高中化学竞赛资料(笔记)(8)

2019-09-01 21:55

中心原子A 配位原子X 6 0 5 3 7 1 - 1 若所讨论的是离子或带电荷的基团,则应减去(或加上)正(或负)离子的电荷数。

II)确定中心原子A的价电子层中的电子对数=总价电子数的一半,包括孤对电子数和多出的单电子数(单电子数算一对电子)。

III)根据中心原子周围的价电子对数,查表找出理想的几何结构图形。

IV)将配位原子排布在中心原子周围,每一对电子联结1个配位原子,剩下的未结合的电子对即为孤对电子。

V)根据孤对电子,成键电子对之间相互斥力的大小,确定排斥力最小的稳定结构,并估计这种结构与理想几何构型的偏离程度。

AMm型分子中A原子价层电子对的排列方式与分子的空间构型 A原子的电子对数 2 成键电孤对子对数 电子对数 2 0 直线型 3 0 平面三角形 平面三角形 3 2 1 三角形 V形 4 0 四面体 四面体 3 1 四面体 三角锥 2 2 四面体 V形 0 三角双锥 三角双锥 三角双锥 不规则四面体 直线型 中心原子A的价层电子对排布方式 分子的形状 例 4 5 5 3 1 3 2 三角双锥 T形 三角双锥 直线 2 3 6 0 八面体 八面体 八面体 四方角锥 八面体 平面四方

c)价层电子对互斥理论的应用―― l 确定分子的空间构型 l 比较键角大小 a.根据斥力:

孤对>成键>单电子 叁键>双键>单键

b.根据AXm中A和X电负性的不同

A相同,X不同,则X电负性越大,成键电子对越远离A,键角越小; X相同,A不同,则A电负性越大,成键电子对越靠近A,键角越大。 l 判断中心原子的杂化类型 2.4.4 分子间力 1.分子的极性

在任何一个分子中都可以找到一个正电荷中心和一个负电荷中心,如果正电荷中心与负电荷中心不重合,则为极性分子。若分子的正负电荷的重心重合,则为非极性分子。

一般用分子的偶极矩来衡量分子的极性大小,分子的偶极矩定义为分子的偶极长d和偶极上一端电荷的点积。即:

。偶极矩的单位为德拜(Debye,简写为D)。

双原子分子:分子的极性取决于键的极性;如非极性分子H2、Cl2;极性分子HCl、CO。

多原子分子:分子的极性取决于键的极性和分子空间构型。如非极性分子CO2、BF3;非极性分子NH3、H2O。 2.分子间力(范德华力)的类型 (1)瞬间偶极和色散力

当两个非极性分子相互靠近时,由于电子的运动和原子核的振动会使分子中的电荷产生瞬间的相对位移,使正电荷中心和负电荷中心发生偏离,从而产生瞬间偶极,分子发生变形。分子越大越复杂,这种变形就越显著。这种瞬间偶极

6 5 1 4 2 也会诱导相邻的分子产生瞬间偶极,两个分子可以靠这种瞬间偶极相互吸引在一起,且两个瞬间偶极的异极相对。这种由于“瞬间偶极”而产生的相互作用力称为色散力。在非极性分子与极性分子之间、极性分子与极性分子之间,也存在着色散力。

(2)诱导偶极和诱导力

当极性分子与非极性分子相互靠近时,非极性分子受到极性分子偶极(称为固有偶极或永久偶极)的作用,本来重合的正负电荷中心会发生偏离而产生诱导偶极。这种诱导偶极与永久偶极间的相互作用力称为诱导力。 (3)固有偶极和诱导取向力

具有固有偶极的极性分子相互接近时,具有静电性质的偶极同性相斥、异性相吸,使分子发生转动,产生异极相邻的状态,这种由于固有偶极的取向而产生的分子间作用力称为取向力。

(a)色散力的产生 (b)诱导力的产生 (c)取向力的产生 分子间互相作用示意图

3.分子间力的性质与化学键的关系 分子间力永远存在于分子或原子间。

分子间力一般没有方向性和饱和性,且其作用范围较小。 分子间力的大小比化学键的键能约小一至二个数量级。

化学键的性质和键能主要决定物质的化学性质,而分子间力主要对物质的物理性能如熔点、沸点、溶解度等有较大的影响。在同类型的化合物中,分子间力随分子量的增大而增大,物质的熔点、沸点相应升高。 2.4.5 氢键

1.氢键形成的条件

(1) 分子中必须有H原子,且与电负性很大的元素X(如F、O、N等)形成共价键; (2) 分子中有电负性很大、半径较小、且带有孤对电子的原子。 2.氢键的类型

分子间氢键:同种分子间氢键,如冰(H2O)n、(HF)n;不同种分子间氢键,如H2O 与NH3、H2O 与C2H5OH。 分子内氢键:如邻硝基苯酚。

分子间氢键

3.氢键的特点

本质属静电引力,但是具有方向性和饱和性。

氢键的键能一般在15~35kJ·mol-1左右,比分子间力稍大,但比化学键要弱的多。 4.氢键对化合物性质的影响

因为分子间形成氢键,H2O、HF和NH3的熔点和沸点与同族氢化物相比反常地升高。氢键的形成对物质的溶解度、黏度、硬度和酸碱性均有影响

分子内氢键

氢化物的沸点 5.氢键的实例:

蛋白质分子之所以具有α螺旋结构,DNA具有双螺旋结构,也是因为碱基配对时能够形成氢键。 2.5 晶体的结构

固态物质又可以分为晶体和无定形体。

晶体是由在空间排列得很有规律的微粒(原子、离子、分子等)组成的,具有固定的外形,固定的熔点,表现出各向异性,而无定形体没有这种性质。

组成晶体的微粒(看作点)按照一定的方式作周期性的规则排列,组成的几何图形叫做晶格,晶体中的最小重复单位叫晶胞。

2.5.1离子晶体

1.离子晶体的结构特征 晶格结点:正、负离子。 晶格结点间作用力:离子键。

AB型离子晶体的结构:主要有CsCl型、NaCl型和ZnS型。

AB型离子化合物的三种晶胞示意图

2. 离子晶体的晶型与正负离子半径比的关系 表

AB型离子晶体的离子半径、配位数与晶体构型 半径比r/r 0.225-0.414 0.414-0.732 0.732-1

+-晶体构型 ZnS型 NaCl型 CsCl型 配位数 4 6 8 实例 ZnS、ZnO、BeO、BeS、CuCl、CuBr等 NaCl、KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO等 CsCl、CsBr、NH4Cl、TlCN

正负离子半径比与配位数的关系 3.离子晶体的性质:

一般都具有较高的熔点、沸点和硬度,但比较脆,延展性较差。 2.5.2金属晶体 1.金属键

在金属晶体中的晶格点上排列的是金属离子,其相互作用力为金属键。

2.金属的性质

具有金属光泽,具有导电导热性能和延展性。 3.金属键理论

改性共价键理论又称为自由电子理论认为,在固态或液态的金属中,价电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子,这样一来就好象价电子为许多原子或离子(指每个原子释放出自己的电子便成为离子)所共有。这些电子起到了把许多原子(或离子)粘合在一起的作用,形成了所谓的金属键。这种金属键可以认为是改性的共价键,这种键是由多个原子共有一些流动的自由电子所组成的。 2.5.3原子晶体

1.原子(共价)晶体的结构特征 晶格结点:原子。

晶格结点间作用力:共价键。 2.原子(共价)晶体的性质

硬度高、熔点高,在固态和熔融态都不易导电,一般是电的绝

缘体,也不溶于常见溶剂,如金刚石,SiC。 金刚石的晶体结构

2.5.4分子晶体

1.分子晶体的结构特征 晶格结点:分子。

晶格结点间作用力:分子间力,也有的存在氢键。

2.分子晶体的性质

一般具有较低的熔点、沸点和较小的硬度,不导电。

固态CO2的晶体结构

各类晶体的结构和特性

晶体类型 结构质点 质点间作用力 原子晶体 原子 离子晶体 正离子、负离子 分子晶体 分子 共价键 离子键 晶体特征 硬度大、熔点很高,导电性差,多数溶剂中不溶 硬而脆,熔沸点高,熔融态及其水溶液能导电,大多溶于极性溶剂中 实例 金刚石,SiC,BN NaCl,KCl,CaF2,BaO NH3,CO2,O2 Na,Al,Ag,Au,W 分子间硬度小,熔沸点低 力、氢键 硬度不一,有金属光泽、有良好的可塑性,不溶于多数溶剂,熔沸点高低不同,有良好的导电性 金属晶体 中性原子金属键 和正离子

2.5.5混合型晶体

碳有三种同素异形体:金刚石,原子晶体;石墨,混合型晶体结构;富勒烯,分子晶体。 石墨的混晶结构:

每个C原子采取sp2杂化,与相邻的三个碳原子以三个σ键相连接,形成平面六边形片层结构; C原子未参与杂化的p轨道单电子在同一平面上形成一个覆盖整个平面的离域大π键; 片层之间为分子间力。在结构上横向与纵向的距离有一定的差别。 石墨的性质:导电、光泽、层状可滑动。


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