我们在提到配位数时应当注意晶体学和配位化学中的配位数含义不同的。 晶体学中,一个粒子周围最近邻的粒子数称为配位数。(离子晶体中,指一个离子周围最近的异电性离.....子的数目。)
配位化学中,配位数指化合物中中心原子周围的配位原子个数。
1.晶体中配位数问题 晶体 晶体结构 晶体详解 (1)每个碳与相邻4个碳以共价键结合,形成正四面体结构 (2)键角均为109°28′ 金刚石 原子晶体 (3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内 (4)每个C参与4条C-C键的形成,C原子数与C-C键数之比为1∶2 (1)每个Si与4个O以共价键结合,形成正四面体结构 SiO2 1(2)每个正四面体占有1个Si,4个“O”,n(Si)∶n(O)2=1∶2 (3)最小环上有12个原子,即6个O,6个Si 16
(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个分子晶体 干冰 CO2分子 (2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个 (1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻的Cl(Na)有6个。NaCl (型) 离子晶体 CsCl (型) 简单立方堆积 面心立方最密堆积 金属晶体 体心立方堆积 六方最密堆积 又称为A3型或镁型,典型代表Mg、Zn、Ti,配位数为12,空间利用率74% 又称为A2型或钾型,典型代表Na、K、Fe,配位数为8,空间利用率68% 又称为A1型或铜型,典型代表Cu、Ag、Au,配位数为12,空间利用率74% 典型代表Po,配位数为6,空间利用率52% (1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl有8个,每个Cs(Cl)周围等距且紧邻的Cs(Cl)有8个 (2)如图为8个晶胞,每个晶胞中含1个Cs、1个Cl +-+-+-+-+--+每个Na周围等距且紧邻的Na有12个 (2)每个晶胞中含4个Na和4个Cl +-++2.配位化合物中的配位数问题 配合物是“配位化合物”的简称,曾经也称为“络合物”。最初这一类的化合物都是由稳定的简单化合物
进一步合成得到的,如CoCl3?6NH3、PtCl2?2NH3等。后来发现绝大多数的无机化合物,包括盐类的水合晶体,都是以配合物形式存在的。
(1)配合物的定义
金属原子或金属离子与其他分子或离子以配位键结合而形成的复杂离子或化合物,称为配离子或配合物。
(2)配合物的组成 ①中心离子(或原子)
配离子中心位置的离子(或原子),通常把它叫做中心离子(或原子),如[Cu(NH3)4]2+和[Fe(CO)5]中的Cu2+和Fe原子。中心离子(或原子)的特征是,必须具有可以接受孤电子对的空轨道,一般为带正电荷的阳离子,常见的为过渡元素离子(或原子)。
②配体和配位原子
在配合物中和中心离子(或原子)结合的分子或离子称为配体。如[Cu(NH3)4]2+中的NH3分子和
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[Fe(SCN)6]中的SCN。提供配体的物质称为配位剂。配体中与中心离子(或原子)成键的原子称为配位原
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子,如[Cu(NH3)4]2+中的N原子和[Fe(SCN)6]中的S原子。配位原子提供孤电子对给中心离子(或原子)的空轨道,从而形成配位键。通常,配位原子是电负性较大的非金属原子,如O、S、N、P、C、F、Cl、Br、I等。
③配位数
在配合物中和中心离子(或原子)结合的配位原子总数,称为该中心离子(或原子)配位数。在[Cu(NH3)4]2+中,Cu2+配位数为4;[Fe(CO)5]中,Fe原子的配位数为5等。目前已证实的配合物中,中心离子的配位数可以从1?12,其中最常见的是4、6。
④配合物的内界和外界
从配合物整体来看,配合物可以分为内界和外界两个组成部分。内界为配合物的特征部分,是由中心离子和配体结合而成的|一个完整的、稳定的整体,即配离子。在配合物的化学式中,用方括号表示。外界由与配离子电荷相反的其它离子构成,距离配离子的中心较远。由于配合物整体呈电中性,所以,也可以根据外界离子的电荷总数来确定配离子的电荷数。
例如,K3[Fe(CN)6]和K4[Fe(CN)6]中,可由外界确定配离子所带电荷分别为-3和-4,进而可以确定二者中铁元素的化合价为+3和+2。
综上所述,关于配合物的组成,以[Cu(NH3)4]SO4和K4[Fe(CN)6]为例,图示如下:
若配合物为中性分子,如[CoCl3(NH3)3]、[Ni(CO)4]等,则没有外界。
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【过关练习】
1.NaCl晶体中Na+的配位数是_____,CsCl晶体中Cs+的配位数是_____ CaF2晶体中Ca2+的配位数是_____,F的配位数是_____。
2.写出硫酸铜溶液与过量氨水反应的离子方程式______________________________________________ ______________________________________________________________所形的络合离子的结构简式 ,1mol该离子含有的σ键数_____。
3.配合物K3[Co(CN)6]中的中心离子_____、配位体_____、其配位数_____,1mol该配合物中的络合离子的σ键数_____。
答案:1.6 8 8 4
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2.Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2 ↓+2NH4+ Cu(OH)2 +4 NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH+4H2O
-
16NA
3.Co3
+
CN- 6
12 NA
考点7﹒熔沸点比较
1. 氢键对物质性质的影响
比较VIIA族和VIA族元素氢化物的沸点,人们发现H2O和HF的沸点比相应的同族元素氢化物沸点反常的高。这说明分子间的作用力很强,以至分子间发生了缔合。这种缔合是由氢键造成的。
我们以水分子为例,加以说明。由于氧元素的电负性比氢元素的电负性大得多,因此水分子中O-H键的极性很强。共用电子对强烈的偏向于氧原子的一端,结果氧原子带部分负电荷,而氢原子带部分正电荷,几乎为裸露的质子。当两个水分子充分靠近时,带部分正电荷的氢原子与另一分子中含有孤电子对、带部分负电荷的氧原子产生相互吸引,这种特殊的分子间力称为分子间的氢键。
(1)氢键的表示
氢键通常用…表示,如X-H…Y,其中X,Y可以是同种元素的原子,也可以是不同种元素的原子。一般的,氢键中的X,Y原子-般是电负性大、半径小的F,N,O等,这样的氢键较强。氢键可分为分子内氢键和分子间氢键,图示如下:
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邻硝基苯酚分子内氢键 邻羟基苯甲醛分子内氢键 碳酸氢根离子间氢键
水中的分子间氢键 冰中的分子间氢键 CuSO4·5H2O晶体内的氢键
(2)氢键的特点
氢键的具有方向性和饱和性。方向性是指,X-H…Y中,Y与X-H键形成氢键时,X-H…Y位于一条直线上,这样可以使X和Y原子相距最远,两原子斥力最小,体系稳定。饱和性是指,每一个X-H最多只能和一个Y形成氢键。氢键的这一特点,可以解释为什么冰的密度比水小。
(3)氢键对物质性质的影响 ①氢键对化合物熔沸点的影响
分子间形成氢键时,化合物的熔沸点显著升高。因此,像NH3、H2O、HF等氢化物,由于其分子间氢键的存在,要使其固体熔化或液体气化,必须给予额外的能量破坏分子间氢键,所以它们的熔沸点比同主族其他元素的氢化物都要高。
值得注意的是,能够形成分子内氢键的物质,其分子间氢键将被削弱,因此他们的熔沸点不如只形成分子间氢键的物质高。如硫酸和磷酸都是高沸点的无机酸,但硝酸由于可以形成分子内氢键,是挥发性的低沸点无机强酸。前面举例中的邻硝基苯酚和邻羟基苯甲醛,其熔点远低于它的同分异构体对硝基苯酚和对羟基苯甲醛。
②氢键对溶解度的影响
在极性溶剂里,如果溶质分子与溶剂分子间可以生成氢键,则溶质的溶解度增大。例如HF和NH3在水中的溶解度比较大,就是这个缘故。如果溶质分子内形成氢键,则在极性溶剂里的溶解度减小。例如,对硝基苯酚中羟基,能同水分子中的氧原子缔合成氢键,促使它在水中溶解,因此溶解度大。但邻硝基苯酚的羟基,通过氢原子能与其邻位上硝基的氧原子形成分子内氢键,即不能再同水的氢原子形成氢键,因此溶解度减小。
另外,像NaHCO3的溶解度小于其对应正盐Na2CO3的溶解度也是由于其阴离子可以形成离子间氢键形成二聚体。
2.范德华力、氢键、共价键的比较
范德华力 20
氢键 共价键