二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 §1物质的化学组成 课前复习: 绪论中我们从化学的角度认识了物质世界,并多层次地了解这个宇宙和物质的各种 运动规律,激发学习的兴趣。重点介绍系统及其划分、环境、相及其辨识、物质的量及 其符号、单位及有关计算、质量守恒、能量转化和反应进度的概念及其化学计量数正负 值的确定,利用这些基本概念逐步进入五彩缤纷的化学世界 引言 教学目的 就目前我们所知道的化学知识来讲,原子、分子是保持物质化学性衔接两 质的最小微粒,所以,分子和原子是人们认识物质的结构和化学反应的章的内容。 基础。实际上,当前的化学研究已经很深入,比电子、中子、质子更微 小的物质微粒如夸克、介子、胶子、τ粒子等,以及2004年九月份《参 考消息》报道俄罗斯科学家经过十五年的实验准备在实验室证实从虚无 中能够产生细微物质,也充分证实了我国古代勤劳的劳动人民关于对世 界认识的一些学说如阴阳学说、八卦学说的正确性。然而,对于我们非 化学专业的学生来讲,认识到原子、分子这个层次就已经足够了。本章 就原子、分子层次上来认识物质的化学组成 具有复杂化学组成的物质 教学提示 在中学时代,我们已经熟悉了很多组成简单而且原子间成一定整这部分 数比的简单分子,例如CO2,H2SO4等,是符合正常化合价规则的化内容偏重理 合物。但必须指出,这些仅仅是物质中的一部分,有大量的物质分子解,理解物质 的组成和结构比较复杂,不符合正常化合价规则,原子数目也不一定化学组成的 成整数比,如金属间化合物NbSn, Cuscn;碳化物Fe3C,MnC3:氮复杂性,理解 化物Fe2N等。它们在材料中却十分重要,例如碳化物、氮化物在钢材|FeC、a 中能有效地提高钢材的硬度。(GdCO,GdFe)是用于计算机储存元|si:H等非 件的一种非晶态材料;T5oNi是钛镍形状记忆合金:aiH,表示非晶整比化合物 氢化硅,其中a表示非晶态,Si表示硅,“”表示掺入和掺入的量不不符合正常 确定,H表示氢。非晶氢化硅是信息、电子工业中经常用到的半导体化合价物质 材料 的存在和应 上述都是稳定的物质,在常温下多为固体。上述事实说明,物质用
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 1 - §1.1 物质的化学组成 课前复习： 绪论中我们从化学的角度认识了物质世界，并多层次地了解这个宇宙和物质的各种 运动规律，激发学习的兴趣。重点介绍系统及其划分、环境、相及其辨识、物质的量及 其符号、单位及有关计算、质量守恒、能量转化和反应进度的概念及其化学计量数正负 值的确定，利用这些基本概念逐步进入五彩缤纷的化学世界。 引言 教学目的 就目前我们所知道的化学知识来讲，原子、分子是保持物质化学性 质的最小微粒，所以，分子和原子是人们认识物质的结构和化学反应的 基础。实际上，当前的化学研究已经很深入，比电子、中子、质子更微 小的物质微粒如夸克、介子、胶子、τ 粒子等，以及 2004 年九月份《参 考消息》报道俄罗斯科学家经过十五年的实验准备在实验室证实从虚无 中能够产生细微物质，也充分证实了我国古代勤劳的劳动人民关于对世 界认识的一些学说如阴阳学说、八卦学说的正确性。然而，对于我们非 化学专业的学生来讲，认识到原子、分子这个层次就已经足够了。本章 就原子、分子层次上来认识物质的化学组成。 衔 接 两 章的内容。 一、具有复杂化学组成的物质 教学提示 在中学时代，我们已经熟悉了很多组成简单而且原子间成一定整 数比的简单分子，例如 CO2，H2SO4 等，是符合正常化合价规则的化 合物。但必须指出，这些仅仅是物质中的一部分，有大量的物质分子 的组成和结构比较复杂，不符合正常化合价规则，原子数目也不一定 成整数比，如金属间化合物 Nb3Sn，Cu5Zn；碳化物 Fe3C，Mn7C3；氮 化物 Fe2N 等。它们在材料中却十分重要，例如碳化物、氮化物在钢材 中能有效地提高钢材的硬度。（GdCO，GdFe）是用于计算机储存元 件的一种非晶态材料；Ti50Ni 是钛镍形状记忆合金；a-Si:H，表示非晶 氢化硅，其中 a 表示非晶态，Si 表示硅，“:”表示掺入和掺入的量不 确定，H 表示氢。非晶氢化硅是信息、电子工业中经常用到的半导体 材料。 上述都是稳定的物质，在常温下多为固体。上述事实说明，物质 这 部 分 内容偏重 理 解，理解物质 化学组成 的 复杂性，理解 Fe3C 、α－ Si∶H 等非 整比化合物， 不符合正 常 化合价物 质 的存在和 应 用
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 的特性取决于它们的组成和结构。钛镍合金的相转变温度是作为形状 记忆合金使用时的重要指标。 原子簇、分子簇是由几个至几百个原子或分子组成的物质,其大 小属纳米量级。它一般由化学成分和结构比较简单的单元重复结合而 成,包括金属簇,如Li,Cun;非金属簇,如Cn,Am:分子簇,如 (NaCI)n等。 单质碳晶体具有三种同素异形体。其中金刚石是天然产物中硬度 最大、熔点最高(350℃)、不导电,是贵重的天然材料;而用作铅 笔芯、润滑材料、电极材料的石墨却与金刚石迎然不同,它具导电性 和滑动性;1985年发现了碳的第三种单质球碳,是一种60个碳原子 构成的分子C60。,C原子位于由12个正五边形和20个正大边形组成 的创个顶点上,形如足球,故俗称“足球烯”。后来还发现了C50, C0,Cs4,C120等。球碳物质的研究尚处开拓阶段,它们有可能用作催 化剂、润滑剂、超导体等的基质材料。美国化学家 Smalley r e,CurR F和英国化学家 Kroto h w因对开拓这个化学新领域的贡献荣获1996 年诺贝尔化学奖。金刚石、石墨、球碳它们在常温为固态。 、高分子化合物 教学提示 结合当前高分子化合物的发展展开讲,拓宽学生知识面。 了解高 工程上应用最多的高分子材料是ABS、PVC、UPVC,在板材、‖聚物的命名 管材方面大有取代金属材料如铸铁、刚等,甚至有些地区的建设部门原 作硬性规定。服装上应用最多的是晴纶、涤纶等。 命名原则: 在单体或组成特征面前加“聚”(poly-)字,如聚乙烯 在单体后面加“树脂”,如酚醛树脂 英文字母缩写,如ABS、PVC、UPVC等 壘以主要用途或最初用途命名,如乙丙橡胶(当初用作橡胶) 壘商业上以商品命名,如晴纶、尼龙等。 ★三、配位化合物 教学提示 配位化合物,简称配合物,也称绉合物它是一大类化合物,是该部分 2
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 2 - 的特性取决于它们的组成和结构。钛镍合金的相转变温度是作为形状 记忆合金使用时的重要指标。 原子簇、分子簇是由几个至几百个原子或分子组成的物质，其大 小属纳米量级。它一般由化学成分和结构比较简单的单元重复结合而 成，包括金属簇，如 Lin，Cun；非金属簇，如 Cn，Arn；分子簇，如 （NaCI）n 等。 单质碳晶体具有三种同素异形体。其中金刚石是天然产物中硬度 最大、熔点最高（3550℃）、不导电，是贵重的天然材料；而用作铅 笔芯、润滑材料、电极材料的石墨却与金刚石迎然不同，它具导电性 和滑动性；1985 年发现了碳的第三种单质球碳，是一种 60 个碳原子 构成的分子 C60。，C 原子位于由 12 个正五边形和 20 个正大边形组成 的创个顶点上，形如足球，故俗称“足球烯”。后来还发现了 C50， C70，C84，C120 等。球碳物质的研究尚处开拓阶段，它们有可能用作催 化剂、润滑剂、超导体等的基质材料。美国化学家 Smalley R E，CurlR F 和英国化学家 Kroto H W 因对开拓这个化学新领域的贡献荣获 1996 年诺贝尔化学奖。金刚石、石墨、球碳它们在常温为固态。 二、高分子化合物 教学提示 结合当前高分子化合物的发展展开讲，拓宽学生知识面。 工程上应用最多的高分子材料是 ABS、PVC、UPVC，在板材、 管材方面大有取代金属材料如铸铁、刚等，甚至有些地区的建设部门 作硬性规定。服装上应用最多的是晴纶、涤纶等。 命名原则： ♣在单体或组成特征面前加“聚”（poly-）字，如聚乙烯； ♣在单体后面加“树脂”，如酚醛树脂； ♣英文字母缩写，如 ABS、PVC、UPVC 等； ♣以主要用途或最初用途命名，如乙丙橡胶（当初用作橡胶）； ♣商业上以商品命名，如晴纶、尼龙等。 了解高 聚物的命 名 原则。 ★ 三、配位化合物 教学提示 配位化合物，简称配合物，也称络合物。它是一大类化合物，是 该部分
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 由金属正离子(或中性原子)作为中心,有若干个负离子或中性分子是重点讲解 按一定的空间位置排列在中心离子的周围,形成的一种复杂的新型化内容,学生必 合物。处于配合物中心位置的正离子或中性原子称为配位中心(中心须掌握配位 体或形成体),也称中心离子或中心原子。按一定空间位置排列在中化合物的基 心离子周围的负离子或中性分子称为配位体,简称配体。例如,碳酸本概念,通过 一氯·亚硝基·四氨合铂(IV),化学式P(NHA( NO2)CICO3,其中练习熟悉配 方括号[]内的部分通常称为配合物的内界,由一个4价的铂离子为位化合物的 中心离子及1个C、1个NO2和4个NH3作为配位体所构成。如果这结构和命名。 部分带有正、负电荷,就像普通的离子一样,称之为配离子,带有正 电荷的称配阳离子,如[P(NH3)4(NO2)CP+,[u(NH34P2+等;带有负 电荷的称配阴离子,如[HgI42,[Ag(S2O3)]+等。 中心离子和配位体之间是靠一种新型的化学键结合的,这种键不 同于离子键也不同于经典的共价键,称为配位健。配合物 P(NH3)4(NO2)CI]CO3中配位体C,NO2,NH3与中心离子之间是靠 配位键结合的,具体说是C1原子、NO2中的N原子、NH3中的N原 子中的孤对电子进入Pt4的空轨道形成的化学键。能够与中心离子形 成配位键的原子称为配位原子,配位原子的总数称为配位数,如上述 配合物中的Cl原子、N原子为配位原子,由于配位体中有5个N原 子和1个C1原子,所以配位数为6。配合物内界以外的部分称为外界, 如CO32离子 配位化合物的命名有系统命名和习惯命名。现就系统命名的一般原 则介绍如下 (1)整个配位化合物应先命名阴离子部分,后命名阳离子部分 如果是简单阴离子,命名为“某化某”,如果是复杂阴离子,则命名 为“某酸某 (2)在内界中,先命名配体,再命名配位中心,两者之间用一个 合”字联结起来。 (3)配位体的命名次序是先负离子后中性分子 (4)负离子命名次序是先简单离子,再复杂离子,最后是有机酸 根离子、氢氧根离子(称羟基)、亚硝酸根离子(称亚硝基),中性
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 3 - 由金属正离子（或中性原子）作为中心，有若干个负离子或中性分子 按一定的空间位置排列在中心离子的周围，形成的一种复杂的新型化 合物。处于配合物中心位置的正离子或中性原子称为配位中心（中心 体或形成体），也称中心离子或中心原子。按一定空间位置排列在中 心离子周围的负离子或中性分子称为配位体，简称配体。例如，碳酸 一氯·亚硝基·四氨合铂（IV），化学式[Pt(NH3)4(NO2)Cl]CO3，其中 方括号［ ］内的部分通常称为配合物的内界，由一个 4 价的铂离子为 中心离子及 1 个 Cl -、1 个 NO2 -和 4 个 NH3 作为配位体所构成。如果这 部分带有正、负电荷，就像普通的离子一样，称之为配离子，带有正 电荷的称配阳离子，如[Pt(NH3)4(NO2)Cl]2 +，[Cu(NH3)4] 2+等；带有负 电荷的称配阴离子，如［HgI4J 2-，[Ag(S2O3)2] 3+等。 中心离子和配位体之间是靠一种新型的化学键结合的，这种键不 同于离子键也不同于经典的共价键，称为 配位健 。配合物 [Pt(NH3)4(NO2)Cl]CO3 中配位体 Cl -，NO2 -，NH3 与中心离子之间是靠 配位键结合的，具体说是 Cl 原子、NO2 -中的 N 原子、NH3 中的 N 原 子中的孤对电子进入 Pt4+的空轨道形成的化学键。能够与中心离子形 成配位键的原子称为配位原子，配位原子的总数称为配位数，如上述 配合物中的 Cl 原子、N 原子为配位原子，由于配位体中有 5 个 N 原 子和 1 个 Cl 原子，所以配位数为 6。配合物内界以外的部分称为外界， 如 CO3 2 -离子。 配位化合物的命名有系统命名和习惯命名。现就系统命名的一般原 则介绍如下： （1）整个配位化合物应先命名阴离子部分，后命名阳离子部分； 如果是简单阴离子，命名为“某化某”，如果是复杂阴离子，则命名 为“某酸某”。 （2）在内界中，先命名配体，再命名配位中心，两者之间用一个 “合”字联结起来。 （3）配位体的命名次序是先负离子后中性分子。 （4）负离子命名次序是先简单离子，再复杂离子，最后是有机酸 根离子、氢氧根离子（称羟基）、亚硝酸根离子（称亚硝基），中性 是重点讲 解 内容，学生必 须掌握配 位 化合物的 基 本概念，通过 练习熟悉 配 位化合物 的 结构和命名
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 分子的次序是先H2O再NH3,最后是有机酸离子。 (5)在每种配位体前用数字一、二、三等表示配体数目,并以中 心点把不同配体分开;当中心离子有可变价时,在其后加括号,用罗 马数字I,Ⅲ,Ⅲ表明中心离子的价数。 复杂多元有机酸根、多元胺等常常含有两个或两个以上的配位原 子,它们作为配体时称为多齿配体,例如 乙二胺四乙酸根 ( OOCCH2)2NCH2CHN一(CH2COO)2,简称EDTA(用Y4 表示); 乙二胺H2NCH2CH2NH2(用en表示)。 多齿配体与中心离子形成配合物时,往往形成环状结构的螫合离子, 这样的配合物又叫螯合物 顺便提及,配位化合物的配位中心也可以是中性原子。许多过渡 元素的原子,如前面提到的Fe,Co,Ni可以与CO形成羰合物 四、生物大分子 教学提示 结合当前生物大分子的发展展开讲,拓宽学生知识面。 了解性 内容 知识要点:配位化合物的结构、命名原则,理解配位化合物的概念。 作业:P19练习题之5题 课后总结:不符合正常化合价物质的存在和应用;高分子化合物的基本概念和命名 原则;足球烯家族;配位化合物组成中的基本概念和命名原则,常见配位化合物的化学 式;各类生物大分子的化学组成
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 4 - 分子的次序是先 H2O 再 NH3，最后是有机酸离子。 （5）在每种配位体前用数字一、二、三等表示配体数目，并以中 心点把不同配体分开；当中心离子有可变价时，在其后加括号，用罗 马数字Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ表明中心离子的价数。 复杂多元有机酸根、多元胺等常常含有两个或两个以上的配位原 子，它们作为配体时称为多齿配体，例如： 乙二胺四乙酸根 （-OOCCH2）2NCH2CHN—（CH2COO-）2，简称 EDTA（用 Y4- 表示）； 乙二胺 H2NCH2CH2NH2（用 en 表示）。 多齿配体与中心离子形成配合物时，往往形成环状结构的螫合离子， 这样的配合物又叫螯合物。 顺便提及，配位化合物的配位中心也可以是中性原子。许多过渡 元素的原子，如前面提到的 Fe，Co，Ni 可以与 CO 形成羰合物。 四、生物大分子 教学提示 结合当前生物大分子的发展展开讲，拓宽学生知识面。 了解性 内容 知识要点：配位化合物的结构、命名原则，理解配位化合物的概念。 作业：P19 练习题之 5 题 课后总结：不符合正常化合价物质的存在和应用；高分子化合物的基本概念和命名 原则；足球烯家族；配位化合物组成中的基本概念和命名原则，常见配位化合物的化学 式；各类生物大分子的化学组成
二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 §12固体 课前复习: 非化学计量化合物的存在和应用;高分子化合物的基本概念和命名原则:足球烯家 族;配位化合物组成中的基本概念和命名原则,常见配位化合物的化学式:各类生物大 分子的化学组成。 无论是纯物质还是混合物,在地球或与地球相似的星体上的物质都有固态。液态和 气态之分。把聚集态中的固态物质称为固体。固体是分子和原子的一种有固定体积和几 何形状的聚集体。固体分晶体和非晶体。 ★一、晶体 教学提示 晶体的外表具有较规则的几何外形。这是晶体内部的物质微粒的‖重点在于 离子、原子或分子有规则的排列结果。若把这些微粒看成几何学上的介绍晶体的概 结点,这些结点按一定的规则排列所组成的几何图形叫作晶格或点阵。‖念、类型,比 能够完全代表晶格特征的最小单元叫作最胞。凡是晶体由一颗晶粒组‖较不同类型晶 成,或者说能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体,就是单晶休。单晶‖体化合物的性 体各个方向上的性质不同,例如自然界存在的金刚石、人工制备的单‖质,并简单说 晶硅、锗等。晶胞的位向互不一致的晶体称多晶体,它各个方向上的明理由。进而 性质却相同。一般的材料多属于多晶体。按晶格结点上微粒的种类组了解晶体概 成及其粒子间相互作用力的不同,晶体可分为离子晶体、原子晶体、‖况,联系实际 分子晶体、金属晶体和过渡型晶体及混合型晶体几种类型。 理解各类晶体 1.离子晶体 名称、晶格节 离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子靠离子键结合。一点上粒子及其 般具有较高的熔点和较大的硬度,较脆。在熔融态或在水溶液中具有‖作用力熔点、 优良的导电性,但在固体状态时离子限制在晶格的一定位置上振动,‖硬度、延展性 所以几乎不导电。各种离子晶体由于离子电荷、离子半径和离子电子导电性,了解 层结构等的不同,在性质上会有很大差异。离子间的作用力随离子电一些常见的晶 荷的增加而增大,随离子半径的增大而减小。其熔点、硬度也有这个体实例及应 规律。其中电荷数起着主要作用,在电荷数相同的情况下,参考半径用 大小。例如KF,Na,CaO 5
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 5 - §1.2 固体 课前复习： 非化学计量化合物的存在和应用；高分子化合物的基本概念和命名原则；足球烯家 族；配位化合物组成中的基本概念和命名原则，常见配位化合物的化学式；各类生物大 分子的化学组成。 无论是纯物质还是混合物，在地球或与地球相似的星体上的物质都有固态。液态和 气态之分。把聚集态中的固态物质称为固体。固体是分子和原子的一种有固定体积和几 何形状的聚集体。固体分晶体和非晶体。 ★ 一、晶体 教学提示 晶体的外表具有较规则的几何外形。这是晶体内部的物质微粒的 离子、原子或分子有规则的排列结果。若把这些微粒看成几何学上的 结点，这些结点按一定的规则排列所组成的几何图形叫作晶格或点阵。 能够完全代表晶格特征的最小单元叫作晶胞。凡是晶体由一颗晶粒组 成，或者说能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体，就是单晶休。单晶 体各个方向上的性质不同，例如自然界存在的金刚石、人工制备的单 晶硅、锗等。晶胞的位向互不一致的晶体称多晶体，它各个方向上的 性质却相同。一般的材料多属于多晶体。按晶格结点上微粒的种类组 成及其粒子间相互作用力的不同，晶体可分为离子晶体、原子晶体、 分子晶体、金属晶体和过渡型晶体及混合型晶体几种类型。 1.离子晶体 离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子,靠离子键结合。一 般具有较高的熔点和较大的硬度，较脆。在熔融态或在水溶液中具有 优良的导电性，但在固体状态时离子限制在晶格的一定位置上振动， 所以几乎不导电。各种离子晶体由于离子电荷、离子半径和离子电子 层结构等的不同，在性质上会有很大差异。离子间的作用力随离子电 荷的增加而增大，随离子半径的增大而减小。其熔点、硬度也有这个 规律。其中电荷数起着主要作用，在电荷数相同的情况下，参考半径 大小。例如 KF，NaF，CaO： 重点在于 介绍晶体的概 念、类型，比 较不同类型晶 体化合物的性 质，并简单说 明理由。进而 了解晶体概 况，联系实际 理解各类晶体 名称、晶格节 点上粒子及其 作用力、熔点、 硬度、延展性、 导电性，了解 一些常见的晶 体实例及应 用
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 物质 F N O 离子的电荷 +1 离子的半径 0.090.13 0.09 0.1330.133 0.132 nm 离子半径之 0.266 >0.230 0.231 离子间的作 增大 用 熔点/C860 属于离子晶体的物质通常为活泼金属(如Na,K,Ba,Sr,Mg, Ca等)的含氧酸盐类和卤化物、氧化物。例如可作为红外光谱仪棱镜 的氯化钠、碘化钾,可作为耐火材料的氧化镁,可作为建筑材料的碳 酸钙等。氯化钠、氯化钾、氯化钡的熔点、沸点较髙,稳定性较好, 不易受热分解。这些氯化物的熔融态还被用作高温时的加热介质,叫 做盐浴剂 2.分子晶体 在分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子,在分子 间以范德华力或氢键相结合。属于分子晶体的物质,一般为非金属元 素组成的共价化合物,如SiF4,SiCl4,SiBr4等。对于无氢键的相同类 型分子晶体,分子间力随相对分子质量增大而增大。分子间力比氢键 弱,熔点、沸点也相应有这个规律。由于分子间力较弱,分子晶体的 硬度较小,熔点一般低于400℃,并有较大的挥发性,如碘片、萘等。 分子晶体由电中性分子组成,所以固态和熔融态都不导电,是电 的绝缘体。如六氟化硫(SF6)是非极性分子,它的熔点、沸点低,稳 定性好,不着火,能耐髙电压而不被击穿,又是优质气体绝缘材料, 主要用于变压器及高电压装置中。但某些分子晶体中,由于分子内含 有极性较强的共价键,能溶于水生成水合氢离子和水合酸根阴离子, 因而水溶液能导电,如HCl晶体、HAC晶体等。 高分子化合物也有晶态结构,但没有小分子晶体那么典型。结晶 高分子化合物的分子链之间、基团间、原子间的作用也是分子间力
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 6 - 物 质 K F Na F Ca O 离子的电荷 +1 —1 ≈ +1 —1 0.230 ≈ 0.231 离子间的作 用 增大 熔点/℃ 860 933 2164 属于离子晶体的物质通常为活泼金属（如 Na，K，Ba，Sr，Mg， Ca 等）的含氧酸盐类和卤化物、氧化物。例如可作为红外光谱仪棱镜 的氯化钠、碘化钾，可作为耐火材料的氧化镁，可作为建筑材料的碳 酸钙等。氯化钠、氯化钾、氯化钡的熔点、沸点较高，稳定性较好， 不易受热分解。这些氯化物的熔融态还被用作高温时的加热介质，叫 做盐浴剂。 2.分子晶体 在分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子，在分子 间以范德华力或氢键相结合。属于分子晶体的物质，一般为非金属元 素组成的共价化合物，如 SiF4，SiCl4，SiBr4 等。对于无氢键的相同类 型分子晶体，分子间力随相对分子质量增大而增大。分子间力比氢键 弱，熔点、沸点也相应有这个规律。由于分子间力较弱，分子晶体的 硬度较小，熔点一般低于 400℃，并有较大的挥发性，如碘片、萘等。 分子晶体由电中性分子组成，所以固态和熔融态都不导电，是电 的绝缘体。如六氟化硫（SF6）是非极性分子，它的熔点、沸点低，稳 定性好，不着火，能耐高电压而不被击穿，又是优质气体绝缘材料， 主要用于变压器及高电压装置中。但某些分子晶体中，由于分子内含 有极性较强的共价键，能溶于水生成水合氢离子和水合酸根阴离子， 因而水溶液能导电，如 HCl 晶体、HAC 晶体等。 高分子化合物也有晶态结构，但没有小分子晶体那么典型。结晶 高分子化合物的分子链之间、基团间、原子间的作用也是分子间力
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 3.原子晶体 绝大多数由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体,但也有 小部分形成原子晶体,如常见的C(金刚石,立方型),Si,Ge, As,(俗称金刚砂),SiO2,B4C,BN(立方型),GaAs等。金刚石 的晶体结构如图1-16所示(投影片)。在原子晶体的晶格结点上排列着 中性原子,原子间由共价键结合,这种作用比分子间力强得多,所以 般具有很髙的熔点和硬度。在工程实际中,原子晶体经常被选为磨 料或耐火材料。尤其是金刚石,由于碳原子半径较小,原子间共价键 强度大,要破坏4个共价键或扭歪键角都需要很大能量,所以熔点高 达3550℃,硬度也极大。原子晶体的延展性很小,有脆性。由于原子 晶体中没有离子,固态、熔融态都不易导电,所以可作电的绝缘体。 但是某些原子晶体,如Si,Ge,Ga,As等可以作为优良的半导体材料 原子晶体在一般溶剂中都不溶解。 4.金属晶体 在金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子是 通过自由电子而结合的,这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成 金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关 金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度,通常所说的耐 高温金属就是指熔点高于铬的熔点(185℃)的金属,集中在副族,其 中熔点最高的是钨(3410℃)和铼(3180℃)。它们是测高温用的热 电偶材料。也有部分金属晶体单质的熔点较低,如汞的熔点是-38.87℃, 常温下为液体,锡是231.97℃,铅是327.5℃,秘是271.3℃,都是 低熔金属。它们的合金称为易熔合金,熔点更低,应用于自动灭火设 备、锅炉安全装置、信号仪表、电路中的保险丝等。 与离子晶体、分子晶体和原子晶体相比,金属晶体具有良好的导 电、导热性,尤其是第I副族的CuAg,Au。它们还有良好的延展性 等机械加工性能,有金属光泽、对光不透明等特性。 5.过渡型晶体 将晶体分成上述四个基本类型,给研究和使用带来很多方便。但 我们接触到的成千上万种晶体物质中,有很多不能用这些基本类型概 7
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 7 - 3.原子晶体 绝大多数由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但也有 一小部分形成原子晶体，如常见的 C（金刚石，立方型），Si，Ge， As，（俗称金刚砂），SiO2，B4C，BN（立方型），GaAs 等。金刚石 的晶体结构如图 1－16 所示(投影片)。在原子晶体的晶格结点上排列着 中性原子，原子间由共价键结合，这种作用比分子间力强得多，所以 一般具有很高的熔点和硬度。在工程实际中，原子晶体经常被选为磨 料或耐火材料。尤其是金刚石，由于碳原子半径较小，原子间共价键 强度大，要破坏 4 个共价键或扭歪键角都需要很大能量，所以熔点高 达 3550℃，硬度也极大。原子晶体的延展性很小，有脆性。由于原子 晶体中没有离子，固态、熔融态都不易导电，所以可作电的绝缘体。 但是某些原子晶体，如 Si，Ge，Ga，As 等可以作为优良的半导体材料。 原子晶体在一般溶剂中都不溶解。 4.金属晶体 在金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子是 通过自由电子而结合的，这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成 金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关。 金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度，通常所说的耐 高温金属就是指熔点高于铬的熔点（185℃）的金属，集中在副族，其 中熔点最高的是钨（3410℃）和铼（3180℃）。它们是测高温用的热 电偶材料。也有部分金属晶体单质的熔点较低，如汞的熔点是-38．87℃， 常温下为液体，锡是 231.97℃，铅是 327．5℃，秘是 271．3℃，都是 低熔金属。它们的合金称为易熔合金，熔点更低，应用于自动灭火设 备、锅炉安全装置、信号仪表、电路中的保险丝等。 与离子晶体、分子晶体和原子晶体相比，金属晶体具有良好的导 电、导热性，尤其是第 I 副族的 Cu，Ag，Au。它们还有良好的延展性 等机械加工性能，有金属光泽、对光不透明等特性。 5.过渡型晶体 将晶体分成上述四个基本类型，给研究和使用带来很多方便。但 我们接触到的成千上万种晶体物质中，有很多不能用这些基本类型概
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 括。在它们的晶格结点粒子间的键型发生了变异,属于过渡型晶体。 例如,对于同一元素的卤化物、氧化物来说,高价态的倾向于形成共 价键为主的分子晶体,熔点、沸点较低;低价态的倾向于形成以离子 键为主的离子晶体,熔点、沸点较髙。这可用离于极化理论来解释, 离子极化理论,简单地说,就是从离子键概念出发,把正离子看成具 有吸引负离子电子云的“极化‘能力,把负离子看成其电子云只有被 正离子吸引而远离核变形(“被极化”)的能力。这样,正离子价态 越高,吸引负离子的电子云的能力越强;负离子的半径越大,其电子 示越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。FC的 熔点为672℃,而FeCl3的熔点为306℃,就是由于FeCl3极化能力比 FeCl强,离子间作用力减弱的结果。有时,氧化物还可偏向原子晶体 例如SjO2的熔点是1610℃;而SiCl4是典型的分子晶体,熔点为70℃。 过渡型晶体的这个特性,在工程实际中应用很广。例如,利用 碘化钨(WI2)熔点低易挥发的特性,在灯管中加入少量Ⅰ可制得碘钨 灯。当钨丝受热,温度维持250~650℃时,W升华到灯管壁与I2生 成WI2;WI2在整个灯管内扩散,碰到髙温钨灯丝便重新分解,并把 钨留在灯丝上;这样循环不息,可以大大提高灯的发光效率和寿命。 如果把金属钨改成稀土元素镝(Dy)、钬(Ho),同样的道理可提高 灯的发光效率和寿命,而且由于Dy和Ho原子的能级多,受激发放出 与太阳接近的多种颜色的原子发射光谱而成“太阳灯”。 在工程实际应用中需要特别提及的是过渡型晶体的金属有机化合 物。若用M表示金属原子,则M-C键不是典型的离子键,其键能 般小于C一C键,因此易在MC处断裂。这广泛用于化学气相沉积 沉积成高附着性的金属膜,例如三丁基铝和三异丙基苯铬热解,分别 得到金属铝膜和铬膜。同样,在金属的烷氧基化合物中,若M表示金 属的原子,实验证明O一C键较M一O键要弱,因此易在O-C键处 断裂,沉积出金属的氧化物。金属的烷基化合物和金属的皖氧基化合 物都是金属有机化合物。 6.混合键型晶体 实际晶体还有晶格粒子间同时存在几种作用力的混合健型晶体
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 8 - 括。在它们的晶格结点粒子间的键型发生了变异，属于过渡型晶体。 例如，对于同一元素的卤化物、氧化物来说，高价态的倾向于形成共 价键为主的分子晶体，熔点、沸点较低；低价态的倾向于形成以离子 键为主的离子晶体，熔点、沸点较高。这可用离于极化理论来解释。 离子极化理论，简单地说，就是从离子键概念出发，把正离子看成具 有吸引负离子电子云的“极化‘能力，把负离子看成其电子云只有被 正离子吸引而远离核变形（“被极化”）的能力。这样，正离子价态 越高，吸引负离子的电子云的能力越强；负离子的半径越大，其电子 示越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。FeCl2 的 熔点为 672℃，而 FeC13 的熔点为 306℃，就是由于 FeCl3 极化能力比 FeCl2 强，离子间作用力减弱的结果。有时，氧化物还可偏向原子晶体， 例如 SiO2 的熔点是 1610℃；而 SiCl4 是典型的分子晶体，熔点为-70℃。 过渡型晶体的这个特性，在工程实际中应用很广。例如，利用二 碘化钨（WI2）熔点低易挥发的特性，在灯管中加入少量 I2 可制得碘钨 灯。当钨丝受热，温度维持 250～ 650℃时， W 升华到灯管壁与 I2 生 成 WI2； WI2 在整个灯管内扩散，碰到高温钨灯丝便重新分解，并把 钨留在灯丝上；这样循环不息，可以大大提高灯的发光效率和寿命。 如果把金属钨改成稀土元素镝（Dy）、钬（HO），同样的道理可提高 灯的发光效率和寿命，而且由于 Dy 和 HO 原子的能级多，受激发放出 与太阳接近的多种颜色的原子发射光谱而成“太阳灯”。 在工程实际应用中需要特别提及的是过渡型晶体的金属有机化合 物。若用 M 表示金属原子，则 M－C 键不是典型的离子键，其键能一 般小于 C－C 键，因此易在 M—C 处断裂。这广泛用于化学气相沉积， 沉积成高附着性的金属膜，例如三丁基铝和三异丙基苯铬热解，分别 得到金属铝膜和铬膜。同样，在金属的烷氧基化合物中，若 M 表示金 属的原子，实验证明 O－C 键较 M－O 键要弱，因此易在 O－C 键处 断裂，沉积出金属的氧化物。金属的烷基化合物和金属的皖氧基化合 物都是金属有机化合物。 6.混合键型晶体 实际晶体还有晶格粒子间同时存在几种作用力的混合健型晶体
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 例如,层状结构的石墨、二硫化铝、氮化棚等就属于混合键型晶体。 石墨晶体中同层粒子间是以共价键结合的,而平面结构的层与层之间 则以分子间力结合,所以石墨是混合型的晶体,由于层间的结合力较 弱,容易滑动,所以常被用作滑润油和滑润脂的添加剂,六方型氮化 棚又称白色石墨,比石墨更能耐高温,化学性质更稳定,可用来制作 熔化金属的容器和耐高温实验仪器及耐高温的固体润滑剂。以它为原 料制作的氮化硼纤维是一种无机工程材料,可制成防火衣服、防中子 辐射衣服等。六方型氮化硼在适当条件下可转变成立方型氮化硼,在 高温中的稳定性超过金刚石,是一种超硬材料,用作钻石、磨具和切 削工具。 自然界中存在的多种硅酸盐晶体也属于混合键型晶体。它的基本 结构是1个硅原子和4个氧原子以共价键组成负离子硅氧四面体;硅 氧四面体间镶嵌着金属正离子,金属正离子与硅氧四面体负离子间以 离子键结合。而它们有分立型、链型、层型和骨架型。若沿平行方向 用力,晶体往往易裂开成柱状或纤维状。石棉就是类似这类结构的晶 、非晶体 教学提示 概述 重点讲解 与晶体晶格结点上微粒有序排列不同,非晶体中微粒是无序排列,TT值与塑 外表也没有规则的几何外形。非晶体的熔化是由固态逐渐变软,最后料、橡胶耐热
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 9 - 例如，层状结构的石墨、二硫化铝、氮化棚等就属于混合键型晶体。 石墨晶体中同层粒子间是以共价键结合的，而平面结构的层与层之间 则以分子间力结合，所以石墨是混合型的晶体，由于层间的结合力较 弱，容易滑动，所以常被用作滑润油和滑润脂的添加剂，六方型氮化 棚又称白色石墨，比石墨更能耐高温，化学性质更稳定，可用来制作 熔化金属的容器和耐高温实验仪器及耐高温的固体润滑剂。以它为原 料制作的氮化硼纤维是一种无机工程材料，可制成防火衣服、防中子 辐射衣服等。六方型氮化硼在适当条件下可转变成立方型氮化硼，在 高温中的稳定性超过金刚石，是一种超硬材料，用作钻石、磨具和切 削工具。 自然界中存在的多种硅酸盐晶体也属于混合键型晶体。它的基本 结构是 1 个硅原子和 4 个氧原子以共价键组成负离子硅氧四面体；硅 氧四面体间镶嵌着金属正离子，金属正离子与硅氧四面体负离子间以 离子键结合。而它们有分立型、链型、层型和骨架型。若沿平行方向 用力，晶体往往易裂开成柱状或纤维状。石棉就是类似这类结构的晶 体。 二、非晶体 教学提示 1.概述 与晶体晶格结点上微粒有序排列不同，非晶体中微粒是无序排列， 外表也没有规则的几何外形。非晶体的熔化是由固态逐渐变软，最后 重点讲解 Tg、Tf 值与塑 料、橡胶耐热
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 变为流动的熔体,所以无一定的熔点。根据温度的不同,可以呈现出性及耐寒性的 三种不同的物理状态,即玻璃态、高弹态和粘流态。目前引起广泛重关系,以及T 视的非晶体固体有四类:传统的玻璃;非晶态合金(也称金属玻璃);值与加工性的 非晶态半导体;非晶态高分子化合物 关系。 非晶体材料的形成通常有两种途径:(1)从液相急剧冷却获得。 所得的玻璃体材料的结构与其相应的液态在转变温度时的结构相同 (2)用液相或气相沉积制备。所得的非晶体薄膜,不存在玻璃态转变 温度,其结构与相应的液态结构完全不同,可有多种不同的非晶体结 构。它们在半导体材料中经常碰到 值得提及的石英光导纤维是细如毛发并可自由弯曲的玻璃纤维 它是优良的导光材料,广泛用于光通讯中。光导纤维除以SO2为主 添加少量GeO2等的石英氧化物光纤外,还有SO2-CaO-Na2O,SO2 一B2O3-Na2O等氧化物光纤;此外,还有氟化物光导纤维等 2.非晶态高分子化合物(简介) 当温度很低时,线型高分子化合物不仅整个分子链不能运动,连 个别的链节也不能运动,变得如同玻璃体一般坚硬。这样的状态称为 玻璃态。常温下的塑料,就处于这种状态。 当温度升高到一定程度时,高分子化合物的整个链还不能运动, 但其中的链节已可以自由运动了。此时在外力作用下所产生的形变可 能达到一个很大的数值,表现出很高的弹性,因此叫做高弹态。常温 下的橡胶就处于这种状态。 由玻璃态向高弹态转变的温度叫做玻璃化温度,用Tg表示,不同 的高聚物具有不同的Tg。习惯把Tg大于室温的高聚物称为塑料;把 Tg小于室温的高聚物称为橡胶 玻璃化温度T是可以改变的。人们可以采取改变聚合条件,加入 增塑剂或用定向聚会等措施来改变原来高聚物的Tg,从而提高其耐寒 性或耐热性。例如,普通聚苯乙烯的Tε=80℃,而定向聚苯乙烯由于分 子排列整齐,其Tg=240℃,耐热性大为提高 当外界温度继续升高时,分子链得到的能量更多,以致整条分子 链都可以自由运动,而成为流动的粘液,此时高聚物所处的状态称为
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 10 - 变为流动的熔体，所以无一定的熔点。根据温度的不同，可以呈现出 三种不同的物理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。目前引起广泛重 视的非晶体固体有四类：传统的玻璃；非晶态合金（也称金属玻璃）； 非晶态半导体；非晶态高分子化合物。 非晶体材料的形成通常有两种途径：（1）从液相急剧冷却获得。 所得的玻璃体材料的结构与其相应的液态在转变温度时的结构相同。 （2）用液相或气相沉积制备。所得的非晶体薄膜，不存在玻璃态转变 温度，其结构与相应的液态结构完全不同，可有多种不同的非晶体结 构。它们在半导体材料中经常碰到。 值得提及的石英光导纤维是细如毛发并可自由弯曲的玻璃纤维。 它是优良的导光材料，广泛用于光通讯中。光导纤维除以 SiO2 为主、 添加少量 GeO2 等的石英氧化物光纤外，还有 SiO2－CaO－Na2O，SiO2 －B2O3－Na2O 等氧化物光纤；此外，还有氟化物光导纤维等。。 2.非晶态高分子化合物（简介） 当温度很低时，线型高分子化合物不仅整个分子链不能运动，连 个别的链节也不能运动，变得如同玻璃体一般坚硬。这样的状态称为 玻璃态。常温下的塑料，就处于这种状态。 当温度升高到一定程度时，高分子化合物的整个链还不能运动， 但其中的链节已可以自由运动了。此时在外力作用下所产生的形变可 能达到一个很大的数值，表现出很高的弹性，因此叫做高弹态。常温 下的橡胶就处于这种状态。 由玻璃态向高弹态转变的温度叫做玻璃化温度，用 Tg 表示，不同 的高聚物具有不同的 Tg。习惯把 Tg 大于室温的高聚物称为塑料；把 Tg小于室温的高聚物称为橡胶。 玻璃化温度 Tg 是可以改变的。人们可以采取改变聚合条件，加入 增塑剂或用定向聚会等措施来改变原来高聚物的 Tg，从而提高其耐寒 性或耐热性。例如，普通聚苯乙烯的 Tg=80℃，而定向聚苯乙烯由于分 子排列整齐，其 Tg=240℃，耐热性大为提高。 当外界温度继续升高时，分子链得到的能量更多，以致整条分子 链都可以自由运动，而成为流动的粘液，此时高聚物所处的状态称为 性及耐寒性的 关系，以及 Tf 值与加工性的 关系