浙大学普化学第六版第五章课件物质结构基础.ppt

5.4.3 晶体缺陷与非整比化合物 点缺陷——晶体的某些点阵点未被原应占有的粒子所占有或非点阵点上被物质粒子所占领。 图5.47 晶体中的点缺陷 面缺陷——线缺陷在平行位置上的扩展就形成面缺陷 体缺陷——在晶体结构中存在着空洞或包裹了杂质。 线缺陷——出现线状位置的短缺或错乱。 图5.48 晶体中的线缺陷 思考：人们一般都想获得高纯度的晶体，如作为半导体材料的单晶硅。但晶体中的杂质是否都是有害的？ 非整比化合物及其应用 也称为非计量式化合物。当晶体中存在大量缺陷或大量杂质时，就形成非整比化合物。如MgSO4晶体中，20%的Mg用Ca取代后，就得到Mg 0.8Ca 0.2SO4晶体。 非整比化合物可以改变物质的性质。应用实例： 催化领域：例如纯的V2O5导致烃类完全氧化（产物为CO2），因此需要在其中掺杂P、Mo等“杂质”才能使烃类催化氧化成二烯、醛、酮或羧酸等重要化工原料。 材料领域：无机材料中掺杂稀土等可以有效地改变材料的电、磁、光学等性能。如YBa2Cu3O7-δ，就是在1987年发现的一种高温超导材料。 本章小结 电子运动的特征：具有显著的波、粒二象性、量子化，服从微观统计性规律。 原子轨道ψ与四个量子数：核外电子有轨道运动和自旋运动。 ψ与|ψ|2的角度分布的区别与用途，四个量子数的取值规律与物理意义。 电子云概念：电子云是一个统计概念，表示在核外某空间找到电子的概率。可以用|ψ|2表示概率密度。 多电子原子的核外电子排布规律：遵守泡里原理、能量最低原理和洪德规则。等价轨道全充满或半充满时比较稳定。 能级分组与元素电子排布的周期性：将能量相近的能级分为一组，每一组中电子排布有明显的周期性，并且使得元素性质也呈现相应的周期性。 本章小结(续1) 元素性质的变化规律：原子半径、电离能、最高氧化值以及元素电负性在同一周期中或同一 族中都按一定的规律变化。 化学键的分类和特征：化学键分为离子键、金属键和共价键，后者可分为σ键和π键，各有其形成的条件和特征。 价键理论和分子轨道理论：价键理论以两原子共用一对电子成键为基础，分子轨道理论将成键原子的所有原子轨道和核外电子作为整体来重新组合。 电偶极矩：可用来判断分子的极性，空间构型对称的多原子分子的电偶极矩为0，为非极性分子。 杂化轨道理论和分子空间构型：杂化轨道理论以原子中能量相近的轨道可以混杂成相同数量的等价轨道为基础。杂化轨道理论可以很好地说明分子的空间构型并解释分子极性。 本章小结(续2) 分子间作用力的类型：分子间作用力包含取向力、诱导力、色散力、氢键和疏水作用等。取向力和诱导力存在于极性分子中，氢键存在于特定分子中，色散力存在于所有分子中。 分子间作用力对物质凝聚态的影响：分子间作用力越大，物质的凝聚程度越大，沸点和熔点等较高。 晶体的分类与特征：晶体按照晶格点阵点上粒子间的相互作用可以分为离子晶体、原子晶体、金属晶体和分子晶体。过渡型晶体主要有层状和链状结构晶体，各有其明显特征。 晶体的性质：离子晶体的物理化学性质与晶体的晶格能有很大的关联。分子晶体的熔点、沸点、硬度都很低。同类型分子晶体随相对分子质量增大，熔、沸点升高。 本章学习要求 1 了解原子核外电子运动的基本特征，明确量子数的取值规律，了解原子轨道和电子云的空间分布。 2 掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的关系。 3 了解化学键的本质及键参数的意义。 4 了解杂化轨道理论的要点，能应用该理论判断常见分子的空间构型、极性等。 5 了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。 共价数 一个原子所能形成的共价单键的数目称为共价数，与该原子的未成对电子数目密切相关。 例5.4 分析H2中的H、 NH3中的H、H2O2中的O的成键情况以及共价数 解：H2分子中的H只能形成一个?键，共价数为1。 NH3中的H也一样, N则有三个共价单键，故共价数为3。 H2O2分子中的O原子有两个未成对电子的2p轨道，两个O原子之间形成一个?键，每个O原子与H原子各形成一个?键，因此O原子的共价数为2。 H H N H H H O O H H H2、NH3、H2O2的成键情况 价键理论的局限 问题2：如何认识共价键的方向性与H2O分子中两个O—H键的键角为104.5o的关系？ 两个问题 问题1：C原子的共价数与其原子结构有矛盾吗？ 根据共价键理论，C原子的外层原子轨道上有4个电子，2个在2s轨道上，已成对，2个平行占据2p轨道的电子未成对，共价数应为2。然而事实上C原子的共价数常为4。 O原子的3个两两垂直的2p轨道上有四个电子，其中两个轨道上各有一个未成对电子，它们可以与H原子生成?键。根据共价键的方向性，这两个?键的夹角是90o。但事实上两个O—H键的夹角是104.5o。