结构化学模型实习讲义
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结构化学模型实习讲义 （2010） ）
姓名 专业 学号
中山大学化学与化学工程学院
实习一 分子的立体构型和分子的性质
姓名
姓名
一、目的
了解点阵、结构基元、晶胞等基本概念，掌握 14 种布拉维格子的分类、特征及一些常 见化合物的晶胞结构。
学号
专业
成绩
二、内容： 内容：
1. 观察 14 种布拉维格子，填写下表。 格子名称 记号 所属晶系 每个晶胞中含点 阵点个数 点阵参数的限制
2. Chun-Feng Zhuang, Jianyong Zhang, Qing Wang, Zhao-Hua Chu, Dieter Fenske, and Cheng-Yong Su,
“Temperature-Dependent Guest-Driven Single-Crystal-to-Single-Crystal Ligand Exchange in a Two-Fold Interpenetrated CdII Grid Network”, Chem. Eur. J. 2009, 15, 7578 – 7585.
学号
专业
成绩
R N
N N R N N N R
N
R = -CH 3, -CH 2CH3 , -CH 2CH2 CH3, -CH 2CH2 CH2 CH 3, -CH 2CH=CH2, -CH 2Ph,
L1 L2 L3 L4 L5 L6
3D polyrotaxane framework formed by molecular squares threading on a twofold interpenetrated diamondoid skeleton”, Chem. Commun., 2007, 4245–4247.
3. Hai-Ying Deng, Jian-Rong He, Mei Pan, Lei Li and Cheng-Yong Su, “Synergistic metal and anion effects on
the formation of coordination assemblies from a N,N′-bis(3-pyridylmethyl)naphthalene diimide ligand”, CrystEngComm., 2009, 11, 909–917.
4.体心立方堆积和简单立方堆积 体心立方堆积和简单立方堆积
将球做体心立方堆积和简单立方堆积，取其晶胞，观察并填写下表。表中密置列是指球 沿一维直线紧密排列，其方向以晶胞单位矢量表示。
堆积方式 密置列方向 球的配位数 晶胞内球的坐标 空隙型式 晶胞内空隙数 空隙中心到球面的最短距离 一个球平均占有的空隙数
将密堆积层按 ABAB和 ABCABC两种重叠方式分别组成六方和立方最密堆积。各 取一个晶胞，观察并填写下表。 堆积方式 球的配位数 一个球平均占有的四面体空隙数 一个球平均占有的八面体空隙数 点阵型式 密堆积层方向（用晶胞单位矢量 表示） 晶胞内球的分数坐标 六方（A3） 立方（A1）
3． 最密堆积中的空隙 ．
体心立方
简单立方
5. 列式计算立方紧密堆积、六方最密堆积、体心立方堆积、简单立方堆积等的堆积系数。 列式计算立方紧密堆积、六方最密堆积、体心立方堆积、简单立方堆积等的堆积系数。
实习七 离子晶体的结构
姓名 学号 专业 成绩
通过观察和分析下表所列 6 个二元离子晶体的结构模型， 了解离子晶体的结构， 将结果 填入下表，总结归纳二元离子晶体的结晶化学规律。 晶体 负离子堆 积方式 正负离子 半径比 正负离子 数量比 正离子占 什么空隙 正离子占 空隙比率 正离子的 配位数 配位多面 体连接方 式 负离子的 配位数 点阵型式 结构基元 晶胞中正 负离子数 离子分数 坐标 NaCl CsCl 立方 ZnS 六方 ZnS CaF2 金红石
一、目的
从分子中原子排布的几何关系和点群对称性描述分子的结构， 对于了解分子的性质具有 重要意义。本实习通过自己动手制作和观察分子模型，掌握分子的空间结构与点群对称性， 加深对分子构型和分子性质的了解。
学号
专业
成绩
二、内容： 内容：
1、 搭出下列分子模型， 了解它们的对称性， 填写表中各栏内容。 4， 2O2， 6， 4(CH2)6， CH H SF N ，C C6H12（环己烷：船式和椅式） 2H6（重叠式，交叉式以及介于这两者之间的型式） 2、搭出下列丙二烯型化合物的模型，了解它们的对称性。 H2C=C=CH2, ClHC=C=CH2, Cl2C=C=CH2, ClHC=C=CHCl 3、根据模型填写下表 分 子 CH4 （四面体） SF6（八面体） B12（二十面体） 环 己 烷 船式 椅式 H2O2 重叠式 C2H6 交叉式 中间式 N4(CH2)6 H2C=C=CH2 ClHC=C=CH2 Cl2C=C=CH2 ClHC=C=CHCl 注意：在搭制分子的球棍模型时，通常按照下面的惯例用不同的颜色表示不同的原子：C 黑 色，H 浅灰色，O 红色，N 蓝色，Cl 绿色，Br 红棕色，I 红紫色，S 黄色，P 紫色；金属原 子则以该金属单质显示的颜色表示。 对 称 元 素 及 数 目 对 称 轴 镜 面 i 点 群 偶 极 矩 旋 光 性
（1） 四面体空隙 一个四面体空隙由 4 个球构成，所以一个球在一个四面体中占有分之一的空隙. 一个球参与个四面体空隙的构成。因此，平均一个球占有个四面体空隙。 计算四面体空隙到球面的最短距离(用球半径 R 表示)。 (2)八面体空隙 一个八面体空隙由 6 个球构成，所以一个球在一个八面体中占有分之一的空隙. 一个球参与个八面体空隙的构成,因此,平均一个球占有个八面体空隙. 计算八面体空隙到球面的最短距
成绩
二、内容： 内容：
1、观察杂化轨道模型并填写下表
杂化轨道 sp sp2 sp3 dsp2 dsp3 之一 dsp3 之二 d2sp3 sp3 d3
参加杂化的原子轨道
构型
点群
实例
2、观察硼烷结构模型并填写下表 硼烷 styx 数码 点群 B 2H 6 B4H10 B 5H 9 B5H11 B6H10 B10H14
2. 根据晶体结构模型写出下表各栏内容。 尿素 结构基元 点阵型式 氟化钙 氯化铯 氯化钠 金刚石 闪锌矿 六方石墨 (AB 型) 三方石墨 (ABC 型)
特征对称 元素 晶系 正当晶胞 中结构基 元数 原子分数 坐标 只写 Ca2 坐标：
＋
3. 讨论 （1）在 14 种点阵型式中，为什么有四方 I, 而无四方 F? 为什么有正交 C, 而无四方 C? 为 什么有立方 F, 而无立方 C? 根据什么原则确定点阵型式？
（2）结构基元、点阵点、晶胞和点阵型式等概念的正确含义和相互关系怎样？
实习六 等径圆球的堆积
姓名 一、目的
通过等径圆球的堆积来模拟金属单质中原子的堆积， 了解金属单质的若干典 型结构型式，加深对金属结构的了解。
学号
专业
成绩
二、内容： 内容：
NTB
O
N
N
antipyrine
N S S N
C4TQ
实习四 配位化合物和配位场
姓名 学号 专业 成绩
一、目的 （1）理解配位场和晶体场理论，区分强弱八面体场造成的电子排布自旋状态的不同，会计 算八面体场和四面体场中的晶体场稳定化能（LFSE） 。 （2）了解不同配位数情况下可能存在的配位构型及其常见配合物实例，初步了解低配位数 下配位场中 d 轨道的分裂情况。 （3）了解过渡金属簇合物的 18 电子规则和常见几何构型。 二、内容 1. 理解配位场理论的内容，填写下表。 配位离子 配位体场（指出 强/弱八面体或 四面体场） 自旋态（高/低） 电子组态 LFSE(-Δ0)
[Fe(H2O)6]2+ [Fe(CN)6]4[Fe(CN)6]3[CoF6]3[Co(en)3]3+ [Co(NO2)6]4[FeCl4][Ag(NH3)4]+ [ZnCl4]22. 观察下列配位数模型，填写下表。
配位数 4
配位构型
点群
d 轨道分裂情况 （用短线图表示）
实习八 超分子自组装和晶体工程
姓名 学号 专业 成绩
在网络数据库中查阅下面超分子自组装和晶体工程方面的综述文献， 任选一篇， 写出不少于 1000 字的读书报告。 （内容：用自己的语言概括文中总结的研究背景、组装策略、学术思想、 实验方法、研究手段等，以及自己从文章中获得的启示和帮助，利用文中的科学思想设计一 个实验，自组装得到一个超分子配合物结构，并通过适当的分析手段研究其性能。 ） 1. Xin-Long Wang, Chao Qin, En-Bo Wang and Zhong-Min Su, “An unusual polyoxometalate-encapsulating
实习二 杂化轨道和硼烷结构
姓名
一、目的
（1）杂化轨道理论在分子结构和配合物结构中具有重要的应用价值。通过观察各种杂 化轨道的模型， 掌握不同杂化轨道的空间结构和组成， 加深对杂化轨道理论的了解和应用程 度。 （2）硼烷是一种具有特殊构型的非金属原子簇化合物，因为其中存在不同类型的缺电 子多中心键而表现出特殊的结构和性能特点。 通过观察各种硼烷结构的模型， 掌握不同类型 的缺电子多中心键的特点，加深对硼烷结构的了解。
实例
5
6
7 8 9 12 / / /
3. 观察下列多面体模型，与过渡金属簇合物的结构相对应，填写下表。 多面体 四面体 八面体 双帽四面体 加帽四方锥 三棱柱 二十面体 金属原子间 成键总数 b 实例 MnLm 与 Mn 有关的价 电子总数 g
实习五 点阵和晶胞
实习三 超分子配合物研究中几种常用化学软件介绍
姓名
1. Chemdraw 和 chem3D 2. Gauss03 和 GaussView 作业：利用 Chemdraw 画出下面配体（任选其一）的结构，导入 chem3D 得到三维结构并优 化，然后导入 GaussView 程序，利用 B3LYP 方法，6-31G*基组，计算单重态和三重 态单点能，打印出 gjf 文件。 （不需要提交任务）
1． 密堆积层 ． 取若干等径圆球，分别排列成密堆积层和四方平面层，比较它们的异同，填 写下表。 （设圆球半径为 R，球的配位数是指与一个圆球直接接触的圆球数目。 计算空隙中心到球面的最短距离，用半径 R 表示） 密堆积层 四方平面层 每个球的配位数 法线方向上的对称性 空隙中心到球面的最短距离 面积利用率 2． 等径圆球的最密堆积 ．
doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
结构化学模型实习讲义 （2010） ）
姓名 专业 学号
中山大学化学与化学工程学院
实习一 分子的立体构型和分子的性质
姓名
姓名
一、目的
了解点阵、结构基元、晶胞等基本概念，掌握 14 种布拉维格子的分类、特征及一些常 见化合物的晶胞结构。
学号
专业
成绩
二、内容： 内容：
1. 观察 14 种布拉维格子，填写下表。 格子名称 记号 所属晶系 每个晶胞中含点 阵点个数 点阵参数的限制
2. Chun-Feng Zhuang, Jianyong Zhang, Qing Wang, Zhao-Hua Chu, Dieter Fenske, and Cheng-Yong Su,
“Temperature-Dependent Guest-Driven Single-Crystal-to-Single-Crystal Ligand Exchange in a Two-Fold Interpenetrated CdII Grid Network”, Chem. Eur. J. 2009, 15, 7578 – 7585.
学号
专业
成绩
R N
N N R N N N R
N
R = -CH 3, -CH 2CH3 , -CH 2CH2 CH3, -CH 2CH2 CH2 CH 3, -CH 2CH=CH2, -CH 2Ph,
L1 L2 L3 L4 L5 L6
3D polyrotaxane framework formed by molecular squares threading on a twofold interpenetrated diamondoid skeleton”, Chem. Commun., 2007, 4245–4247.
3. Hai-Ying Deng, Jian-Rong He, Mei Pan, Lei Li and Cheng-Yong Su, “Synergistic metal and anion effects on
the formation of coordination assemblies from a N,N′-bis(3-pyridylmethyl)naphthalene diimide ligand”, CrystEngComm., 2009, 11, 909–917.
4.体心立方堆积和简单立方堆积 体心立方堆积和简单立方堆积
将球做体心立方堆积和简单立方堆积，取其晶胞，观察并填写下表。表中密置列是指球 沿一维直线紧密排列，其方向以晶胞单位矢量表示。
堆积方式 密置列方向 球的配位数 晶胞内球的坐标 空隙型式 晶胞内空隙数 空隙中心到球面的最短距离 一个球平均占有的空隙数
将密堆积层按 ABAB和 ABCABC两种重叠方式分别组成六方和立方最密堆积。各 取一个晶胞，观察并填写下表。 堆积方式 球的配位数 一个球平均占有的四面体空隙数 一个球平均占有的八面体空隙数 点阵型式 密堆积层方向（用晶胞单位矢量 表示） 晶胞内球的分数坐标 六方（A3） 立方（A1）
3． 最密堆积中的空隙 ．
体心立方
简单立方
5. 列式计算立方紧密堆积、六方最密堆积、体心立方堆积、简单立方堆积等的堆积系数。 列式计算立方紧密堆积、六方最密堆积、体心立方堆积、简单立方堆积等的堆积系数。
实习七 离子晶体的结构
姓名 学号 专业 成绩
通过观察和分析下表所列 6 个二元离子晶体的结构模型， 了解离子晶体的结构， 将结果 填入下表，总结归纳二元离子晶体的结晶化学规律。 晶体 负离子堆 积方式 正负离子 半径比 正负离子 数量比 正离子占 什么空隙 正离子占 空隙比率 正离子的 配位数 配位多面 体连接方 式 负离子的 配位数 点阵型式 结构基元 晶胞中正 负离子数 离子分数 坐标 NaCl CsCl 立方 ZnS 六方 ZnS CaF2 金红石
一、目的
从分子中原子排布的几何关系和点群对称性描述分子的结构， 对于了解分子的性质具有 重要意义。本实习通过自己动手制作和观察分子模型，掌握分子的空间结构与点群对称性， 加深对分子构型和分子性质的了解。
学号
专业
成绩
二、内容： 内容：
1、 搭出下列分子模型， 了解它们的对称性， 填写表中各栏内容。 4， 2O2， 6， 4(CH2)6， CH H SF N ，C C6H12（环己烷：船式和椅式） 2H6（重叠式，交叉式以及介于这两者之间的型式） 2、搭出下列丙二烯型化合物的模型，了解它们的对称性。 H2C=C=CH2, ClHC=C=CH2, Cl2C=C=CH2, ClHC=C=CHCl 3、根据模型填写下表 分 子 CH4 （四面体） SF6（八面体） B12（二十面体） 环 己 烷 船式 椅式 H2O2 重叠式 C2H6 交叉式 中间式 N4(CH2)6 H2C=C=CH2 ClHC=C=CH2 Cl2C=C=CH2 ClHC=C=CHCl 注意：在搭制分子的球棍模型时，通常按照下面的惯例用不同的颜色表示不同的原子：C 黑 色，H 浅灰色，O 红色，N 蓝色，Cl 绿色，Br 红棕色，I 红紫色，S 黄色，P 紫色；金属原 子则以该金属单质显示的颜色表示。 对 称 元 素 及 数 目 对 称 轴 镜 面 i 点 群 偶 极 矩 旋 光 性
（1） 四面体空隙 一个四面体空隙由 4 个球构成，所以一个球在一个四面体中占有分之一的空隙. 一个球参与个四面体空隙的构成。因此，平均一个球占有个四面体空隙。 计算四面体空隙到球面的最短距离(用球半径 R 表示)。 (2)八面体空隙 一个八面体空隙由 6 个球构成，所以一个球在一个八面体中占有分之一的空隙. 一个球参与个八面体空隙的构成,因此,平均一个球占有个八面体空隙. 计算八面体空隙到球面的最短距
成绩
二、内容： 内容：
1、观察杂化轨道模型并填写下表
杂化轨道 sp sp2 sp3 dsp2 dsp3 之一 dsp3 之二 d2sp3 sp3 d3
参加杂化的原子轨道
构型
点群
实例
2、观察硼烷结构模型并填写下表 硼烷 styx 数码 点群 B 2H 6 B4H10 B 5H 9 B5H11 B6H10 B10H14
2. 根据晶体结构模型写出下表各栏内容。 尿素 结构基元 点阵型式 氟化钙 氯化铯 氯化钠 金刚石 闪锌矿 六方石墨 (AB 型) 三方石墨 (ABC 型)
特征对称 元素 晶系 正当晶胞 中结构基 元数 原子分数 坐标 只写 Ca2 坐标：
＋
3. 讨论 （1）在 14 种点阵型式中，为什么有四方 I, 而无四方 F? 为什么有正交 C, 而无四方 C? 为 什么有立方 F, 而无立方 C? 根据什么原则确定点阵型式？
（2）结构基元、点阵点、晶胞和点阵型式等概念的正确含义和相互关系怎样？
实习六 等径圆球的堆积
姓名 一、目的
通过等径圆球的堆积来模拟金属单质中原子的堆积， 了解金属单质的若干典 型结构型式，加深对金属结构的了解。
学号
专业
成绩
二、内容： 内容：
NTB
O
N
N
antipyrine
N S S N
C4TQ
实习四 配位化合物和配位场
姓名 学号 专业 成绩
一、目的 （1）理解配位场和晶体场理论，区分强弱八面体场造成的电子排布自旋状态的不同，会计 算八面体场和四面体场中的晶体场稳定化能（LFSE） 。 （2）了解不同配位数情况下可能存在的配位构型及其常见配合物实例，初步了解低配位数 下配位场中 d 轨道的分裂情况。 （3）了解过渡金属簇合物的 18 电子规则和常见几何构型。 二、内容 1. 理解配位场理论的内容，填写下表。 配位离子 配位体场（指出 强/弱八面体或 四面体场） 自旋态（高/低） 电子组态 LFSE(-Δ0)
[Fe(H2O)6]2+ [Fe(CN)6]4[Fe(CN)6]3[CoF6]3[Co(en)3]3+ [Co(NO2)6]4[FeCl4][Ag(NH3)4]+ [ZnCl4]22. 观察下列配位数模型，填写下表。
配位数 4
配位构型
点群
d 轨道分裂情况 （用短线图表示）
实习八 超分子自组装和晶体工程
姓名 学号 专业 成绩
在网络数据库中查阅下面超分子自组装和晶体工程方面的综述文献， 任选一篇， 写出不少于 1000 字的读书报告。 （内容：用自己的语言概括文中总结的研究背景、组装策略、学术思想、 实验方法、研究手段等，以及自己从文章中获得的启示和帮助，利用文中的科学思想设计一 个实验，自组装得到一个超分子配合物结构，并通过适当的分析手段研究其性能。 ） 1. Xin-Long Wang, Chao Qin, En-Bo Wang and Zhong-Min Su, “An unusual polyoxometalate-encapsulating
实习二 杂化轨道和硼烷结构
姓名
一、目的
（1）杂化轨道理论在分子结构和配合物结构中具有重要的应用价值。通过观察各种杂 化轨道的模型， 掌握不同杂化轨道的空间结构和组成， 加深对杂化轨道理论的了解和应用程 度。 （2）硼烷是一种具有特殊构型的非金属原子簇化合物，因为其中存在不同类型的缺电 子多中心键而表现出特殊的结构和性能特点。 通过观察各种硼烷结构的模型， 掌握不同类型 的缺电子多中心键的特点，加深对硼烷结构的了解。
实例
5
6
7 8 9 12 / / /
3. 观察下列多面体模型，与过渡金属簇合物的结构相对应，填写下表。 多面体 四面体 八面体 双帽四面体 加帽四方锥 三棱柱 二十面体 金属原子间 成键总数 b 实例 MnLm 与 Mn 有关的价 电子总数 g
实习五 点阵和晶胞
实习三 超分子配合物研究中几种常用化学软件介绍
姓名
1. Chemdraw 和 chem3D 2. Gauss03 和 GaussView 作业：利用 Chemdraw 画出下面配体（任选其一）的结构，导入 chem3D 得到三维结构并优 化，然后导入 GaussView 程序，利用 B3LYP 方法，6-31G*基组，计算单重态和三重 态单点能，打印出 gjf 文件。 （不需要提交任务）
1． 密堆积层 ． 取若干等径圆球，分别排列成密堆积层和四方平面层，比较它们的异同，填 写下表。 （设圆球半径为 R，球的配位数是指与一个圆球直接接触的圆球数目。 计算空隙中心到球面的最短距离，用半径 R 表示） 密堆积层 四方平面层 每个球的配位数 法线方向上的对称性 空隙中心到球面的最短距离 面积利用率 2． 等径圆球的最密堆积 ．