物质结构理论元素化合物

1、Tsinghua UniversityZhangning物质结构理论元素化合物清华大学张宁2000 9本文稿版权有清华大学张宁所有，严禁涂改，照搬，违者必究。第一节物质的形成晶体的类型【离子晶体】离子晶体是由阴阳离子相互作用而组成的化合物。 大多数活泼金属的盐类、 可溶性强碱都是离子晶体。 离子晶体熔化需要克服离子键。 决定离子键强弱的是组成离子键离子的离子半径、所带的电荷数。离子半径越小、所带的电荷越多，离子键越强，离子晶体的熔沸点越高。例如MgO 、 Al 2O3 都是高温防火材料。【金属晶体】金属晶体由金属离子和自由电子组成。 决定金属熔沸点的是金属键的强弱。 原子半径越小，原子核所带电

2、荷越大， 金属键越强， 熔沸点越高。 例如：在碱金属族 （ Li 、 Na 、 K 、Rb、 Cs），熔沸点随原子序数的增大而减小。【分子晶体】多数的非金属， 非金属氧化物， 不活泼金属的氧化物，难溶性弱碱， 大多数的含氧酸，一些盐类、绝大多数有机物都是分子晶体。分子晶体中，分子之间以范德华力相结合。分子晶体发生物态变化不破坏化学键，只克服范德华力。熔沸点取决于范德华力的大小。结构相似，范德华力随分子量的增大而增大。例如：F2 、 Cl 2、Br 2 、 I2 熔沸点增大；有机物的同系物（例如烷烃，醇，酸等）随碳原子个数的增加，熔沸点升高。分子极性 是指分子内的正负电荷空间分布是否均匀。例如：

3、CH4、CCl 4 是非极性分子；NH 3、 H2O 就是极性分子。大多数的有机物分子的极性很弱。分子极性 与分子化学键的极性有关。有些分子内虽然有极性共价键，但因为结构对称，属于非极性分子。同样，非极性键组成的分子也不一定是非极性分子，例如：臭氧分子O3 因为分子呈折线形，就是极性分子。常见分子的空间构型如下表：分子种类与代表物质键的极性分子形状分子的极性双原子Cl 2、 N 2Cl Cl ；N N非极性键直线型非极性分子分子HF、 HClH F； H Cl极性键直线型极性分子CO2极性键直线型、对称非极性分子多CS2键角 180O原H2O极性键折线型，键角极性分子子104 O 30分CH

4、4、CCl 4极性键正四面体型， 键非极性分子子角 109 O 281Tsinghua UniversityZhangningNH 3极性键三角锥型，键角极性分子107 O 18H2S极性键折线型，键角极性分子90OP4非极性键正四面体型， 键非极性分子角 60O根据分子极性，有相似相溶原理。即极性分子易溶在极性溶剂中，非极性分子易溶在非极性溶剂中。例如： HCl 、 NH 3 极易溶于水； Cl 2、 Br 2、 I2 在水中的溶解度不大，但在 CCl 4、汽油、苯等有机溶剂中，溶解度较大。【原子晶体】SiO2 、 Si、 SiC （金刚砂）、金刚石等是原子晶体，都具有高熔点、高沸点，硬度大

5、的特点。1、 决定原子晶体溶沸点的是组成元素原子半径的大小，原子半径越小，共价键越牢固，熔沸点越高。所以熔沸点的关系是C SiO 2 SiC Si 。2、 石墨不是典型的原子晶体。它是层状结构，每一层内，碳原子排成正六边形（键长 0.142nm，比金刚石的键长更短，因此熔沸点更高），层与层之间以范德华力相结合，层与层之间可滑动。石墨的晶体结构示意图石墨的晶体结构俯视图如上图一个元素原子参与成3 个六边形，即3 个六边形共用一个碳原子，平均每个环有 2 个碳原子。这个图中属于这七个六边形的碳原子共有14 个。金刚石的晶体结构示意图如上图，金刚石晶体呈立体空间网状结构，其结构单元呈正四面体。在金刚

6、石结构中，碳原子组成的最小环是六元环，每个碳原子为12 个六元环所共有。SiO2 晶体与金刚石类似，只是在碳碳之间加入了一个氧原子（Si O 键呈直线），其最小重复单位为 12 元环，每个Si 原子为 12 个环共有，每个12 元环平均占有一个氧原子。2Tsinghua UniversityZhangning【稀有气体】1、稀有气体的原子半径比同周期的其他元素原子半径大。2、稀有气体是单原子分子。3、稀有气体都是分子晶体。 其中 He 因分子量小， 而且是单原子分子， 其熔点（ 272.2 C）接近于绝对零度。4、原子序数大的稀有气体化学性质相对其他稀有气体活泼一些。例如Xe 可以与 F2形成一系列的化合物XeF2、 XeF4 、 XeF6。【元素周期表、元素周期律】俄国化学家门捷列夫创立了元素周期表。在现行的长式周期表中，左侧是金属元素，中间是过渡元素，右侧是非金属元素。从元素周期表中，可以明显地看到：金属元素多于非金属元素。同主族元素的化学性质相似，随原子序数增大， 原子半径增大，非金属性减弱，金属性增强。同周期元素随原子序数增大，原子半径减小，非金属性增强，金属性减弱。稀有气体的原子半径比同周期的其他元素原子半径大。元素周期表的前三周期为短周期，第四周期至第六周期为长周期，第七周期为不完