中运动,将整个晶体结合在一起。金属键可看成是许多原子共用许多电子而形成的特殊共价键,只不过该共价键没有方向性,也没有饱和性。 金属能带理论
用分子轨道理论处理金属键,把整个金属晶体看成的一个大分子,则所有能量相近的原子轨道要参与组合,由于参与组合的原子轨道极多且能量一样(合金中能量相近),故组合后的分子轨道在能量间隔上相差极小,甚至产生能量重叠。当然最有意义的是价轨道的这种组合。 满带:电子填满的能带 导带:部分填充电子的能带。 禁带:满带与导带间的能量间隔。
满带与导带重叠则为导体;满带与导带不重叠但禁带宽度(能级差)小于3eV为半导体;禁带宽度一般大于5eV为绝缘体。 键型过渡
原子之间尽可能多地成键,成键种类无非是离子键、共价键和金属键。但一般的化学键很少是单纯是三种键的一种,而是混合型。因为只有100%的共价键而无100%离子键,故共价键成份总是存在的。由于元素的电负性差值在变,故其离子成分也变,键型由100%的共价型转向离子型(离子成份>50%),若是金属间形成化学键,典型的共价键即成为金属键,也向离子键过渡。在一个化合物中,不同原子间的化学键可能有很多种,如:Cu(NH3)4SO4中就有离子键和共价键(配位键)。 ?
2-6分子间作用力
分子间作用力由范德华(VanderWaals)提出,又称范德华力,按作用力的产生原因分三种力:取向力、诱导力、色散力。
取向力(orientationforces):极性分子之间偶极的定向排列而产生的作用力,又称Keesom力。 取向力特点:
只有极性分子之间才会产生。分子偶极越大,取向力越大。在极少数极强极性的分子间中它才是最主要分子间力,如H2O、HF中;一般是次要的作用力。
诱导力(inductionforces):极性分子诱导其它分子产生偶极(非极性分子)或附加偶极(极性分子)。诱导出的偶极再定向排列而产生的作用力。又称Debye力。 诱导力特点:
只有极性分子存在才会产生。极性分子极性越大,诱导力越大,被诱导分子的变形性越大,诱导力越大。诱导能力强的分子其变形成性往往越差,而变形性强的分子其诱导能力又差。故诱导力绝不是分子间的主导作用力,永远产很次要的作用力。
色散力(dispersionforces):分子中电子和原子核的瞬间位移而产生瞬间偶极,瞬间偶极的作用只能产生于相邻分子间,这种相互吸引便是色散力。又称London力。 色散力特点:
任何分子间均有色散力。分子越大,色散力越大。分子量越大,色散力越大,重原子形成的分子色散力大于轻原子形成的分子的色散力。除极少数极性极强的分子外,色散力是分子间的主流作用力。
分子间力特点:
作用力远不如化学键,一般<40KJ/mol,比化学键小10~100倍。
分子间力的作用距离在数百pm,比化学键作用距离长。且因为是电荷作用,故无饱和性,而且色散力还无方向性。
对大多数分子色散力是主要的,故一般用色散力的大小便可判断其分子间力的大小。 分子间作用力对物质的熔点沸点、溶解度,表面吸附等起作用。 ? 2-7氢键 氢键的形成条件:
必须是含氢化合物,否则就谈不上氢键。
氢必须与电负性极大的元素成键,以保证键的强极性和偶极电荷。 与氢成键的元素的原子半径必须很小。只有第二周期元素才可。
与氢形成氢键的另一原子必须电子云密度高,即需有孤电子对,且半径小,以保证作用距离较近。 氢键的特点
一般是静电作用,但它有方向性,即孤电子对的伸展方向。一般情况下也有饱和性,即氢与孤电子对一一对应。
作用力一般在40KJ/mol左右,比化学键低一个数量级,但某些情况下氢键可能转化为化学键。氢键强于分子间作用力。
要想形成强氢键,一般要求氢与N、O、F三元素之一形成化学键。
氢键的强弱与跟它成键的元素电负性和半径大小有关,电负性越大,氢键越强,原子半径越小,氢键越强。键极性越大,氢键越强,负电荷密度越高,氢键越强。
氢键有分子间氢键和分子内氢键。分子间氢键相当于使分子量增大,色散力增大,故熔沸点升高,极性下降,水溶性下降;分子内氢键未增大分子量,却使分子极性下降,故熔沸点下降,水溶性也下降。
第3章晶体结构
[教学要求]
1.了解晶体与非晶体的区别,掌握晶体的基本类型及其性质特点。 2.了解离子极化的基本观点及其对离子化合物的结构和性质变化的解释。 3.了解晶体的缺陷和非整比化合物。 [教学重点] 1.晶胞
2.各种类型晶体的结构特征 3.离子极化 [教学难点] 晶胞的概念 [教学时数]4学时 [主要内容] 1.晶体的基本知识 2.离子键和离子晶体 3.原子晶体和分子晶体 4.金属键和金属晶体
5.晶体的缺陷和非整比化合物 6.离子极化 [教学内容] ? 3-1晶体
3-1-1晶体的宏观特征
晶体有一定规则的几何外形。不论在何种条件下结晶,所得的晶体表面夹角(晶角)是一定的。晶体有一定的熔点。晶体在熔化时,在未熔化完之前,其体系温度不会上升。只有熔化后温度才上升。
3-1-2晶体的微观特征
晶体有各向异性。有些晶体,因在各个方向上排列的差异而导致各向异性。各向异性只有在单晶中才能表现出来。晶体的这三大特性是由晶体内部结构决定的。晶体内部的质点以确定的位置在空间作有规则的排列,这些点本身有一定的几何形状,称结晶格子或晶格。每个质点在晶格中所占的位置称晶体的结点。每种晶体都可找出其具有代表性的最小重复单位,称为单元晶胞简称晶胞。晶胞在三维空间无限重复就产生晶体。故晶体的性质是由晶胞的大小、形状和质点的种类以及质点间的作用力所决定的。
3-2晶胞
3-2-1晶胞的基本特征 平移性
3-2-2布拉维系
十四种不拉维格子
类型
说明
单位平行六面体的三对面中有两对是矩形,另一对是非矩形。两对矩
单斜底心格子(N) 形平面都垂直于非矩形平面,而它们之间的夹角为β,但∠β≠
90°。a0≠b0≠c0,α=γ=90°,β≠90°
正交原始格子(O) 正交体心格子(P) 正交底心格子(Q) 正交面心格子(S) 立方体心格子(B) 立方面心格子(F) 四方原始格子(T) 四方体心格子(U)
属于正交晶系,单位平行六面体为长、宽、高都不等的长方体,单位平行六面体参数为:a0≠b0≠c0α=β=γ=90°
属于正交晶系,单位平行六面体为长、宽、高都不等的长方体,单位平行六面体参数为:a0≠b0≠c0α=β=γ=90°
属于正交晶系,单位平行六面体为长、宽、高都不等的长方体,单位平行六面体参数为:a0≠b0≠c0α=β=γ=90°
属于正交晶系,单位平行六面体为长、宽、高都不等的长方体,单位平行六面体参数为:a0≠b0≠c0α=β=γ=90°
属于等轴晶系,单位平行六面体是一个立方体。单位平行六面体参数为:a0=b0=c0α=β=γ=90°
属于等轴晶系,单位平行六面体是一个立方体。位平行六面体参数为:a0=b0=c0α=β=γ=90°
属于四方晶系,单位平行六面体为横截面为正方形的四方柱。规定柱面相交的棱c0,单位平行六面体参数为:a0=b0=c0α=β=γ=90° 属于四方晶系单位平行六面体为横截面为正方形的四方柱。规定柱面相交的棱c0,单位平行六面体参数为:a0=b0=c0α=β=γ=90° 对应于六方晶系的空间六方格子。单位平行六面体底面为菱形的柱
立方和三方原始格子体。菱形交角为60o和120o,如果把三个单位平行六面体拼起来,底
(H)
面就成六边形,柱面的交棱就是六次轴方向。单位平行六面体参数为:a0≠b0≠c0,α=β=90o,γ=120o
属于三方晶系,单位平行六面体相当于立方体在4L3中的一个L3方向
三方菱面体格子(R) 被拉长或压缩,使立方体变成菱面体。单位平行六面体参数为:
a0=b0=c0α=β=γ≠90°、60°、109°28′16″
三斜原是格子(Z)
单斜平行六面体是三条棱不相等,三对面互相间不垂直的斜平行六面体。单位平行六面体参数为:a0≠b0≠c0,α≠β≠γ≠90o 单位平行六面体的三对面中有两对是矩形,另一对是非矩形。两对矩
单斜原始格子(M) 形平面都垂直于非矩形平面,而它们之间的夹角为β,但∠β≠90。
a0≠b0≠c0,α=γ=90°,β≠90°
立方原始格子
属于等轴晶系,单位平行六面体是一个立方体。单位平行六面体参数为:a0=b0=c0α=β=γ=90°
3-2-3晶胞中原子的坐标与计算 3-2-4素晶胞与复晶胞
素晶胞,符号P,是晶体微粒空间中的最小基本单元。 复晶胞是素晶胞的多倍体。 ?
3-3点阵·晶系(选学内容) 3-4金属晶体
作用力的大小由金属键的强弱来决定;主族同族从上到下金属键减弱,从左到右金属键增强,副族从上到下金属键增强(IIB除外),从左到右视d电子成键情况先增强而后减弱。 金属键的强弱可直接由金属的升华热得出。定性的判断则由成键轨道、成键半径、成键数目来判断。
特点:熔沸点高,不溶于水,硬度大,导电性一般很好,延展性也一般很好。 金属晶体的结构─紧密堆积
金属键是无方向性也无饱和性的,故金属原子总是与尽量多的其它金属原子结合。金属原子的配位数都很高。
金属有三种紧密堆积方式: ABABAB......:六方紧密堆积% ABCABC......:面心立方紧密堆积% ABABAB…..:体心立方紧密堆积%
六立密堆积和面心立方密堆积的空间点有率和金属原子成键数相同,故稳定性相近,容易互相转化。
堆积方式影响密度。
在堆积方式中,六方和面心立方堆积方式可以形成四面体空穴和八面体空穴,比例为2:1,而体心立方堆积方式只形成八面体空穴。 ?
3-5离子晶体?
无机化学》习题解析和答案
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