第2章分子结构和晶体结构 本章要求 在原子结构理论基础上,讨论分子的形成过程,介绍化学键、分 子的空间构型和晶体的基本类型、性质和相关理论等分子结构和晶 体结构的基础知识。 本章学习的主要要求为 1.掌化学键的基本概念、基本类型、形成条件和基本性质; 2.掌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。 3.掌杂化轨道理论的要点和s型杂化所组成的分子的空间构型。 2021/2/23
2021/2/23 1 第2章 分子结构和晶体结构 本章要求 在原子结构理论基础上，讨论分子的形成过程，介绍化学键、分 子的空间构型和晶体的基本类型、性质和相关理论等分子结构和晶 体结构的基础知识。 本章学习的主要要求为： 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。 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 2021/2/23
2021/2/23 2 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
§2.1离子和离子晶体 离子键和离子晶体的形成条件 两个电负性差异较大的活泼金属原子与活泼的非金属原子相互 接近时,易发生电子转移而形成正负离子,这些正负离子具有较稳 定的电子层结构,并通过静电引力结合在一起而形成化合物。这种 由正负离子之间的静电引力而形成的化学结合力称为离子键(ion bond)。所形成的晶体称为离子晶体。 2.1.1离子键理论(柯塞尔1916) 1.离子键的形成和特征 ●成键两步骤:形成正负离子和成键 例:氯化钠 nNa(3s)nNa+(2s2p°) nNa+Cl nCl(323p5)—→nCl(3323p 2021/2/23 3
2021/2/23 3 §2.1 离子键和离子晶体 离子键和离子晶体的形成条件 两个电负性差异较大的活泼金属原子与活泼的非金属原子相互 接近时，易发生电子转移而形成正负离子，这些正负离子具有较稳 定的电子层结构，并通过静电引力结合在一起而形成化合物。这种 由正负离子之间的静电引力而形成的化学结合力称为离子键（ion bond）。 所形成的晶体称为离子晶体。 2.1.1 离子键理论（柯塞尔 1916） 1． 离子键的形成和特征 •成键两步骤： 形成正负离子和成键。 例：氯化钠 nNa(3s 1 ) nNa＋(2s 22p 6 ) nCl(3s 23p 5 ) nCl－(3s 23p 6 ) nNa＋Cl－
Cl 250 500 01214 距高R/10-5cm 成键过程中势能变化情况 2021/2/23
2021/2/23 4 图2.1 势能图 成键过程中势能变化情况
●形成离子键的条件: 成键原子电负性相差较大(1.7以上)。离子键的本质是 静电引力。由离子键形成的化合物叫离子型化合物。例: 食盐就是典型的离子晶体。 2.离子的性质 包括:离子的电荷、离子的电子构型和离子半径 (1)离子的电荷 对简单正负离子,离子的电荷是指形成离子键时,原子 得到或失去电子后所具有的电荷数 (2)离子的电子构型 离子的电子构型是指由原子失去或得到电子所形成的外 层电子构型。有下表所示的几种。 2021/2/23
2021/2/23 5 •形成离子键的条件： 成键原子电负性相差较大（1.7以上）。离子键的本质是 静电引力。由离子键形成的化合物叫离子型化合物。例： 食盐就是典型的离子晶体。 2．离子的性质 包括：离子的电荷、离子的电子构型和离子半径。 （1）离子的电荷 对简单正负离子，离子的电荷是指形成离子键时，原子 得到或失去电子后所具有的电荷数。 （2）离子的电子构型 离子的电子构型是指由原子失去或得到电子所形成的外 层电子构型。有下表所示的几种
类型 最外层电 例 元素所 子构型 在区域 稀有2电子 Li+、Be2+ 气体 电子 a 构型8电子 02 p区 F-、Sr2+ 18电子ns3n5nd10Zn2+、Cu ds区 Ag+、Hg2+ 非稀 有气18+2-1)s(n SI 2+ 体的电子 Op(n P区 )dl01 Sb3+、Bi3+ 电子 构型 9~17 Cr3+、Mn2+ 、d区、ds Cu2+、Fe2+ 电子 Snp Fe3+、V3+ 区 H 2+ 2021/2/23 6
2021/2/23 6 类 型 最外层电 子构型 例 元素所 在区域 稀有 气体 电子 构型 2电子 ns 2 Li ＋ 、Be 2 ＋ s 区 8电子 ns 2np 6 Na ＋ 、Cl － 、 O 2 － F － 、Sr 2 ＋ p 区 非稀 有气 体的 电子 构型 18电子 ns 2np 6nd10 Zn 2 ＋ 、Cu ＋ 、 Ag ＋ 、Hg2 ＋ ds 区 18 ＋ 2 电子 ( n －1)s 2 (n － 1)p 6 (n － 1)d10ns 2 Sn 2 ＋ 、Pb 2 ＋ 、 Sb 3 ＋ 、Bi 3 ＋ P 区 9 ～17 电子 ns 2np 6nd 1 ～ 9 Cr 3 ＋ 、Mn 2 ＋ 、 Cu 2 ＋ 、Fe 2 ＋ 、 Fe 3 ＋ 、 V 3 ＋ 、 Hg2 2 ＋ d区、ds 区
(3)离子半径 依据:核间距d=r++r 以r(F)=133pm;r(02-)=132pm 为基础,d可由x射线衍射法 d=r+ 测得d后,其它离子半径可求。 离子半径示意图 例:MgO:d210pm,故Mg2离子的半径r(Mg2+)=210pm 132pm=78pm。 2021/2/23
2021/2/23 7 （3）离子半径 依据：核间距d =r＋＋r－ 以r（F－）=133pm；r（O 2－）=132pm 为基础，d可由x射线衍射法 测得d后，其它离子半径可求。 例：MgO：d=210pm，故Mg2+离子的半径r(Mg2＋)=210pm－ 132pm=78pm。 d=r＋＋r－ r＋ r－ 离子半径示意图
正负离子半径的变化规律: (a)同一周期从左至右,主族正离子的半径随电荷数增加而 减小。例:r(Na+)>r(Mg2+)>r(A13+)>r(Si4+ b)同一主族离子半径自上而下随电子层数增加而增大 FG r(Li +<r(Na+<r(k+r(rb+<r(cs+) (c)同一元素的正离子半径<原子半径<负离子半径 般正离子半径约为10pm~170pm,而负离子半径约为 130pm~250pm (d)同一元素原子能形成几种不同电荷的正离子时,电荷数 大的离子半径小于电荷数小的离子半径。 如r(Cr3+)=64pm,而r(Cr6+)=52pm 2021/2/23 8
2021/2/23 8 正负离子半径的变化规律： （a）同一周期从左至右，主族正离子的半径随电荷数增加而 减小。例：r(Na＋)>r(Mg2＋)>r(Al3＋)>r(Si4＋) （b）同一主族离子半径自上而下随电子层数增加而增大。 例：r(Li＋)<r(Na＋)<r(k＋)<r(Rb＋)<r(Cs＋) （c）同一元素的正离子半径<原子半径<负离子半径。 一般正离子半径约为10 pm～170pm，而负离子半径约为 130 pm～250pm。 （d）同一元素原子能形成几种不同电荷的正离子时，电荷数 大的离子半径小于电荷数小的离子半径。 如r(Cr3＋)=64pm， 而r(Cr6＋)=52pm
日日 晶体( crysta1)的基本概念 (1)晶体的共同特性 有确定的熔点(如玻璃为非晶体,无确定的熔点); ●能自发地形成规则的多面体外形 各向异性,即在晶体的不同的方向上有不同的物理性质; 均匀性,即同一块晶体的各部分的宏观性质相同; 能对X射线产生衍射效应等。 晶体的结构具有周期性。此条最重要 2021/2/23
2021/2/23 9 2.1.2 离子晶体 1． 晶体(crystal)的基本概念 （1）晶体的共同特性 • 有确定的熔点（如玻璃为非晶体，无确定的熔点）； • 能自发地形成规则的多面体外形； • 各向异性，即在晶体的不同的方向上有不同的物理性质； • 均匀性，即同一块晶体的各部分的宏观性质相同； • 能对X射线产生衍射效应等。 • 晶体的结构具有周期性。此条最重要
非晶体不具备晶体的以上特性,主要就是由于晶体结构具有 周期性而非晶态物质不具有周期性所致 (2)晶体的定义 定义一:凡是原子(或分子、离子)在空间按一定规律作周期 性排列构成的物质即称为体。 定义二:凡原子、分子或离子按点阵结构作周期性地排列而成 的物质即称为品体。 这种重复出现的空间构型叫做晶格( lattice,能代表晶体 切特征的最小单位称为晶胞( unit cell)。即晶格是由晶胞在三维 空间无限重复而构成 按照各种晶体中晶胞参数的不同,可分为7个晶系(表23) 天然和合成的无机固态物质多为晶体。非晶体又称无定形体, 部质点排列不规则,没有一定的结晶外形 10
2021/2/23 10 非晶体不具备晶体的以上特性，主要就是由于晶体结构具有 周期性而非晶态物质不具有周期性所致。 （2）晶体的定义 定义一：凡是原子（或分子、离子）在空间按一定规律作周期 性排列构成的物质即称为晶体。 定义二：凡原子、分子或离子按点阵结构作周期性地排列而成 的物质即称为晶体。 这种重复出现的空间构型叫做晶格(lattice)，能代表晶体一 切特征的最小单位称为晶胞(unit cell)。即晶格是由晶胞在三维 空间无限重复而构成。 按照各种晶体中晶胞参数的不同，可分为7个晶系(表2.3)。 天然和合成的无机固态物质多为晶体。非晶体又称无定形体， 其内部质点排列不规则，没有一定的结晶外形