第八章 分子结构与晶体结构 (1)
【有机化学讲义】第八章 立体化学
山 东 理 工 大 学 教 案 第 次课 教学课型：理论课□ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：* 重点 # 难点 ）： 第八章 立体化学 §8-1 手性和对映体* §8-2 旋光性和比旋光度* §8-2 含一个手性碳原子的化合物的对映异构* §8-4 构性表示法确定和标记* §8-5 含多个手法碳原子化合物的立体异构# §8-6 外消旋体的拆分(自学) §8-7 手性合成 §8-8 环状化合物的立体异构 教学目的要求： 1．掌握偏振光、旋光性、比旋光度。 2．掌握手性、对映性、非对映性，内消旋体、外消旋体和不对称性等概念。 3．掌握fischer投影的规则和使用，以及fischer投影式和Newman式，楔形式的转换。 4．掌握含有一个和二个手性碳原子的手性分子的R/S标记法。 5．理解对称元素和对称操作，识别指定结构的对称元素。 6．理解对映异构体理化性质差异及外消旋体的化学拆分原理。 7．了解构型的D、L标记法及手性在自然界的意义。 8．了解手性合成、环状化合物的立体异构。 9．能运用立体化学知识解释烯烃亲电加成反应历程。 教学方法和教学手段： 本课程以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。
讨论、思考题、作业： 教材： 1、①③⑤⑦；3；6、①②；9。思考：7
参考资料： 1．邢其毅等，《基础有机化学》.高等教育出版社，1993 2．胡宏纹主编《有机化学》高等教育出版社1990 3．王积涛等《有机化学》 南开大学出版社 1993 4（美）莫里森、博伊德编《有机化学》（第二版），复旦大学化学系有机化学教研室译，科学出版社，1993年。
·· 1第八章 立体化学
对映异构现象的发现
早在十九世纪就发现许多天然的有机化合物如樟脑、酒石酸等晶体有旋光性，而且即使
溶解成溶液仍具有旋光性，这说明它们的旋光性不仅与晶体有关，而且与分子结构有关。
固体物理
第一章 晶体结构
布拉菲点阵概念
惯用晶胞（单胞）概念
初基晶胞（原胞）概念
Wigner-Seize晶胞
晶体结构
基元+点阵=晶体结构
简单的晶体结构
（1）sc，bcc，fcc结构的特征
（2）金刚石结构
（3）六角密堆积结构
（4）NaCl结构
（5）CsCl结构
晶列, 晶向, 晶面, 晶面族, 晶面指数, 密勒指数, 晶面间距
晶面指数（hkl)的定义和求法
方向指数[abc]的定义和求法
对称操作
7种晶系和14种布拉菲点阵
1以堆积模型计算由同种原子构成的同体积的简立方和面心
立方晶体中的原子数之比。
2证明立方晶系的晶列[hkl]与晶面族(hkl)正交
3某元素晶体的结构为体心立方布拉菲格子，试指出其格点
面密度最大的晶面系的密勒指数，并求出该晶面系相邻晶面
的面间距
4在立方晶胞中画出（122），（001），（10），（210）
晶面和[122]
5晶体中可以独立存在的8种对称元素是： 、 、
、 、 、 、 、 。
布拉格定理
倒易点阵初基矢量公式
布里渊区的求法（二维正方格子和长方格子）
实验衍射方法（劳厄法、转动晶体法和粉末法）
倒易点阵矢量和晶面指数间的关系
1考虑晶体中一组互相平行的点阵平面（hkl），（a）证明倒易点
阵矢量G（hkl）=hb1+kb2+lb3垂直于这组平面（hkl）；（b）证明
两个相邻的点阵平面间的距离d（hkl）为
2从体心立方铁的（110）平面来的X-射线反射的布喇格角为22º，
X-射线波长=1.54Å。试计算铁的立方晶胞边长；(b）从体心立方
结构铁的(111)平面来的反射的布喇格角是多少？
答案：a）a=2.91Å；b）=27.28º
3对于点阵常数为a的二维六角点阵，（a）写出正点阵的初 基矢量；（b）计算倒易点阵的初基矢量；（c）画出第一、
材料科学基础总复习
《材料科学基础》上半学期内容重点
第一章 固体材料的结构基础知识
键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；
键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；
晶体的特性（5个）；
晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；
晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；
第二章 晶体结构与缺陷
晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；
典型金属晶体结构；
离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；
共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；
晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；
第三章 材料的相结构及相图
相的定义
相结构
合金的概念： 固溶体
置换固溶体
（１）晶体结构
无限互溶的必要条件—晶体结构相同
比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）
（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；
（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；
（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；
间隙固溶体
（一）间隙固溶体定义
（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素
（三）间隙固溶体的点阵畸变性
中间相
中间相的定义
中间相的基本类型：
正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法
电子化合物：电子化合物、电子化合物种类
原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物
二元系相图：
杠杆规则的作用和应用；
匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；
三元相图：
三元相图成分表示方法；
了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；
MOE分子对接(第八章)
第八章 分子对接
1. 结构准备:生物分子结构的准备
1.1 介绍 准备三维大分子结构的目的是校正结构，并为进一步的计算分析准备大分子数
据。目前，三维生物分子结构数据的主要来源是x射线晶体学。由于核磁共振
(NMR)结构文件比x射线文件少得多，而且NMR文件往往包含较少的与数据
相关的问题，如丢失原子和残留物，因此本文档将主要关注x射线晶体数据的
制备。
大分子x射线晶体结构的一个主要问题是原子数据的缺失或难以分辨。不能很
好地解决的区域可能导致多个模型、交替的位置(原子被分配为“部分占据”，这
是基于它们在不同位置被发现的频率)或数据完全缺失。丢失数据的严重程度从偶尔丢失原子到结构的整个部分都不存在。在许多情况下，缺失的数据需要建
模和修复，然后才能进行后续的计算分析。
x射线晶体结构的另一个问题是，非氨基酸的成键模式必须从重原子的位置推
断出来。配体和辅因子的键序原则上可以从原子间的距离和角度来预测(如果原
子坐标足够精确的话)，但结构的灵活区域可能导致位置模糊，使自动识别键变得困难。此外，键序的确定依赖于氢原子的知识，由于其高迁移率，通常无法以任何程度的准确性确定氢原子的位置。因此，配体和辅因子的键序、电荷和
质子态需要人工检查和修正。
x射线蛋白质结构的典型手工处理包括以下步骤：
①从PDB文件加载结构数据。
②使用温度因素，蛋白质几何检查和电子密度来评估数据的质量。
③如果有必要，可以查看其他结构数据。
④用同源性建模和转子探索来替换缺失的蛋白切片。
⑤考虑是否需要固定辅因子和配体的键合模式，并删除未结合的水分子。
⑥加入氢，优化它们的位置。
⑦设置限制约束。
⑧执行结构的最终能量最小化。
人工处理生物分子结构既费时又容易出现人为错误。通过将与制备生物分子结构相关的最常见任务自动化，可以减少这些错误。这是结构准备应用程序的主要目标。此外，该应用程序提供了一个环境，可以手动检查识别的每个项目，同时允许应用一些灵活性的校正。结构制备应用程序可以用于制备三维生物分
分子结构与晶体结构
分子结构与晶体结构
一.选择题
1.反应的焓变可代表KCl晶格能的是()
(A)K＋(g)+Cl－(g)=KCl(s)(B)K(g)+Cl(g)=KCl(s)
(C)K(s)+Cl(s)=KCl(s)(D)K(s)+1/2Cl2(g)=KCl(s)
2.反应的焓变可代表NaCl晶格能的是()
(A)Na(g)+Cl(g)=NaCl(s)(B)Na(g)+1/2Cl2(g)=NaCl(s)
(C)Na＋(g)+Cl－(g)=NaCl(g)(D)Na＋(g)+Cl－(g)=NaCl(s)
3.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
4.能和钠形成最强离子键的单质是()
(A)H2(B)O2(C)F2(D)Cl25.关于晶格能，下列说法中正确的是()
(A)晶格能是指气态阳离子与气态阴离子生成1mol离子晶体所释放的能量
(B)晶格能是由单质化合成1mol离子化合物时所释放的能量
(C)晶格能是指气态阳离子与气态阴离子生成离子晶体所释放的能量
(D)晶格能就是组成离子晶体时，离子键的键能
6.下列各组离子中，离子的极化力最强的是()
(A)K＋，Li＋(B)Ca2＋，Mg2＋(C)Fe3＋，Ti4＋(D)Sc3＋，Y3＋
7.下列各组离子中，离子的变形性最大的是()
(A)I－，S2－(B)F－，Br－(C)Cl－，O2－(D)N3－，H－
8.比较下列各组物质的熔点，正确的是()
(A)NaCl＞NaF(B)CCl4＞CBr4(C)H2S＞H2Te(D)FeCl3＜FeCl29.下列有关离子变形性的说法中，不正确的是()
(A)外层8电子构型的离子的变形性小于其他电子构型的离子
(B)同一元素不同价态的负离子中，所带电荷越多变形性越小
(C)同种原子形成的阴离子比阳离子变形性大
(D)离子半径大，则变形性大(其他条件相同)
10.下列物质中，既有离子键又有共价键的是()
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。
专题08 分子结构与晶体结构
1 专题八 分子结构与晶体结构
★双基知识
1． 几个基概念
化学键：相邻的两个或多个原子间强烈的相互作用
共价键：原子间通过共用电子对所形成的相互作用
离子键：阴、阳离子通过静电作用所形成的化学键
极性键：由不同元素的原子所形成的共价键
非极性键：由相同元素的原子所形成的共价键
金属键：金属阳离子与自由电子之间较强烈的作用叫金属键。
氢键：
范德华力（分子间作用力）
极性分子 非极性分子
离子晶体 分子晶体
原子晶体 金属晶体
2．常见几种晶体的结构分析（点、线、面、体）
（1）氯化钠晶体 （2）氯化铯晶体
（3）二氧化碳晶体 （4）白磷分子的结构
（5）Cn的结构 （6）金刚石晶体
（7）二氧化硅晶体 （8） 石墨晶体
★巧思巧解
1．离子键、共价键、金属键的比较
离子键 共价键 金属键 极性共价键 非极性共健
成键元素 活泼的金属元素
活泼的非金属元素 一般是不同的非金属元素之间 一般是同种非金属元素之间 同种金属元素
成健粒子 阴、阳离子 原子 原子 金属阳离子和自由电子
粒子间相互作用 静电作用 共用电子对 共用电子对 静电作用
电子式举例
2．四种晶体的比较
晶体类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
存在粒子
粒子间作用
熔、沸点
硬度
溶解性
导电性
实例
3．晶体熔、沸点比较
分子结构与晶体结构 2
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
分子结构与晶体结构
二. 教学目标
了解化学键的含义，理解并掌握共价键的主要类型及特点，共价键、离子键及金属键的主要区别及对物质性质的影响。
能根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型判断简单分子或离子的空间构型，了解等电子体的含义。
了解原子晶体、分子晶体和金属晶体的结构特征，掌握不同晶体的构成微粒及微粒间的相互作用力，掌握影响晶体熔沸点、溶解性的因素。
三. 教学重点、难点
分子结构与晶体结构的特点，影响物质熔沸点和溶解性、酸性的因素
四. 教学过程
（一）化学键与分子结构：
1、化学键：相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，通常叫做化学键。
三种化学键的比较： 离子键 共价键 金属键
形成过程 阴阳离子间的静电作用 原子间通过共用电子对所形成的相互作用 金属阳离子与自由电子间的相互作用
构成元素 典型金属（含NH4+）和典型非金属、含氧酸根
非金属 金属
实例 离子化合物，如典型金属氧化物、强碱、大多数盐 多原子非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸等 金属
配位键：配位键属于共价键，它是由一方提供孤对电子，另一方提供空轨道所形成的共
价键，例如：NH4+的形成
在NH4+中，虽然有一个N－H键形成过程与其它3个N－H键形成过程不同，但是一旦形成之后，4个共价键就完全相同。
共价键的三个键参数 概念 意义
键长 分子中两个成键原子核间距离（米） 键长越短，化学键越强，形成的分子越稳定
键能 对于气态双原子分子AB，拆开1molA-B键所需的能量 键能越大，化学键越强，越牢固，形成的分子越稳定
键角 键与键之间的夹角 键角决定分子空间构型
键长、键能决定共价键的强弱和分子的稳定性：原子半径越小，键长越短，键能越大，分子越稳定。
共价键的极性 极性键 非极性键
共用电子对偏移程度 偏移 不偏移
构成元素 不同种非金属元素 同种非金属元素
实例 HCl、H2O、CO2、H2SO4 H2、N2、Cl2
结构化学习题答案
结构化学习题 答案
第八章 金属晶体结构
8001
(C)
8002
非。
8003
非。六方晶系只有简单六方一种点阵型式,六方晶胞中所含的两个球,均属一个结构基元。
8004
1:2:1
8005
(E)
8006
0,0,0; 1/3,2/3,1/2 (或 0,0,0; 2/3,1/3,1/2)
8007
(1) 63,6 简单六方。
(2) 0,0,0; 1/3,2/3,1/2。
(3) (NA·34r3)/0.7405 = 13.95 cm3
(4) d002= 2×1.633×160/2 pm = 522.6/2 pm = 261.3 pm
8008
面; 面
第八讲 化学键与晶体类型
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第 1 页 共 12 页 第八讲 化学键与晶体类型
考试大纲要求
1．理解离子键、共价键的涵义，了解键的极性。
2．了解几种晶体类型（离子晶体、原子晶体、分子晶体）及其性质。
知识规律总结
一、化学键与分子间作用力
表4-1化学键与分子间作用力的比较
化学键 分子间作用力
概念 相邻的原子间强烈的相互作用叫化学键 把分子聚集在一起的作用力，叫做分子间作用力，又称范德华力
作用范围 分子或晶体内 分子之间
作用力强弱 较强 与化学键相比弱得多
影响的性质 主要影响化学性质 主要影响物理性质（如熔沸点）
二、化学键的分类
表4-2离子键、共价键和金属键的比较
化学键类型 离子键 共价键 金属键
概念 阴、阳离子间通过静电作用所形成的化学键 原子间通过共用电子对所形成的化学键 金属阳离子与自由电子通过相互作用而形成的化学键
成键微粒 阴阳离子 原子 金属阳离子和自由电子
成键性质 静电作用 共用电子对 电性作用
形成条件 活泼金属与活泼的非金属元素 非金属与非金属元素 金属内部
实例 NaCl、MgO HCl、H2SO4 Fe、Mg
三、共价键的类型
表4-3非极性键和极性键的比较
非极性键 极性键
概念 同种元素原子形成的共价键 不同种元素原子形成的共价键，共用电子对发生偏移
原子吸引电子能力 相同 不同
共用电子对 不偏向任何一方 偏向吸引电子能力强的原子
成键原子电性 电中性 显电性
形成条件 由同种非金属元素组成 由不同种非金属元素组成
四、分子的极性 - 2 -
第 2 页 共 12 页 1．非极性分子和极性分子
表4-4 非极性分子和极性分子的比较
非极性分子 极性分子
形成原因 整个分子的电荷分布均匀，对称 整个分子的电荷分布不均匀、不对称
存在的共价键 非极性键或极性键 极性键
分子内原子排列 对称 不对称
2．常见分子的类型与形状
表4-5常见分子的类型与形状比较