945-6 分子结构和晶体结构.ppt

6 分子结构和晶体结构 【本章学习要求】 （1）掌握离子键与共价键的特点及其本质。 （2）熟悉杂化轨道理论的要点，掌握以sp、sp2与 sp3杂化轨道成键分子的空间构型。 （3）掌握四大基本类型晶体特征。 （4）熟悉金属键理论，并能用于解释金属晶体的特性。 （5）掌握范德华力与氢键的概念，及其对物质性质的 影响。 （6）初步掌握离子极化的概念及离子极化对物质结构和性质的影响。 6.1离子键 6.1.1离子键的形成 当电负性相差较大的两种元素的原子相互接近时，电负性较大的原子吸引电负性较小的电子，形成了阴、阳离子。相邻的阴、阳离子之间强烈的相互作用称为离子键。 6.1.2离子键的特点 （1）离子键的本质是静电引力 离子键是由原子得失电子形成阴阳离子，阴阳离子间通过静电引力结合在一起。因此离子键的本质是静电引力。 （2）离子键没有方向性和饱和性 离子的电场分布是球形对称的，可以从任意方向吸引异号电荷的离子，所以离子键无方向性。并且只要离子周围空间允许，它将尽可能多地吸引带异号电荷的离子，因此，离子键无饱和性。 6.1.3离子的结构特征 离子的结构特征是指离子的电荷数、离子的半径及离子的电子构型 （1）离子的电荷数 离子的电荷数在数值上等于原子失去或得到的电子数。失去电子带正电荷，得到电子带负电荷。阳离子的电荷数等于其原子失去的电子数；阴离子的电荷数等于其原子得到的电子数。 （2）离子半径 当阴阳离子通过离子键形成离子晶体时，把阴阳离子看成是互相接触的两个球体，两个原子核间的平均距离（核间距）就等于两个离子半径之和。通过实验测出核间距，如果能知道其中一个离子的半径，另一个离子的半径就可求出。离子半径的变化规律如下。 ①阳离子的半径小于其原子半径。例如，r（Na+）＜r（Na）； 阴离子的半径大于其原子半径，例如，r（F-）＞r（F）。 ②同一周期电子层结构相同的阳离子的半径随着离子电荷的增加而减小。 例如，r（Na+）＞r（Mg2+）＞r（Al3+）。 ③同族元素离子电荷数相同的阴或阳离子的半径随电子层数的增多而增大。 例如：r（F-）＜r（Cl-）＜r（Br-）＜r（I-）。 ④同一元素形成不同离子电荷的阳离子时，离子半径随电荷数增大而减小。 例如：r（Fe3+）＜r（Fe2+） ⑤周期表中处于相邻族的右下角和左上角斜对角线上的阳离子半径近似相等。 例如：r（Li+）（60pm）≈r（Mg2+）（65pm）。 （3）离子的电子构型 离子的电子构型即离子的最外层(或次外层)电子的结构。简单阴离子的电子构型都是8电子构型。如F-（2s22p6）、Br-（4s24p6）。 阳离子的电子构型可分如下五种类型： ①2电子构型 如Li+、Be2+（1s2） ②8电子构型 如Na+、Mg2+等（2s22p6） ③18电子构型 如Ag+、Sn4+等（ns2 n p6 n d10） ④18+2电子构型 如Sn2+、Bi3+等（ns2 n p6 n d10（n+1）s2） ⑤9～17电子构型 如Fe2+、Fe3+等（ns2 n p6 n d1-9） 6.1.4离子晶体 6.1.4.1晶格和晶胞 晶体的宏观特性是由其微观结构决定的。人们对晶体的内部结构进行了多方面的研究。空间点阵学说把晶体内部的粒子（原子、分子和离子）抽象成质点。研究表明，组成晶体的微粒在空间呈有规则的排列，而且每隔一定间距便重复出现，有明显的周期性。这种排列状态或点阵结构在结晶学上称为结晶格子简称晶格。晶格中最小的重复单位称晶胞。微粒上所占据的点叫晶格结点。 晶体某些物理性质的差异，除因晶格类型不同外，主要决定于晶格结点上所排列的微粒种类和微粒间相互作用。 6.1.4.2离子晶体 由阴阳离子交替排列在晶格结点上，以静电作用力相结合形成的晶体称为离子晶体。NaCl晶体是典型的离子晶体。这类晶体中不存在独立的小分子，整个晶体就是一个巨型分子 最常见的三种典型结构，即NaCl型，属于面心立方晶格；CsCl型体心立方晶格和ZnS型面心立方晶格（如图6-3所示）。 6.1.4.3离子晶体的特征 离子晶体中，晶格结点上微粒间的作用力为阴阳离子间的静电引力，故离子晶体物质的熔点、沸点较高，常温下均为固体，且硬度较大。离子晶体因其强极性，多数易溶于极性较强的溶剂水中。在熔融状态或水溶液中能导电。 6.1.4.4离子晶体的晶格能 在离子晶体中，离子键的强度和晶体的稳定性常用晶格能来表征。其定义为：在标准状态下，阴阳离子结合生成1mol离子晶体时所放出的能量，用符号U表示，单位为KJ ·mol-1。 晶格能随离子电荷的增多和离子半径的减小而增大。晶格能越大，晶体越稳定，其熔点越高，硬度也越大。 6.1.5离子极化 离子晶体中，阴阳离