClCCl = 120°，OCCl = 120°)中心原子的杂化轨道的类型是_____，该分子 中 键有___________个， 键有____________个。PCl3(ClPCl = 101°)中心原子的杂化轨 道是______________，该分子中 键有_____________个。 1026 原子轨道线性组合分子轨道的三条原则是： (1)____________________， (2)___________________，(3)____________________。 1027 氧分子的分子轨道式为______________________________，键级为________________。
1003 极化能力最强的离子应具有的特性是……………………………………………… （ (A) 离子电荷高、离子半径大 (B) 离子电荷高、离子半径小 (C) 离子电荷低、离子半径小 (D) 离子电荷低、离子半径大 1004 按顺序(用符号>或<)排列下列各组物质的性质：
(1)BaO，CaO，NaI，MgO，NaBr 的晶格能大小：______________________________； (2)K，As，Cl，Cs，Ni 的电离能大小：________________________________________。 1005 从以下热力学数据计算 AlF3 的晶格能。
）
根据价层电子对互斥理论，PCl3 分子的几何构型是________，XeF2 分子的几何构型是 ________，SnCl2 的几何构型是 __________，AsF5 分子的几何构型是________，ClF3 分子 的几何构型是________。 1012 判断下列物种的空间几何构型，并指出中心原子(离子)的杂化轨道 分子或离子 HgCl2 Ni(CO)4 XeF4
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13、下列哪种化合物具有（sp—sp）杂化轨道重叠所形成的键（），以（sp—sp3）杂化轨道重叠所形成的键（）。
3
2
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+
+
+
2+
-
+
2+
-+
-+
2+
+
-2+
+
+
（A）CH3—CPH3≡CH（B）CHCH3
10、中心原子仅以sp杂化轨道成键的是（）。
（A）BeCl2和HgClp2（B）CO2和CS2（C）H2S和H2O（D）BBr2和CCl2 11、BCl3分子几何构型是平面三角形，B与Cl所成键是（）。（A）（sp—p）σ键（B）（sp—s）σ键（C）（sp—s）σ键（D）（sp—p）σ键12、在下列化合物中，含有氢键的是（）。
--
＋
-２-
28.下列各对物质，熔点高低对比，正确的是（）
(A) MgO Pb(IV) (稳定性) (C) Si Al (密度)
30、下列物质（假设均处于液态），只需克服色散力就能使之沸腾的是g) P U7 (A) HCl；(B)Cu；(C) CH2Cl2；(D)CS2。
31、NaF、NaCl、MgO、CaO晶格能大小的次序正确的是--------（）。BiH3>NH3>PH3；（2）熔点BeO>LiF；
23、应用价层电子对互斥理论推测分子的空间构型，其空间构型为三角锥形的A、SO3 B、PCl3 C、PH3 D、BF3
24．下列化合物中氢键表现最强的是（）Ａ.ＮＨ3Ｂ.Ｈ2ＯＣ.Ｈ2ＳＤ.ＨＦ
25．ClF3的立体结构是（）A．平面三角形B.三角锥形C.T型D.变形四面体
2
2
2
3
3
+
+
26．下列分子和离子中，键能最大的是（）A．Ｏ２B.Ｏ２Ｃ.Ｏ２Ｄ.Ｏ２27.下列分子或离子中与O3为等电子体的是（）A.SO2 B.N2 C.NO2
(答：0，0，0；1/4，1/4，1/4；3/4，1/4，3/4；3/4，3/4，3/4，1/4，1/4；1/4，3/4，3/4，晶胞体对角线上的四个碳原子也可位于3/4，1/4，1/4；3/4，3/4，1/4；1/4，1/4，3/4；3/4，3/4，3/4)
21、下列原子轨道中各有一个自旋方向相反的不成对的电子，则沿x轴方向可形成σ键的是（）。
（A）2s—4dz（B）2px—2px C）2py—2py（D）3dxy—3dxy 22、晶体熔点高低正确的顺序是
A. NaCl>SiO2>HCl>HF B.SiO2>NaCl>HCl>HF C.NaCl>SiO2>HF>HCl D. SiO2>NaCl>HF>HCl
（C）1 mol气态A离子与1 mol气态B离子反应形成1 mol AB离子晶体时放出的能量（D）1 mol气态A原子与1 mol气态B原子反应形成1 mol AB离子晶体时放出的能量17、N2很稳定是因为氮分子（）。
（A）是非极性分子（B）形成叁键（C）满足八隅体结构（D）分子比较小18、下列物质的沸点最高的是（）。（A）H2O（B）H2S（C）NH3（D）PH3 19、乙烯分子中，碳-碳原子间的化学键为（）。
（A）Cl、K、Ca、Na（B）Cl、Ca、K、Na（C）Na、K、Ca、Cl（D）K、Ca、Cl、Na 7、下列固态物质由独立小分子构成的是（）。（A）金刚石（B）铜（C）干冰（D）食盐8、在下列化合物中（）不具有孤对电子。（A）H2O（B）NH3（C）NH4（D）H2S 9、形成HCl分子时原子轨道重叠是（）。（A）s—s重叠（B）py—py（或py -py）重叠（C）s—px重叠（D）px—px重叠
3、在下列各种晶体熔化时，需要破坏共价键的是（），只需克服色散力的是（）。（A）SiCl4（B）HF（C）Ag（D）NaCl（E）SiC 4、下列化合物熔点高低顺序为（）。（A）SiO2＞HCl＞HF（B）HCl＞HF＞SiO2
（C）SO2＞HF＞HCl（D）HF＞SiO2＞HCl
5、乙醇的沸点（78℃）比乙醚的沸点（35℃）高得多，主要原因是（）。（A）由于相对分子质量不同（B）由于分子极性不同（C）由于乙醇分子间存在氢键（D）由于乙醇分子间取向力强6、下列微粒半径由大到小的顺序是（）。
14、通过测定AB2型分子的偶极矩，总能判断（）。（A）分子的几何形状（B）元素的电负性差（C）A—B键的极性（D）三种都可以
15、现有下列物质：（A）NH3（B）C6 H6（C）C2 H4（D）C2H5OH（E）H3 BO3（F）HNO3（G）OH ,其中属于分子间氢键的是（），属于分子内氢键的是（）。16、离了晶体AB的晶格能等于（）。（A）A—B间离子键的键能（B）A离子与一个B离子间的势能
（3）SiCl4比CCl4易水解；（4）金刚石比石墨硬度大。
~?36、
-+
-4-,
+
+
----
键可由s-s、s-p和p-p原子轨道“头碰头”重叠构建而成，试讨论LiH（气态分
键分别属于哪一种？
~?子）、HCl、Cl2分子里的
37、NF3和NH3的偶极矩相差很大，试从它们的组成和结构的差异分析原因。
38、一氧化碳分子与酣酮的羰基（>C=O）相比，键能较小，键长较小，偶极矩则小得多，且方向相反，试从结构角度作出解释。39、给出金刚石晶胞中各原子的坐标。
（A）一条sp—spσ键，一条p—pπ键（B）一条sp—spσ键，一条p—pπ键（C）一条sp—spσ键，一条p—pπ键（D）三条p—pσ键20、下列物质熔点变化顺序中，不正确的是（）。
（A）NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI（B）NaCl＜MgCl2＜AlCl3＜SiCl4（C）LiF＞NaCl＞KBr＞CsI（D）Al2O3＞MgO＞CaO＞BaO
分子结构与晶体结构
第三章分子结构与晶体结构
一.选择题
1、下列化合物熔点高低顺序为（）。
（A）SiCl4＞KCl＞SiBr4＞KBr（B）KCl＞KBr＞SiBr4＞SiCl4（C）SiBr4＞SiCl4＞KBr＞KCl（D）KCl＞KBr＞SiCl4＞SiBr4 2、下列物质在水溶液中溶解度最小的是（）。（A）NaCl（B）AgCl（C）CaS（D）Ag2S