week12 4-3化学键理论4.4晶体结构(

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离子极化
• 当粒子处于外电场时，核与电子发生相 对位移，导致离子变形并产生诱导偶极， 叫做离子极化。 负极 正极
+
-
+
- +
-
阳离子 阴离子
阳离子 阴离子
正负离子相互极化
+
-
+
-
正
负
离子的极化力（阳离子）
• 离子的电荷越多，半径越小，产生的电场越强， 极化力越强； • 上述相近时，离子的电子构型起决定作用： • 外层电子构型为18（Cu+ Ag + Hg 2+等），18+2 （Sn 2+ Pb 2+ Bi 3+等)，以及2（Li + Be 2+ ）具有强 的极化力； • 9~17构型（Fe 2+ Cu 2+ Mn 2+ ）次之； • 8构型(Na + K + Ca 2+ Ba 2+)的离子极化力最弱
层 间 为 分 子 间 力
三、 Crystal defects晶体缺陷(p214)
point defects (点缺陷)
3 1
(1)vacancy (空位) interstitial (空隙间的) (2) self (3) foreign (4 and 5) impurities (杂质原子)
4 2
2、对晶型的影响
• 晶体中的离子在其平衡位置附近不断振动着， • 当其偏离正常位置而偏向某异电荷离子时， 该离子将产生诱导偶极。
举例
• NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 • 离子晶体过渡晶体到 分子晶体 • 因为从Na+ Mg2+ Al3+到Si4+电荷增多，半 径减小 ，使得极化力增大
• 熔沸点升高：液态汽化时要破坏氢键， 就需要消耗更多的能量。
氢键对溶解度的影响
• 如溶质分子与溶剂分子能形成氢键，有 利于溶质分子的溶解。
除了HF、H2O、NH3 有分子间氢 键外，
在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和 蛋白质中也有氢键的存在。
氢键对生物体的影响
Attractions involve both London dispersion forces and hydrogen bond interactions
CO2 Nonpolar
H2O - Polar
取向力dipole-dipole interactions (偶极-偶极相互)
诱导力
• 极性分子与非极性分子之间产生的作用力 • 极性分子与极性分子之间产生的作用力
— +
• 极性分子与非极性分子之间产生的作用力
—
+
—
+
色散力 London dispersion forces
离子的变形性（阴离子）
所有简单阴离子的最外电子层都具有8电子结构 • 离子的变形性主要取决于半径：半径越大， 变形性越大， • 离子的电荷越多，变形性越大
离子极化对物质结构和性质的影响
• 1、对键型的影响 • 从离子键过渡到共价键
Ag + 18电子构型，极化力强，F-半径小，变形性小， 但Cl - Br - I -半径越来越大，变形性也增大，AgI成 为共价键
分子间力对分子型物Байду номын сангаас硬度的影响
• 极性小的聚乙烯硬度小， • 含有极性基团的有机玻璃等硬度大。
为什么HF、H2O和NH3沸点在同系列氢化物曲线中异常地高？
Hydrogen bonding (氢键)
氢键的形成条件：
分子中有H和电负性大、半径小且有孤对
电子的元素(F ，O，N)形成氢键。
氢键对熔沸点的影响
induced dipole (temporary)
色散力最普遍存在
• 非极性分子之间 • 极性与非极性分子之间 • 极性分子之间
诱导力
• 存在于极性分子与非极性分子 之间 • 极性分子之间
取向力
• 仅存在于极性分子之间
分子间力
• 色散力、诱导力和取向力的总合叫分子 间力。 均为电性吸引，既没有方向性，也没饱 和性
Bonding in metals ：electron sea model
electron sea model (电子云模型)
（混合型晶体（p213）：晶体内同时存在若
干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性
质。
例如石墨：层 内C-C共价键 和大π键；层 间作用力弱， 与分子间力相 当。 2p电子参与形成了π键
Si Si Si Si Si
Si
Si Si
Si
Si Si
Si
n-type (Si with P) P – [Ne]3s23p3
i Si
Si Si Si Si Si Si
Si Si P Si Si
Si Si Si Si Si
Si
Si Si
i
S Si
Si
Ionic（离子的） Size
anion – add electron cation – remove electron
晶体
• 有一定的几何构型。 食盐：立方体 ，石英：六角柱体 • 有固定的熔点。 • 各向异性。电学、力学、导热导电、机械强度、 溶解性等，从不同的方向去测定，常常是不同 的——各向异性
Unit cell (晶胞)
Unit cell (晶胞) ： smallest portion of solid that reproduces the structure of the crystal when repeated in different directions in space。 crystal lattice (晶格)
原子晶体
held together by covalent bonds（共价键） in three dimensional network. Properties: very hard, high melting points, poor thermal and electrical conductors.
Metallic Solids（p208）
金属晶体properties: soft to hard, low to high melting points, excellent conductor of heat and electricity, malleable (展性的), ductile (延性的), luster (光泽)
Ionic solids离子晶体
Ionic solids离子晶
（看书P205）
Ions held together by ionic bonds between charged species (anion and cation of different sizes)
离子晶体properties: hard and brittle,
high melting points, poor thermal and electrical conductors (导电性) as solids
structure of ionic solids
simple cubic
fcc
fcc
Covalent Network Solids
diamond (金刚石)
H 3C
O
....H
NH
N
N N Sugar O
H .... N N
N Sugar
Thymine
Adenine
T
A
C 3
....H O
N N O
NH
N
H N
H .... O
N
H .... N N
N Sugar N Sugar
N .... H
N N
N Sugar
ar
O .... H
NH
Thymine
二、晶体的基本类型
cubic立方unit cells结构 simplest unit cells are the cubic unit cells, in which the angles are all 90° and the lengths of all sides are equal
simple cubic 简单立方
4-3 化学键理论
分子间作用力和氢键（P195）
• 分子间作用力 自己看书
偶极矩
共价键是否有极性，取决于相邻两原子间
共用电子对是否偏移。 Cl-Cl不偏移, H-Cl偏移
分子的电荷中心：设想的电荷集中点。
极性分子：分子正、负电荷中心不重合于
同一点。
+
-
偶极矩：描述分子极性的物理量。
分子内电荷中心上的电荷量(q)与正负电荷中心间的距 离(d)的乘积。单位为：库 • 米 μ=q•d
3、对溶解度的影响
• 离子键结合的物质溶解度远大于共价键的。 • 离子极化可以导致离子键过渡成共价键， 从而降低了溶解度。 • NaCl与CuCl溶解度差很多，且Na+与Cu +半 径很接近，电荷相同，差别是： Cu + 18电 子构型，而Na+是8电子构型。
现在做P221 第18题，
第22题(4)(7)(8)(9)(10), P222 第32题， P223 第35、36、37，40、41、42题，
body-centered cubic 体心立方
face-centered cubic 面心立方结构
•Crystalline solids - classified by the types of forces between the particles •4 types of crystalline solids
分子间力对物质性质的影响
• 液态物质分子间力越大，汽化热越大， 沸点越高； • 固态物质分子间力越大，熔化热越大， 熔点越高。 • 一般，结构相似的同系物分子量越大， 变形性越大，分子间力越大，熔沸点越 高。
分子间力对溶解性质的影响
• 溶质和溶剂之间分子间力越大，则在溶 剂中的溶解度越大，因为分子间力就是 电性作用。
μ = 0，表示非极性分子； BeCl2,BF3,CCl4， CO2是非极性分子, μ ≠ 0，表示极性分子； NH3, H2O是极性分子 μ越大，表示分子极性越大、水溶性越强。
For polyatomic molecules, the dipole moment is the geometric sum of all bond dipole moments.
下次课前交以下作业
• P222第31题, • P223第38题,第39题, • P224第44题
Molecular Solids分子晶体
held together by intermolecular forces such as dipole-dipole interactions (偶极-偶极相互作用) and dispersion forces (伦敦力, 色散力) 看书P205
分子晶体properties: fairly soft, low melting points and are generally poor thermal and electrical conductors. Examples: ice, dry ice (solid carbon dioxide), I2, P4, S8 and sugar (C12H22O11)
5
晶体缺陷完全是坏事吗？Doping (掺杂)
• 如纯铁中加少量碳或某些金属可制得各种性能优良 的合金； • 纯锗中加入微量镓或砷，可以强化锗的半导体性能。
p-type (Si with Ga) Ga – [Ar]3d104s24p1
Si Si
Si Si Si Si Si Si
Si Si Ga Si Si
Adenine
Cytosine
Guanine
T
A
C
G
4.4晶体结构 (看书P201)
一、描述晶体的基本概念
Structure of Solids – 2 types
• crystalline (晶体的) solid： highly ordered • amorphous (非晶形的) ： no long range orderly structure