第六章 分子结构与晶体结构分析PPT课件
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第六章 分子的结构与性质
有时不写σ1s和σ*1s轨道，而用符号KK表示 例2. N2分子（14个电子）的结构。
1．推测分子的存在和阐明分子的结构 (1)H2+分子离子与Li2分子 H2+分子轨道式：H2+*(σ1s)1]。由于有1个电子进入(σ1s)成键轨 道，体系能量降低了，因此从理论上推测H2+分子离子是可能 存在的。[H· H]+分子离子中的键称单电子σ键。同理： Li2*KK(σ2s)2]。体系能量也降低，推测Li2分子也是可能存在的。 Li：Li分子中的键称单(σ)键。 (2)Be2分子与Ne2分子 Be2分子有8个电子；Ne2分子有20个电子。假如这两种分子 都能存在，则：
• 6．1 键参数 • 凡能表征化学键性质的量都可称为键参数。 在此着重介绍键能、键长和键角。 • 6．1．1键能 • 键能粗略而言是指气体分子每断裂单位物 质的量的某键(6.022×1023个化学键)时的焓 变。 • 键能可作为衡量化学键牢固程度的键参数， 键能越大，键越牢固。 • 对双原子分子来说，键能在数值上就等于 键解离能(D)。例如： •
第六章 分子的结构与性质
• 分子结构，通常包括两个方面： • (1)分子的空间构型 实验证实，分子按照 一定的规律结合成整体，使分子在空间呈现 出一定的几何构型。 • (2)化学键 化学上把分子或晶体内相邻原 子(或离子)间强烈的相互吸引作用称为化学 键。化学键分为离子键、共价键和金属键三 种基本类型。 • 此外，在分子之间还普遍存在着一种较弱 的相互吸引作用，通常称为分子间力或范德 华力。有时分子间或分子内的某些基团之间 还可能形成氢键。
• N原子的价层电子构型为2s22p3，成键时这4 个价电子轨道发生sp3杂化：
• 这种产生不完全等同轨道的杂化称为不等性 杂化。 • H20分子
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
(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。
无机化学第六章 分子结构
N2：N≡N （一条σ键，两条π键）
N的电子排布式： 1s2 2s2 2p3 (2px12py12pz1) 二个π键互相垂直
δ 键：两个原子相匹配的d轨道以“面对面”的 方式重叠所形成的键
C：1s22s22p2
2个未成对电子
价键理论
形成两条共价键
键角90°( 两条p轨道互相垂直)
形成4条等同的共价键(CH4)
2p 2s
2p
激发
2s
杂化
sp3
激发
基态
激发态
杂化态
与4个H的 1s 轨道成 键(σ)
化合态
Sp3杂化：
1个ns轨道和3个np轨道混合而成
3 1 s 成分和 p 成分 每个sp3杂化轨道： 4 4
可形成四条σ键 键角： 109°28′ 电子构型： 正四面体
键角104.5 °
H2O sp3杂化 为什么？ 不是正四面体
配位键与共价键的区别： 形成的过程不同
二、共价键理论
G. N Lewis ( 美国化学家，1875~1946） 8e或2e结构
× ×
.. .. .l. Cl C.
×× × ××
Lewis理论
Cl—Cl
无法解释
H—Cl
N≡N
共用 电子对
无法解释共价键的方向性
F F F
Cl
F
S
F
F F
Cl
P
Cl
Cl Cl F
1s—1s、2s—2s、2p—2p
可组成分子轨道
2s—2p 取决于轨道之间的能量差
从轨道能量角度看：
H1s Cl3p O2p Na3s HCl 共价键（E相近） E1s = -1313 kJ· -1 mol E3p = -1259 kJ· -1 mol E2p = -1322 kJ· -1 mol E3s = -502 kJ· -1 mol
《晶体结构与性质》课件
总结词
密排六方结构是一种晶体结构，其特点是原子或分子的排列具有高度的六方对称性，且每个原子或分子的周围都有相同数量的最近邻。
详细描述
密排六方结构是一种晶体结构，其原子或分子在晶格中以密排六方的形式排列。这种结构的六方对称性使得原子或分子的排列非常紧密。由于每个原子或分子周围都有相同数量的最近邻，这种结构也具有高度的稳定性。密排六方结构在金属材料中较为常见，如镁、锌、镉等。
总结词
金属材料在晶体结构与性质方面具有广泛的应用，其性能受到晶体结构的影响。
详细描述
金属材料的物理和化学性质，如导电性、导热性、耐腐蚀性等，都与其晶体结构密切相关。通过了解金属材料的晶体结构，可以预测其在不同环境下的性能表现，从而优化材料的选择和应用。
陶瓷材料的晶体结构对其硬度、耐磨性和耐高温性能具有重要影响。
分子晶体结构是一种由分子通过范德华力结合形成的晶体结构。
总结词
分子晶体结构是一种由分子通过范德华力结合形成的晶体结构。范德华力是一种较弱的作用力，因此分子晶体通常具有较低的熔点和硬度。常见的分子晶体有冰、干冰等。分子晶体在材料科学和工程中也有一定的应用，如某些塑料和橡胶材料。
详细描述
晶体结构与材料性能的应用
总结词
硬度是衡量晶体抵抗被划痕或刻入的能力的物理量。硬度通常与晶体中原子的排列方式和相互间的作用力有关。例如，金刚石是自然界中硬度最高的物质，这归功于其独特的碳原子排列方式。
详细描述
VS
晶体的光学性质主要取决于其内部结构和对称性。
详细描述
当光照射到晶体上时，会发生折射、反射、双折射等光学现象。这些现象的产生与晶体内原子或分子的振动和排列方式有关。例如，某些晶体具有特殊的颜色，这是由于它们对不同波长的光有不同的折射率。
第六章 分子结构与晶体结构分析课件
1-1 共价键的形成
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 E 互作用。
每个H原子核不仅吸引自 0 己本身的1s电子还吸引另一个 H原子的1s电子，平衡之前， －D
d
引力＞排斥力，到平衡距离d， 能量最低：形成稳定的共价键。
无机化学
↑↑ ↑↓ R
1-1 共价键的形成
无机化学
1. 分子的极性 •任何以共价键结合的分子中，存在带正电荷 的原子核、带负电荷的电子。 •分子中存在正电荷中心（“+”极）、负电 荷中心（“-”极）。 •两中心重合，整个分子无极性，称为非极性 分子； •两中心不重合，整个分子有极性，称为极性 分子。
1. 分子的极性
无机化学
① 由共价键结合的双原子分子，键的极性和分子极 性一致； 例： O2 、N2 、H2 、Cl2 非极性键，非极性分子。
无机化学
H2分子中两个H原子的1S轨道发生重叠，核间 形成一个电子出现的几率密度较大的区域。这
样，增强了核间电子云对两核的吸引，削弱了 两核间斥力， 体系能量降低，更稳定。
（核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独 时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低）。
1-1 共价键的形成
无机化学
1930年，鲍林用量子力学处理H2分子问 题所得结果推广到其他分子系统，发展 成为价键理论。
无机化学
非极性共价键：由同种原子组成的共价键，由 于元素的电负性相同，电子云在两核之间均匀分 布。例：H2、O2、N2等 。 极性共价键：由不同种元素的原子形成的化学 键，由于元素的电负性不同，对电子的吸引能力 不同，在共价键的两端产生了正负极，这样的化 学键称为极性共价键。例：HCl、H2O、NH3等。
晶体结构 PPT课件
结构可以看成是由C-C四面体共顶连接 而成。
金刚石的类型
晶格中N和B常替代C。N含量一般为 0.001% ~0.25%。按照N的含量将经金 刚石划分为不同类型/
Ⅰ型 (含N) Ⅰa型：N为N2、N3 、N n， 98%的天然无色--黄色钻石属于此类。 Ⅰb 型：N为孤N， 多数合成钻石属于此类。 Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝 模、砂轮、钻头等。
O2-位于立方晶胞晶棱的中点， Ca2+位于 立方晶胞的中心，配位数为12；Ti4+位于 晶胞的角顶，配位数为6；O 周围有4 个 Ca, 2个Ti。[TiO6]八面体共角顶连接。
CaTiO3的立方原始晶胞
Ti4+与八面体角顶的6个O2-配位
Ca2+
Ti4+ O2-
理想钙钛矿的晶胞
一般将等轴晶系钙钛矿结构称为理想 钙钛矿，典型代表是SrTiO3。这种结 构的钙钛矿很少见。只有当离子半径 满足(rA+rX) =1.414(rB+rX)。才能形成 理想的钙钛矿型结构。
方解石(CaCO3)的结构模型
每一个Ca2+与属于不同的CO32-离子团 中的六个氧离子配位，碳的氧离子配 位数为3 。
Ca2+与不同的CO32-离子团中的六个O2-配位，
(2)钙钛矿（CaTiO3）型晶体结构 高温下为等轴晶系，空间群Pm3m，
ao=0.385nm，Z=1。
钙钛矿结构可看成是较大的Ca2+和O2作立方最紧密堆积，Ti4+充填在由六个 氧形成的八面体空隙中。
10.1 元素单质的晶体结构
1.金属单质的晶体结构
典型的金属单质晶体，原子之间以金属键 结合，结构看成是由等大球紧密堆积而 成，原子配位数高。
分子结构与晶体结构
类）
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、
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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无机化学
非极性共价键：由同种原子组成的共价键，由 于元素的电负性相同，电子云在两核之间均匀分 布。例：H2、O2、N2等 。 极性共价键：由不同种元素的原子形成的化学 键，由于元素的电负性不同，对电子的吸引能力 不同，在共价键的两端产生了正负极，这样的化 学键称为极性共价键。例：HCl、H2O、NH3等。
步知识； • 讨论分子间力和氢键对物质性质的影响。
分子结构包括
无机化学
分子的化学组成 分子的构型：即分子中原子的空间排布，键 长，键角和几何形状等。 分子中原子间的化学键
化学上把分子或晶体中相邻原子（或离子） 之间强烈的相互吸引作用称为化学键。
化学键：离子键、共价键、金属键。 晶 体：离子晶体、原子晶体、
无机化学
H2分子中两个H原子的1S轨道发生重叠，核间 形成一个电子出现的几率密度较大的区域。这
样，增强了核间电子云对两核的吸引，削弱了 两核间斥力， 体系能量降低，更稳定。
（核间电子在核间同时受两个核的吸引比单独 时受核的吸引要小，即位能低，∴能量低）。
1-1 共价键的形成
无机化学
1930年，鲍林用量子力学处理H2分子问 题所得结果推广到其他分子系统，发展 成为价键理论。
1-1 共价键的形成
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 E 互作用。
每个H原子核不仅吸引自 0 己本身的1s电子还吸引另一个 H原子的1s电子，平衡之前， －D
d
引力＞排斥力，到平衡距离d， 能量最低：形成稳定的共价键。
无机化学
↑↑ ↑↓ R
1-1 共价键的形成
特征称为共价键的饱和性。例如：
H Cl H O H
NN
1-3 共价键的特征
无机化学
•原子轨道中，除s轨道是球形对称没有方向性外， p，d，f原子轨道中的等价轨道，都具有一定的 空间伸展方向。
•方向性：在形成共价键时，只有当成键原子轨 道沿合适的方向相互靠近，才能达到最大程度 重叠，形成稳定的共价键。称为共价键的方向 性。例如： HCl形成
如 NH4+ 、 SO42- 、 PO43- 、 ClO4- 等 离 子 中 都 有 配 位
F
HNH
H
FBF
F
1-5 键参数
无机化学
• 表征共价键基本性质的物理量叫键参数。
• 键能（E）：共价键的强度 ；
• 键长（l）、键角（α）：共价键形成的 分子的空间构型（几何构型）。
分子晶体、金属晶体
§1 共价键理论
无机化学
• 1916年，路易斯(Lewis G N)提出共 价键理论。
• 定义：原子间借用共用电子对结合的
化学键叫做共价键。
路易斯
• 靠共用电子对，形成化学键，得到稳 (共价键理论） 定电子层结构。
• 化学键—分子中的两个（或多个）原 子之间的相互作用。
• 对共价键的形成的认识，发展提出了
无机化学
• s-s： σ键，如：H-H • s-p： σ键，如：H-Cl • p-p：σ键，如：Cl-Cl • 单键：σ键 • 双键：一个σ键，一个π键 • 叁键：一个σ键，两个π键
（1）σ键和π键
无机化学
类型
σ键
π键
原子轨道重叠方式 头碰头
肩并肩
存在情况
能单独存在 不能单独存在
牢固程度
牢固
差
（2）非极性共价键和极性共价键
价键理论（Valence Bond Theory）：又 称电子配对法，简称VB法。
1-2 价键理论要点
无机化学
① 要有自旋相反的未配对的电子 H↑+ H↓ → H↑↓H 表示：H:H或H-H
② 电子配对后不能再配对：即一个原子有几
个未成对电子，只能和同数目的自旋方向相 反的未成对电子成键。 如：N：2s22p3，N≡N 或NH3（电子配对原理）这就是共价键的饱和 性。 ③ 最大重叠原理：原子轨道的最大程度重叠 （重叠得越多，形成的共价键越牢固）
（2）非极性共价键和极性共价键
无机化学
共价键极性的强弱，可由成键原子的电负性 的大小来表示。
极性共价键是非极性共价键和离子键的过渡键型。
（3）配位键（配位共价键）
无机化学
•形成条件：成键原子一方有孤对电子，另一方 有空轨道。
（3）配位键（配位共价键）
无机化学
此类共价键在无机化合物中是大量存在的，
1-3 共价键的特征
无机化学
•共价键理论的基本要点，决定了共价键具有 的两种特性，即饱和性和方向性。
•饱和性：根据自旋方向相反的两个未成对电 子，可以配对形成一个共价键，推知一个原子
有几个未成对电子，就只能和同数目的自旋方
向相反的未成对电子配对成键，即原子所能形
成共价键的数目受未成对电子数所限制。这一
第六章 分子结构与晶体结构
第六章 分子结构与晶体结构
无机化学
第一节 共价键理论 第二节 杂化轨道理论与分子几何构型 第三节 分子间力与分子晶体 第四节 离子键与离子晶体 第五节 其他类型晶体
本章要求
无机化学
• 掌握两种类型的化学键； • 了解杂化轨道理论； • 了解现代价键理论和分子轨道理论的初
现代价键理论和分子轨道理论。
科塞尔(Kossel)
离子键理论
1-1 共价键的形成
无机化学
1 9 2 7 年 ， 海 特 勒 （ Heitler ） 和 伦 敦 （ London ）用量子力学处理H原子形成 H2分子的系统时，提出2种假设 ： （1）两个H原子中电子的自旋方向相 同—不能形成共价键 （2）两个H原子中电子的自旋方向相 反—可以形成共价键
+
+
—
+
+
—
+
+
—
S-S
px-s
px-px
（1）σ键和π键
无机化学
•π键：原子轨道垂直于两核连线，以“肩并肩” 方式重叠，重叠部分在键轴的两侧并对称于与 键轴垂直的平面。这样形成的键称作π键。
+
+
—
—
pz-pz
π键轨道重叠程度比键小，键能也小，因此稳定性低， 活动性较高，是化学反应的积极参加者。
（1）σ键和π键
3pz
1s
+z
+
z
++
1-3 共价键的特征
无机化学
+
+
zz
pz
pz
—
++
—
Cl2形成
1-4 共价键的类型
无机化学
可以从不同角度对共价键进行分类。
（1）σ键和π键（根据原子轨道重叠方式不同而分类） （2）非极性共价键和极性共价键 （3）配位键
（1）σ键和π键
无机化学
•σ键：原子轨道沿两原子核的连线（键轴），以 “头碰头”方式重叠，重叠部分集中于两核之间， 通过并对称于键轴，这种键称为σ键。如：