第2章 物质的化学组成与聚集状态

硫酸四氨合铜(II) 三氯· 一氨合铂(II)酸 三氯· 一氨合铂(II)酸钾
外界为氢离子，配阴离子后用酸字结尾，它的盐类似。
（2）内界命名：
配位体名称（不同配位体名称之间以中圆点(· )分开）
－合－中心离子。 内界命名法： 三先三后原则 先配位体 先离子配体 后分子配体 后中心离子
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Ti50 Ni 是钛镍形状记忆合金；
Yn Ba2 Cum O7 ~ 8：La1–n Lim–3 是性能很好的高温超导体。
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*四、金属有机化合物 由金属原子和有机基团中碳原子键合而成，含金属–碳键 （M—C）的化合物称金属有机化合物。 如： (C2H5)2 Zn、C6H5Ti(OC3H7)3、(C2H5)4Pb、RMgX （R为烷基，X为卤素）、 Cr (C6H6)2、Fe (C5H5)2（二茂 铁） 。 金属有机化合物是电子、光学、磁性等功能材料、超纯材 料和精细陶瓷等许多工业加工中的重要物质基础。 金属镍粉与 CO 反应得到液态 Ni(CO)4，在稍高温度下分 解便得到纯镍。
(a)
等径圆球密堆积
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(b) 晶格或点阵
图2-8 晶格及晶胞
(c) 晶胞
单晶体：如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体，这种晶体又 叫单晶体。如自然界存在的金刚石、人工制备的单晶硅、锗等。
十二面体钻石晶体 钻石及其母岩 多晶体：一般的固体材料不能用一个空间点阵图形贯穿，它们 称为多晶体。
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A B A B A 体心立方 A2型密堆积 ABAB
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C A 六方 A3型密堆积 ABAB 图2-12 金属晶体密堆积方式 面心立方 A1型密堆积 ABCABC
5．过渡型晶体 更多晶体的晶格结点粒子间作用发生了变异，很难划定 为上述任一典型晶体，而属于过渡型晶体。 例如，金属有机化合物；FeCl3倾向于分子晶体，熔点 306℃较低，FeCl2倾向于离子晶体，熔点672℃较高。 6．混合键型晶体 实际晶体中还有晶格粒子间同时存在几种作用力的混合 键型晶体。如层状结构的石墨（图2-13） 、 二硫化钼、氮化硼等属于混合键型晶体。
O O Ca O N O CO CO CH2 CH2 CO CH2 CH2 N
2-
CH2 CH2 H2 N Cu2+ H2 N NH2 CH2 CH2
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CO CH2
NH2
CH2
[CaY]2– 配离子
配合物的结构与性能
配离子较稳定，能像普通离子一样在溶液中稳定存在。螯合 物由于螯合效应具有很强的稳定性。具有相同化学组成的配合物 往往有不同的空间结构，并表现出不同的性能。
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1．离子晶体 离子晶体的晶格结点 上交替排列着正、负离子， 靠离子键结合。NaCl离子 晶体如图2-9所示。 离子晶体一般具有较 高的熔点和较大的硬度， 较脆。在熔融状态或在水 溶液中具有优良的导电性， 但在固体状态时离子限制 在晶格的一定位臵上振动， 所以几乎不导电。
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原则：服从一般无机化合物的命名原则。 （1）外界命名： 外界是简单阴离子酸根，则称“某化某”。 [CoC12(NH3)4]Cl 氯化二氯· 四氨合钴(III) 外界是复杂阴离子酸根，则称“某酸某”。 [Cu(NH3)4]SO4 H[PtCl3(NH3)] K [PtCl3(NH3)]
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0. 133 0. 133 0. 097 0. 133 0.099 0.133 0. 099 0. 132
0. 266 857 ———————→增大
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2．分子晶体 分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子， 分子间以范德华力(分子间力)或氢键相结合。 属于分子晶体的物质一般为非金属 元素组成的共价化合物，如 SiF4，SiCl4， SiBr4，SiI4，H2O，CO2，I2 等。 对于无氢键的相同类型分子晶体， 分子间力随相对分子质量增大而增大， 熔点、沸点也随之增高。由于分子间力 较弱，分子晶体的硬度较小，熔点一般 低于 400 ℃，并有较大的挥发性，如碘 O=C=O 片、萘等。电中性，一般不导电。 图2-10 CO2分子晶体(干冰) 2016/7/17
Na+
Cl-
图2-9 NaCl 离子晶体
离子间作用力：F=k(q+q-)/(r++r-)2
离子间作用力随离子电荷的增加而增大，随离子半径的增大而减小。 晶体的熔点和硬度的变化与离子间作用力的变化相同。 电荷数起主要作用，在电荷数相同的情况下参考半径大小。
活泼金属的含氧酸盐和氧化物、卤化物通常属于离子晶体。
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表2. 5 KF、NaF和CaO晶体离子间作用力及其熔点变化规律
物质 离子的电荷 +1 KF －1 NaF +1 －1 0. 230 992 CaF2 ＋2 －1 0.232 1392 CaO ＋2 －2 0. 231 2570
Hale Waihona Puke Baidu
离子半径／nm
离子半径之和／nm 离子间的作用 熔点／℃
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二氯· 二羟基合锌(Ⅱ)酸 乙二胺四乙酸合镁(Ⅱ)酸钠 六氯合铂(Ⅱ)酸钾 四碘合汞(Ⅱ)酸钾 氯化二氯· 一水· 三氨合钴(Ⅲ) 氯化乙酸根· 二氨合铜(Ⅱ) 硫酸二（乙二胺）合铜(Ⅱ) 八羰基合二钴(0) 二苯合铬(0)
3、多齿配体与螯合物
含有两个或两个以上配位原子的配位体称为多齿配体。 多齿配体与中心离子形成具有环状结构的配合物称为螯合物。
非整比化合物（不定组成）与整比化合物(定组成)（水， 二氧化碳等）是一对矛盾，他们代表着物质形成的两种方式， 各自发挥着自己的作用。
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非整比化合物举例 碳化物、氮化物在钢材中能有效地提高钢材的硬度； ―黑漆”古铜镜耐磨是因为其表面形成了一层非整比化 合物：Sn1-xCuxO2
GaAs1–x Px是制造发光二极管的材料，它可以发出从红 光到绿光的各种颜色的光； (Co0. 90 Fe0. 06 Ni0. 02 Nb0. 02 )78 Si22–x Bx 是用于录音磁头的 一类合金的组成； (GdCo，GdFe) 是用于计算机储存元件的一种非晶态材料；
它的称为配位体（简称配体）的分子或离 子，完全或部分由配位键结合形成 的一 类复杂的化合物。
内界 (配离子) K4 [ Pt Cl6 ] 外 中 配 界 心 位 离 体 子
[ Pt (NH3)4 (NO2) Cl ] CO3
中 心 离 子
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配 位 体 配位原子
外 界
2、配位化合物的系统命名
美国化学家 史沫莱 英国化学家 克鲁托
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荣获1996年诺贝尔化学奖。
CsC60
美国化学家 柯尔
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碳纳米管 碳纳米管是一种由单层或多层石墨 卷成的纳米微管。外部直径只有几到几 十纳米。 潜在的应用前景 碳纳米管可以用于未来电子工业制 造电子器件和超薄导线，使电子芯片集 成度更高，体积更小。 纳米碳管的细尖极易发射电子。用 于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式 电视屏，这是电视制造业的发展方向。
C60 的溶液
C60 的晶体结构
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3．原子晶体 原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间由共价 键结合。由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但 也有少数可形成原子晶体，如常见的 C (金刚石，立方型)，Si， Ge，As，SiC (俗称金刚砂)，SiO2，B4C，BN (立方型)， GaAs 等。 原子晶体特性 原子晶体一般具有较高的熔点和硬度，在工程中经常作 为磨料或耐火材料，延展性很小，有脆性，不易导电，可做 电的绝缘体，某些（如Si、Ge、Ga、As等）可做优良的半导 体材料，在一般溶剂中都不溶解。
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*三、非整比化合物 碳化物 Fe3C，Mn7C3 ； Fe1-xO，Sn1+xO2等。 不符合正常化合价规则，或将其组成约简后，其原子 数目不成整数比，这类化合物称为非整比化合物。 氮化物 Fe2N， Fe4N；
非整比化合物在材料中十分重要，可以控制或改善无机 固体材料的光、电、声、磁、热、力学等性质。
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C C C
C C C
C C C
图2-11 金刚石(C) 的晶体结构 蓝色球和红色球都是碳原子，用红 色球凸显四个位臵特殊的碳原子。
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金刚石
4．金属晶体 金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离 子通过自由电子结合，这种结合力是金属键。金属键的强弱与 构成金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等 因素有关。 金属晶体特性 金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度，通常所 说的耐高温金属就是指熔点高于铬的熔点 (1857 ℃) 的金属。 金属晶体具有良好的导电、导热性，还有良好的延展性等 机械加工性能，有金属光泽、对光不透明等特性。纯金属及其 合金构成的金属材料是最重要的结构材料之一。
Ni (s) + 4 CO
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43 oC 50 C
o
Ni(CO)4 (l)
*五、高分子化合物 高分子化合物，简称高分子，又称高聚物，它的相对分 子质量高达几千甚至几百万。 有机高分子中有纤维素、蛋白质、淀粉、木质素等天然 高分子和有机小分子聚合而成的合成高分子。 世界上第一个合成高分子是1907年诞生的酚醛树脂。
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图2-13 石墨的层状结构
*二、非晶体
与晶体晶格结点上微 粒长程有序排列不同，非 晶体中微粒呈无序排列。 非晶体的熔化，经历 由固态逐渐变软，最后变 为流动熔体的一个过程， 无确定的熔点。在不同温 度区间，呈现出玻璃态、 高弹态和粘流态等三种不 同的物理状态。
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非晶态——琥珀 C10H16O，硬度2. 5
例如：
Cl Pt Cl NH3
Cl
NH3
H3N Pt
Cl NH3
顺式-二氯· 二氨合铂(Ⅱ) 具有抗癌活性
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反式-二氯· 二氨合铂(Ⅱ) 无活性
*二、团簇 团簇是指由几个至上千个原子、分子或其结 合态粒子聚集而形成的相对稳定的介观聚集体。 团簇的结构、性能与所含原子、分子或其结合 态粒子数密切相关，它的物理和化学性质不同于单 个原子或分子，也不同于常规的固体和液体。 团簇是许多纳米材料的基础。 碳团簇
作业：P32，习题1.
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§ 2. 2 固体 学 习 要 求
1．了解晶体、非晶体概念，掌握晶体的分类、晶格结点上粒
子及其作用力、熔点、硬度、延展性、导电性的不同。
2．了解非晶态高分子化合物、固体吸附剂和固体废弃物。
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一、晶体 晶体如图2-8(a)，具有较规则的几何外形。 晶体三维点阵中存在一个能够完全代表晶格特征的最小单 元叫作晶胞，如图2-8(c)表示的是立方晶系的一个晶胞。
第二章 物质的化学组成和聚集状态
§ 2. 1 § 2. 2 § 2. 3 § 2. 4 物质的化学组成 固 体 液体和液晶 气体和等离子体
§ 2. 1 物质的化学组成 学习要求
1．掌握配位化合物的基本概念和命名原则。
2．了解团簇、非整比化合物、金属有机化合物和
高分子化合物。
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一、 配位化合物 中心原子或离子（统称中心原子）和围绕 1、基本概念 内界 (配离子)
1．非晶态高分子化合物 粘流态 高弹态
玻璃态
Tg Tf 温度
图2-15 高分子化合物的形变与温度的关系
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2．非晶态薄膜 目前使用的许多半导体器件中都有非晶态薄膜。最具代表 性的是高信息密度的光存贮盘，还有廉价光电池、激光书写和 复印机上的长寿命感光滚筒以及大屏幕显示的电子电路等。 使用的半导体物质是 Ge，Si，α—Si：H，GaAs 等。 3．非晶态合金 由液态金属快速凝固而成。非晶态合金可以是二元、三元 或多元合金。 非晶态合金在力、电、磁等性能方面优于同类晶态材料， 具有高强度、高韧性、高硬度、高光洁度和抗腐蚀、抗辐射、 抗冲击等特点。
OH n HCHO + n OH CH2
n
+ n H2O
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单体
nCH2 CHCl
聚合物
聚合
......CH2 CH Cl CH2 CH Cl CH2 CH ...... Cl
简写：
CH2
CH Cl n
链节
(重复单元)
聚合度
多分散性：高分子化合物相对分子质量大小不等的现象。 相关概念：加成聚合、缩合聚合,均聚、共聚,多链节聚合度。
配位原子英文字母顺序
同类配体
先无机配体 后有机配体
命名举例
H2 [Zn (OH)2 C12] Na2 [Mg Y] K4 [Pt Cl6 ] K2 [Hg I4 ] [Co (NH3)3 (H2O) C12 ] Cl [Cu (NH3)2 (CH3COO) ] Cl [Cu (en)2 ] SO4 Co2 (CO)8 Cr (C6H6)2