化学原理化学键与分子结构ppt课件.ppt

键的极性 非极性共价键 同种原子间形成的共价键 原子双方吸引电子的能力相同 电负性相同 电子对恰好在键的中央出现的几率最大 极性共价键 不同种原子间形成的共价键 不同原子吸引电子的能力不同 电负性不同 电子对偏向电负性较大的原子一边 在键的两端出现了电的正极和负极 键的极性可以由成键原子的电负性大小判断 电负性相等 非极性共价键电负性相差不大 极性共价键电负性相差很大 离子键 离子键理论和共价键理论并不是彼此完全无关的 而是各自描述了价键的一个方面 它们彼此是相互补充的 例题 指出下列分子或离子的几何构型 键角 中心原子的杂化轨道 并估计分子中键的极性 1 KrF2 2 BF4 3 SO3 4 XeF4 5 PCl5 6 SeF6 KrF2 8 2 0 2 5直线型180 sp3d极性BF4 3 4 1 2 4正四面体109 5 sp3极性SO3 6 0 0 2 3正三角形120 sp2极性XeF4 8 4 0 2 6平面四方90 sp3d2极性PCl5 5 5 0 2 5三角双锥90 120 sp3d极性SeF6 6 6 0 2 6正八面体90 sp3d2极性 根据组成晶体的基本粒子的性质及粒子间结合力的性质 可将晶体划分为四大类 七 晶体结构 金属晶体金属原子 离子 通过金属键离子晶体正负离子 通过离子键分子晶体分子 通过分子间作用力原子晶体中性原子 通过共价键 7 1等径球的堆积 1 简单立方堆积 简单立方晶胞 配位数 晶格中 一个原子 或离子 周围环绕的原子 或离子 的数目 堆积紧密程度的量度 在简单立方堆积中为配位数为6 2 体心立方堆积 体心立方晶胞 体心立方堆积中为配位数为8 球的最紧密堆积 配位数为12 面心立方最密堆积ABCABC 六方最密堆积ABAB 3 面心立方最密堆积 面心立方晶胞 ABCABC 4 六方最密堆积 六方晶胞 ABAB 最密堆积层间的空隙 四面体空隙 一层的三个球与相邻层的第四个球之间的空隙 八面体空隙 一层的三个球与交错排列的另一层的三个球之间的空隙 7 2晶体缺陷 晶体中一切偏离理想的晶格结构都称为缺陷 实际晶体与理想晶体 1 实际晶体的大小有限2 实际晶体中的质点在平衡位置附近振动3 实际晶体中存在位错 裂缝 杂质包藏等 按照缺陷的形成和结构分类 本征缺陷杂质缺陷 本征缺陷 所有固体都有产生本征缺陷的热力学倾向 因为实际固体熵值都高于完美晶体 升高温度 晶格中粒子在平衡位置振动加剧 有利于缺陷的形成 杂质缺陷 在Si中掺杂P N型 电子型 半导体在Si中掺杂B P型 空穴型 半导体 八 金属晶体 8 1金属晶体结构 常见排列方式 六方最密堆积 hcp 面心立方最密堆积 ccp 体心立方堆积 bcc 金属晶体是由圆球状的金属原子或离子以确定的几何结构紧密堆积而成 金属晶体结构的经验性的规律 价层s和p电子较少 bcc 如碱金属价层s和p电子居中 hcp 如Be Mg价层s和p电子较多 ccp 如Al Pb 金属的多晶现象 在不同外界条件下 如温度 压力 金属可能具有不同的晶体结构 室温下 Febcc906 C 1400 C Feccp1400 C 1535 C Febcc 金属键没有方向性和饱和性 粒子尽可能多地与邻近粒子形成紧密堆积 配位数较高2 3为12 一些为8 极少数为6金属晶体具有高密度 高硬度 高熔沸点 易导热 导电 有金属光泽 机械加工性和延展性好 8 2金属键理论 1 电子海模型 金属中 价电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子 价电子为许多原子或离子共有 起到把原子或离子粘在一起的作用 形成金属键 金属离子沉浸在电子的海洋之中 电子海模型的成功应用 解释金属的特性 高密度 晶体的紧密堆积金属光泽 由电子吸收可见光再发射出来导电性 电子在外场下的定向流动导热性 金属离子受热振动加快 通过自由电子的运动使热运动扩展开来延展性 由于自由电子的胶合作用 金属正离子容易滑动 2 能带理论 分子轨道理论在金属键中的应用 以金属Li为例 1s22s1 在金属Li中 N个Li的原子轨道组合成N个分子轨道 分子轨道间能级差很小 可看成连续能级而形成能带 电子按充填规则填入能带中 能带 连续能级 N个1s原子轨道组合成N个分子轨道 形成1s能带 每个能级充入2个电子 1s能带全充满 称为满带 N个2s原子轨道组合成N个分子轨道 形成2s能带 电子充填时只能半充满 有一半能级是空的 此能带称为导带 导带 N个2p原子轨道组合形成2p能带 2p能带称为空带 2s轨道与2p轨道能级相近 发生2s能带与2p能带的重叠 能带之间的能量间隔 称为禁带 大小称为禁带宽度 重叠形成导带 金属导电性 具有导带 由导带中的电子体现 能带理论对物质导电性的解释 导体 具有导带或满带与空带重叠形成导带绝缘体 只有满带和空带 且带隙大 3eV 满带电子难以激发到空带来形成导带 半导体 只有满带和空带 但带隙小 0 1 3eV 满带电子容易激发到空带 从而产生由满带空穴传递 和导带电子传递构成混合传导 8 3金属合金 合金 含有元素混合物且具有金属特性的物质 取代合金 填隙合金 黄铜的晶体结构 钢的晶体结构 九 离子晶体 当电负性相差较大 1 7 的金属原子和非金属原子相互接近时 分别失去或得到电子生成正离子和负离子 正离子和负离子由于静电引力相互吸引而形成离子化合物 离子化合物形成的结晶状固体为离子晶体 在离子晶体中 正离子和负离子形成离子键 Na Cl NaCl 离子晶体中 正负离子的静电吸引力较强 所以离子晶体一般具有较高的熔点 沸点和硬度 9 1离子晶体的特点 离子晶体硬度虽大 但很脆 延展性非常差 离子晶体在熔融状态 水溶液中具良好的导电性 但固体状态不导电 9 2晶格能 离子键的强弱常用晶格能 U 的大小来表示 晶格能 U 指远离的气态正离子与负离子结合成1mol离子晶体时所释放的能量的负值 K s Br2 l KBr s K g 升华热 Br g Br2 g 气化热 键能 电离能 电子亲和能 K g Br g U Born Haber循环 对于相同类型的离子晶体 离子电荷越高 正负离子的核间距越小 晶格能越大 离子键越强 则晶体具有较高的熔点 沸点和硬度 9 3离子晶体的结构 将正负离子看成球体 因离子键没有方向性和饱和性 离子晶体的排列与金属晶体类似 正负离子趋向于密堆积形成离子晶体 还必须考虑离子的电荷和离子的半径 NaCl型CsCl型ZnS型 离子化合物 有几种典型的晶体结构类型 CaF2型金红石型钙钛矿型 1 NaCl型 配位比6 6 晶胞形状为立方体 面心立方晶格 每个晶胞中有4个Na 和Cl Cl 形成面心立方晶格 Na 占据八面体空隙 NaCl LiCl KBr AgCl MgO CaO 2 CsCl型 配位比8 8晶胞形状为立方体 简单立方晶格 每个晶胞中有1个Cs 和Cl Cl 形成简单立方晶格 CsCl CsBr CsI TlCl CaS Cs 填入立方体空隙 3 立方ZnS型 闪锌矿型 配位比4 4晶胞形状为立方体 面心立方晶格 每个晶胞中有4个S2 和Zn2 S2 形成面心立方晶格 ZnS CuCl CdS HgS Zn2 填入半数的四面体空隙 4 六方ZnS型 纤锌矿型 配位比4 4六方晶系 每个晶胞中有4个S2 和Zn2 S2 采用六方最密堆积 ZnS MnS BeO ZnO AgI SiC Zn2 填入部分四面体空隙 5 CaF2型 荧石型 配位比8 4 Ca2 的配位数为8 F 的配位数为4 Ca2 采用面心立方密堆积 CaF2 PbO2 BaCl2 F 填入所有四面体空隙 6 金红石