物质结构与性质专题微粒间作用力与物质性质.ppt
物质结构与性质 专题3微粒间作用力与物质性质,第二单元离子键离子晶体 上课课件,化学选修3,1 、形成过程 以 NaCl 为例 。 第一步 电子转移形成离子： Na e Na+ ， Cl + e Cl ,第二步 靠静电作用， 形成化学键 。,相应的电子构型变化： 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。,离 子 键,回顾:化学2 使带相反电荷的阴、阳离子结合的 相互作用，称为离子键。,一 、离子键的形成,2Na + Cl2 = 2NaCl,2 、离子键的形成条件 1°元素的电负性差比较大 X 1.7，发生电子转移，形成离子键； X 1.7，不发生电子转移，形成共价键。,注意： 但离子键和共价键之间，并非可以截然区分的。可将离子键视为极性共价键的一个极端，而另一极端则为非极性共价键。,化合物中不存在百分之百的离子键，即使是 NaF 的化学键，其中也有共价键的成分。即除离子间靠静电相互吸引外，尚有共用电子对的作用。 X 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。,2° 易形成稳定离子 Na + 2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，达到稀有气体式稳定结构。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 轨道全充满的稳定结构。 只转移少数的电子，就达到稳定结构。,而 C 和 Si 原子的电子结构为 s 2 p 2 ，要失去或得到 4 e，才能形成稳定离子，比较困难。所以一般不形成离子键。如,3°形成离子键时释放能量多 Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 410.9 kJ·mol1 在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。,CCl 4 、SiF4 等，均为共价化合物 。,离子键的特征,离子键无方向性和饱和性,通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称的。阴、阳离子的电荷分布也是球形对称的，它们在空间各个方向上的静电作用相同，所以在各个方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用，且在静电作用能达到的范围内，只要空间允许，一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。（思考P35的交流与讨论）,特征：无方向性，无饱和性,氯化钠晶体的结构,用电子式表示离子化合物及其形成过程,Na×,+,Na+,× ×,回顾:,注意点：,阳离子的表示 Na+ Mg2+,1.离子的电子式,阴离子的表示,化合物的电子式,如NaCl的电子式,Na+,如MgO电子式,Mg2+,二、离子晶体,1、离子晶体：由阴、阳离子构成的晶体。 2、离子晶体中离子之间的作用力是离子键。 3、离子键的强度： 晶格能 ：是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。 用 U 表示，单位是kj/mol. 晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。晶体的熔沸点就比较高，硬度就比较大。,讨论并完成P36的交流与讨论,4、影响离子键强度的因素 离子电荷数的影响，电荷高，离子键强 。 离子半径的影响，半径小，离子键强。,5、离子晶体的特点： 无确定的相对分子质量 NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的 NaCl 分子存在。NaCl 是化学式，因而 58.5 可以认为是式量，不是相对分子质量 。 导电性 ：水溶液或熔融态导电，是通过离子的定向迁移完成的，而不是通过电子流动导电 。 熔点沸点较高 硬度高 延展性差,三、离子晶体结构模型,1、 NaCl型离子晶体的结构（KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等均属于此类晶体。） 晶体结构特点：在氯化钠晶体中，Na+ 或Cl-周围各排列着6个带相反电荷的离子，即每个Na+ 周围有6个Cl-，每个Cl-周围有6个Na+。每个NaCl晶胞中含有4个Na+和4个Cl-。,配位数 最近层的异号离子有 6 个，则配位数为 6 。,晶胞类型 观察同一种点，如观察空心圆点 Cl，正六面体的 8 个顶点和各面的中心，均有一个。所以为面心立方晶胞。,NaCl的晶体结构模型,1、每个Na+同时吸引 个Cl-，每个Cl-同时吸引 个Na+，而Na+数目与Cl-数目之比为 ，化学式为 。,2、根据氯化钠的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有 个Na+，有 个Cl-。,3、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Na+有 个。,6,6,1：1,NaCl,4,4,12,4、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Cl-所围成的空间结构为 体。,正八面,氯化钠晶体结构 氯化钠晶胞 提问,2、CsCl型离子晶体的结构（CsBr、CsI、NH4Cl等均属于此类晶体。） 晶体结构特点：在氯化铯晶体中，Cs+ 或Cl-周围各排列着8个带相反电荷的离子，即每个Cs+ 周围有8个Cl-，每个Cl-周围有8个Cs+。每个CsCl晶胞中含有1个Cs+和1个Cl-。,观察空心圆点，只存在于立方体顶点的 8 个位置上，无其它位置。,组成和对称性均有代表性 。,配位数为 8 。,CsCl型,CsCl的晶体结构示意图,1、每个Cs+同时吸引 个 Cl-，每个Cl-同时吸引 个Cs+，而Cs+数目与Cl-数目之比为 ，化学式为 。,2、根据氯化铯的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有 Cs+，有 个Cl- 。,3、在每个Cs+周围与它最近的且距离相等的Cs+有 个。,8,8,1：1,CsCl,1,1,6,氯化铯晶体结构 氯化铯晶胞 提问,？问题：NaCl 、CsCl都是AB型离子化合物，两者的配位数却不同，你认为造成这一差异的可能原因是什么？,P37 拓展视野,离子晶体中离子的配位数：与它们的相对大小有关，与其所带的电荷数的多少无关。 在离子晶体中，阴、阳离子总是尽可能紧密地排列，且一种离子周围紧邻的带相反电荷的离子越多，体系能量越低，所形成的离子晶体越稳定。 离子中离子的配位数与r +/ r 有关。,r + / r 与配位数,结论 时 ，配位数为 6 。,从八配位的介稳状态出发，探讨半径比与配位数之间的关系。,当 r + 继续增加，达到并超过 时，即阳离子周围可容纳更多阴离子时，为 8 配位。,可以求得,结论 为 0.414 0.732，6 配位 NaCl 式晶体结构。,总之，配位数与 r +/ r 之比相关： 0.225 0.414 4 配位 ZnS 式晶体结构 0.414 0.732 6 配位 NaCl 式晶体结构 0.732 1.000 8 配位 CsCl 式晶体结构,注意 讨论中将离子视为刚性球体，这与实际情况有出入。但这些计算结果仍不失为一组重要的参考数据。因而，我们可以用离子间的半径比值作为判断配位数的参考。,若 r + 再增大，可达到 12 配位；r + 再减小，则形成 3 配位。,若 r + 变小，当 ， 则出现 a ) 种情况，如右图。阴离子相切，阴离子阳离子相离的不稳定状态。配位数将变成 4 。,阴、阳离子半径必欲配位数的关系,石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题： （1）图中平均每个正六边形占有C原子数为_个、占有的碳碳键数为_个。 碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_.,练习一：,2:3,2,3,在氯化铯晶体中，每个Cl-(或Cs+)周围与之最接近且距离相等的Cs+(或Cl-)共有 ；这几个Cs+(或Cl-)在空间构成的几何构型为 ；在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有 ；这几个Cs+(或Cl-)在空间构成的几何构型为 ；,CsCl晶体,8个,立方体,6 个,正八面体,练习2,1987年2月，朱经武（Paul Chu）教授等发现钇钡铜氧化合物在90K温度下即具有超导性，若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是（ ） A. YBa2CuO7-X B. YBa2Cu2O7-X C. YBa2Cu3O7-X D. YBa2Cu4O7-X,Cu 8×(1/8) + 8×(1/4) = 3,Ba 2,Y 1,C,练习3,白磷的键角为多少？Wg白磷中磷磷单键的数目为多少？,60°,(W/124) ×6 ×NA,练习4,晶体中Na+和Cl-间最小距离为a cm， 计算NaCl晶体的密度,练习5,晶体熔沸点高低的判断,不同晶体类型的熔沸点比较,一般：原子晶体离子晶体分子晶体（有例外）,同种晶体类型物质的熔沸点比较,离子晶体：,阴、阳离子电荷数越大，半径越小,熔沸点越高,原子晶体：,原子半径越小键长越短键能越大,熔沸点越高,分子晶体：,相对分子质量越大，分子的极性越大,熔沸点越高,组成和结构相似的分子晶体,金属晶体：,金属阳离子电荷数越高，半径越小,熔沸点越高,
