物质结构理论.doc
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Tsinghua University Zhangning1物质结构理论 元素化合物清清华华大学大学 张张宁宁 2000．．9本文稿版权有清华大学张宁所有，严禁涂改，照搬，违者必究第一节 物质的形成 晶体的类型【 【离子晶体离子晶体】 】离子晶体是由阴阳离子相互作用而组成的化合物大多数活泼金属的盐类、可溶性 强碱都是离子晶体离子晶体熔化需要克服离子键决定离子键强弱的是组成离子键离 子的离子半径、所带的电荷数离子半径越小、所带的电荷越多，离子键越强，离子晶 体的熔沸点越高例如 MgO、Al2O3 都是高温防火材料 【 【金属晶体金属晶体】 】 金属晶体由金属离子和自由电子组成决定金属熔沸点的是金属键的强弱原子半 径越小，原子核所带电荷越大，金属键越强，熔沸点越高例如：在碱金属族（Li、 Na、 K、 Rb、 Cs） ，熔沸点随原子序数的增大而减小 【 【分子晶体分子晶体】 】 多数的非金属，非金属氧化物，不活泼金属的氧化物，难溶性弱碱，大多数的含氧 酸，一些盐类、绝大多数有机物都是分子晶体分子晶体中，分子之间以范德华力相结 合分子晶体发生物态变化不破坏化学键，只克服范德华力。
熔沸点取决于范德华力的 大小结构相似，范德华力随分子量的增大而增大例如： F2 、Cl2、Br2 、I2熔沸点 增大；有机物的同系物（例如烷烃，醇，酸等）随碳原子个数的增加，熔沸点升高 分子极性分子极性是指分子内的正负电荷空间分布是否均匀例如：CH4、CCl4 是非极性分 子；NH3、H2O 就是极性分子 大多数的有机物分子的极性很弱 分子极性分子极性与分子化学键的极性有关有些分子内虽然有极性共价键，但因为结构对 称，属于非极性分子同样，非极性键组成的分子也不一定是非极性分子，例如：臭氧 分子 O3因为分子呈折线形，就是极性分子常见分子的空间构型如下表： 分子种分子种类类与代表物与代表物质质键键的极性的极性分子形状分子形状分子的极性分子的极性 Cl2、N2Cl—Cl；N≡N 非极性键直线型非极性分子双原子 分子HF、HClH—F；H—Cl 极性键直线型极性分子 CO2 CS2极性键直线型、对称 键角 180O非极性分子H2O极性键折线型，键角 104 O 30’极性分子CH4、CCl4极性键正四面体型，键 角 109 O 28’非极性分子NH3极性键三角锥型，键 角 107 O 18’极性分子H2S极性键折线型，键角 90O极性分子多 原 子 分 子P4非极性键正四面体型，键 角 60 O非极性分子根据分子极性，有相似相溶原理相似相溶原理。
即极性分子易溶在极性溶剂中，非极性分子易 溶在非极性溶剂中例如：HCl、NH3极易溶于水；Cl2、 Br2、 I2在水中的溶解度不Tsinghua University Zhangning2大，但在 CCl4、汽油、苯等有机溶剂中，溶解度较大 【 【原子晶体原子晶体】 】 SiO2、 Si、 SiC（金刚砂） 、金刚石等是原子晶体，都具有高熔点、高沸点，硬度 大的特点 1、 决定原子晶体溶沸点的是组成元素原子半径的大小，原子半径越小，共价键越牢固，熔沸点越高所以熔沸点的关系是 C > SiO2 > SiC > Si 2、 石墨不是典型的原子晶体它是层状结构，每一层内，碳原子排成正六 边形（键长 0.142nm，比金刚石的键长更短，因此熔沸点更高） ，层与层之间以范德 华力相结合，层与层之间可滑动石墨的晶体结构示意图 石墨的晶体结构俯视图如上图一个元素原子参与成 3 个六边形，即 3 个六边形共用一个碳原子，平均 每个环有 2 个碳原子这个图中属于这七个六边形的碳原子共有 14 个金刚石的晶体结构示意图如上图，金刚石晶体呈立体空间网状结构，其结构单元呈正四面体。
在金刚石结 构中，碳原子组成的最小环是六元环，每个碳原子为 12 个六元环所共有SiO2晶体 与金刚石类似，只是在碳碳之间加入了一个氧原子（Si—O 键呈直线） ，其最小重复 单位为 12 元环，每个 Si 原子为 12 个环共有，每个 12 元环平均占有一个氧原子 【 【稀有气体稀有气体】 】 1、稀有气体的原子半径比同周期的其他元素原子半径大 2、稀有气体是单原子分子 3、稀有气体都是分子晶体其中 He 因分子量小，而且是单原子分子，其熔点（—272.2○C）接近于绝对零度 4、原子序数大的稀有气体化学性质相对其他稀有气体活泼一些例如 Xe 可以与 F2 形成一系列的化合物 XeF2、XeF4 、XeF6 【 【元素周期表、元素周期律元素周期表、元素周期律】 】俄国化学家门捷列夫创立了元素周期表在现行的长式周期表中，左侧是金属 元素，中间是过渡元素，右侧是非金属元素从元素周期表中，可以明显地看到： 金属元素多于非金属元素同主族元素的化学性质相似，随原子序数增大，原子半 径增大，非金属性减弱，金属性增强同周期元素随原子序数增大，原子半径减小，Tsinghua University Zhangning3非金属性增强，金属性减弱。
稀有气体的原子半径比同周期的其他元素原子半径大元素周期表的前三周期为短周期，第四周期至第六周期为长周期，第七周期为 不完全周期第一周期有 2 种元素，第二、三周期各有 8 种元素，第四、五周期各 有 18 种元素，第六周期有 32 种元素0 族稀有气体元素依次为2He 、 10Ne 、 18Ar 、 36Kr 、 54Xe 、 86Rn 。
