《晶体的结》PPT课件.ppt

3.4 共价结合与共价晶体,两个同样的原子（譬如氢原子）为什么会结合成分子？ 1926年量子力学建立以前没人明白这是怎么回事。1927年海特勒和伦敦首次用量子力学解释了氢分子存在的原因。将两个氢原子结合在一起的力是共价键，它是因两个原子共享它们的价电子而形成的。 按照量子力学，在一定的量子态（成键态）中这种“共有”的价电子有较大的概率处在两原子核连线的中垂面附近，在那里形成密度较大的电子云。电子云是带负电的，把两边带正电的原子核拉在一起。这便是形成共价键大致的物理图象。虽然共价键的本质仍是静电力，但没有量子力学是说不清楚的。,图 3.5 （C）,2. 共价键形成的原理 电子配对原理 能量最低原理 原子轨道最大重叠原理,不仅相同原子之间有共价键，在不同原子之间也会形成共价键。除了正、负电性很强的原子靠离子键结合外，原子结合成分子最普遍的形式是通过共价键。,3.4.2 共价键的饱和性和方向性,头碰头,肩并肩,（X、Y、Z），直角坐标 （r， ），球坐标 R，径向；， 角度 R（r）Y（，）分离变量 特点： 正负与位相无关，只是计算结果,表示Y（，）的 正负 。 形状与n无关。 径向部分图示 原子轨道径向部分图 ，就是R（r）随半径r变化图形反映波函数距核远近。,波函数的径向部分和角度部分,共价键的饱和性,N4,N4或N=4,甲烷 CH4 sp3杂化,3.4.3 共价晶体的结构,配位数等于原子的共价键数,典型 族元素 C, Si, Ge形成的共价晶体结构,特殊,ANB8-N,常见的原子晶体 某些非金属单质： 金刚石（C）、晶体硅(Si)、 晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等 某些非金属化合物： 碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体 某些氧化物： 二氧化硅（ SiO）晶体,3.4.4 极性键及非极性键,3.4.5 共价晶体的内聚能,3.5 金属结合及金属晶体,3.5.1 金属结合,价电子组成 “电子云” 族、族及过渡元素都是典型的金属晶体 （ Na ，Mg） 结合力主要是：原子实和电子云之间的静电库仑力 光泽表面,要求原子排列最紧密。这样势能最低，结合最稳定。大多fcc与hcp结构，配位数12 良好延展性,金属晶体结构,3.6 氢键结合与氢键晶体,氢键：氢原子可以同时和两个负电性很大，而原子半径较小的原子（O, F, N）相结合。 第一电离能特别大 13.6eV 同族Li，Na，K (5.4eV) 难形成离子键 1个外层电子与其它原子共价键氢核暴露通过库仑力与其他负电性较大的原子相结合有饱和性,3.6.1 氢键结合,它比化学键弱而比范德华力强，其键能约在1040kJmol-1。,氢键的基本特征,是一种存在于分子之间也存在于分子内部的作用力。,氢键的形成条件,H 原子与吸引电子能力强的原子相连,几近“裸露”的H 原子由与另一分子中吸引电子能力强的原子 形成相互作用,3.6.2 氢键晶体-冰,乙酸（CH3COOH）的沸点（118）比正庚烷（C7H14）的沸点高（98）而比正辛烷(C8H16 )的沸点（125）低，但乙酸的相对分子质量（M=60）却比庚烷（M=100）或正辛烷（M=114）低，这是为什么？,氢键对物质性质的影响,丙烷的相对分子质量与乙醇相近，为什么在常温下，丙烷是气体，而乙醇是液体？,为什么乙醇可与水互溶，但在汽油中溶解度较小？,解释含有OH的有机物在水中的溶解性的基本规律。,DNA的基本组成单位是腺嘌呤脱氧核酸(A)、鸟嘌呤脱氧核酸(G)、胞嘧啶脱氧核酸(C)、胸腺嘧啶脱氧核酸(T),3.7 同分异构体,特殊的碳,可产生,乙炔,石墨,金刚石,返回,3.7.2 C60分子及其固体,C60,1985 英国 克罗托 美国 柯尔 斯莫利,每个C原子 进行sp2杂化 然后形成3个键 另一个价电子和近邻的 C形成键,3.7.3 C60 及A3C60固体,碳纳米管 CNT,其独特的结构是理想的一维模型材料；巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6；同时它还有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。科学家们预测碳纳米管将成为21世纪最有前途的一维纳米材料，纳米电子器件材料和新一代平板显示材料。,石墨,层状结构,层内：六边形,碳原子以