第二章物质的化学组成与聚集状态优秀PPT.ppt
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1、第二章物质的化学组成与聚集状态第一页,本课件共有53页中心原子(配位中心):中心原子(配位中心):配合物的形成体,核心。通常为金属离子,尤以过配合物的形成体,核心。通常为金属离子,尤以过渡金属离子居多。具有空的价电子轨道。渡金属离子居多。具有空的价电子轨道。配位体(配体):配位体(配体):能提供孤对电子的物质,也称为配合剂。可以是负离能提供孤对电子的物质,也称为配合剂。可以是负离子、中性分子,常见有子、中性分子,常见有F-,Cl-,Br-,I-,CN-,H2O,NH3,COF-,Cl-,Br-,I-,CN-,H2O,NH3,CO等。等。配位键:配位键:配位原子将孤对电子投入到中心原子空轨道上而
2、形成的结合力。表示配位原子将孤对电子投入到中心原子空轨道上而形成的结合力。表示为为L ML M。配位原子:配位原子:在配体中直接与中心离子形成配位键的原子。配位原子必须含有在配体中直接与中心离子形成配位键的原子。配位原子必须含有孤对电子。常见的配位原子有孤对电子。常见的配位原子有N,O,S,C,XN,O,S,C,X。配位数:配位数:直接同中心原子结合的配位原子的数目。单齿配体时,配位直接同中心原子结合的配位原子的数目。单齿配体时,配位数数=配体数。多齿配体时,则二者不等。例配体数。多齿配体时,则二者不等。例 Pt(en)2-2,Pt(en)2-2,配体数为配体数为2 2,配位数为,配位数为4
3、4。配离子的电荷:配离子的电荷:中心原子和配体总电荷的代数和。中心原子和配体总电荷的代数和。第二页,本课件共有53页配合物的命名原则:配合物的命名原则:先命名阴离子部分,后命名阳离子部分;如果是简单阴离子,命名先命名阴离子部分,后命名阳离子部分;如果是简单阴离子,命名为为“某化某某化某”,如果是复杂阴离子,则命名为,如果是复杂阴离子,则命名为“某酸某某酸某”;内界中,先命名配体,再命名配位中心,之间用内界中,先命名配体,再命名配位中心,之间用“合合”字连接;字连接;配位体的命名次序,先负离子后中性分子;配位体的命名次序,先负离子后中性分子;负离子命名是先简单离子,后复杂离子,最后是有机酸根离子
4、,负离子命名是先简单离子,后复杂离子,最后是有机酸根离子,氢氧根离子称羟基,亚硝酸根离子称硝基。中性分子的命名次序氢氧根离子称羟基,亚硝酸根离子称硝基。中性分子的命名次序 也是先简单、常见再复杂,先无机分子后有机分子;也是先简单、常见再复杂,先无机分子后有机分子;每种配体前用数字一、二、三等表示配体数目,并以中心点每种配体前用数字一、二、三等表示配体数目,并以中心点“”“”把不同配体分开。把不同配体分开。当中心离子有可变价时,在其后加括号,用罗马数字当中心离子有可变价时,在其后加括号,用罗马数字、表明中心离表明中心离子的价态。子的价态。举例:举例:第三页,本课件共有53页单齿配体单齿配体:只含
5、有一个配位原子的配体。:只含有一个配位原子的配体。例如例如ClCl、NHNH3 3、I I等等多齿配体多齿配体:复杂多元有机酸根、多元胺等常含有两个或两个以上的配位:复杂多元有机酸根、多元胺等常含有两个或两个以上的配位 原子,他们作为配体时称为多齿配体。原子,他们作为配体时称为多齿配体。例如乙二胺为双齿配体、例如乙二胺为双齿配体、EDTAEDTA(乙二胺四乙酸根)为六齿配体(乙二胺四乙酸根)为六齿配体 H H2 2NCHNCH2 2CHCH2 2NHNH2 2、(-OOCCH(-OOCCH2 2)2 2NCHNCH2 2CHCH2 2N(CHN(CH2 2COO-)COO-)2 2多齿配体和中
6、心原子形成环状结构的配合物,有点象螃蟹的双螯钳住东西起多齿配体和中心原子形成环状结构的配合物,有点象螃蟹的双螯钳住东西起螯合作用一样,这类配体也称为螯合剂,形成的配离子称为螯合离子,螯合作用一样,这类配体也称为螯合剂,形成的配离子称为螯合离子,配合物称为螯合物。配合物称为螯合物。鳌合物鳌合物:多齿配体与中心离子形成具有环状结构的配合物,稳定性较强:多齿配体与中心离子形成具有环状结构的配合物,稳定性较强第四页,本课件共有53页二、团簇二、团簇 定义:是指由几个至上千个原子或其结合态单元相互作用结合在一起而定义:是指由几个至上千个原子或其结合态单元相互作用结合在一起而 形成的相对稳定的化学单元。形
7、成的相对稳定的化学单元。特征:空间尺度在纳米级左右,是纳米材料的基础,其性能与所含原特征:空间尺度在纳米级左右,是纳米材料的基础,其性能与所含原 子、原子数目、空间位置及相互作用有关。子、原子数目、空间位置及相互作用有关。分类:分类:举例:举例:金刚石:硬度最大、熔点最高(3550)不导电石墨:有导电性和润滑性碳团簇:金属簇:Lin、Cun、Hgn非金属簇:Cn、Nn、Arn分子簇(H2O)n、(NaCl)n第五页,本课件共有53页 例,球碳C60,由60个碳原子以20个六边形和12个五边形相间组成的32面体的球形分子。碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管。第六页,本课件共有53页三、
8、非整比化合物组成物质的元素的原子数目间不成整数比,例如碳化物。组成物质的元素的原子数目间不成整数比,例如碳化物。碳化物是指碳与电负性比碳小的元素所形成的二元化合物。碳化物是指碳与电负性比碳小的元素所形成的二元化合物。碳化物有离子型、共价型、金属型三类。大多数活泼的主碳化物有离子型、共价型、金属型三类。大多数活泼的主族元素和族元素和C C形成的是离子型化合物,如形成的是离子型化合物,如Na2C2Na2C2、Li2C2Li2C2、CaC2CaC2、Al4C3Al4C3、Be2CBe2C。碳与电负性与其接近的元素。碳与电负性与其接近的元素化合,形成共价型碳化物。其中重要的有化合,形成共价型碳化物。其
9、中重要的有SiCSiC、B4CB4C等,等,都属原子晶体。都属原子晶体。第七页,本课件共有53页金属型碳化物是碳与金属型碳化物是碳与d d区金属元素如:钛、锆、钒、铬、钼、钨、区金属元素如:钛、锆、钒、铬、钼、钨、锰、铁等锰、铁等d d区金属作用而生成的,这类物质具有金属光泽,能导电区金属作用而生成的,这类物质具有金属光泽,能导电导热,熔点高,硬度大。金属型碳化物是许多合金钢的重要成分,导热,熔点高,硬度大。金属型碳化物是许多合金钢的重要成分,在工业上有重要的应用。金属型碳化物组成和结构比较复杂,不在工业上有重要的应用。金属型碳化物组成和结构比较复杂,不符合正常化合价规则,原子数目也不一定成整
10、数比。其原因是原符合正常化合价规则,原子数目也不一定成整数比。其原因是原子半径较小的碳原子(半径为子半径较小的碳原子(半径为0.077nm0.077nm)进入到金属晶格的空隙)进入到金属晶格的空隙中,形成一种中,形成一种“间隙化合物间隙化合物”,实际上是一种固溶体,是一种合,实际上是一种固溶体,是一种合金,所以金属型碳化物中碳与金属的量的比是可变的,化学组成金,所以金属型碳化物中碳与金属的量的比是可变的,化学组成不符合化合价规则。不符合化合价规则。d d区金属原子含有较多的价电子,形成金属键区金属原子含有较多的价电子,形成金属键后还有多余的价电子,有可能与进入晶格间隙的碳原子形成共价后还有多余
11、的价电子,有可能与进入晶格间隙的碳原子形成共价键,这就是这类碳化物的熔点和硬度特别高,甚至可能超过原金键,这就是这类碳化物的熔点和硬度特别高,甚至可能超过原金属的原因。属的原因。第八页,本课件共有53页四、金属有机化合物 金属原子和有机基团中碳原子键合而成,即含有M-C键的化合物,分为离子型、键型和键型。例如,Ni(CO)4,的热分解制备镍粉,三丁基铝热分解制备金属铝膜(化学气相沉积法)等,说明M-C键不稳定,易断裂。第九页,本课件共有53页五、高分子化合物高分子化合物是一类十分重要的化合物。高分子合成材料应用高分子化合物是一类十分重要的化合物。高分子合成材料应用广泛,几乎渗透到所有的技术领域
12、。高分子化合物是一类分广泛,几乎渗透到所有的技术领域。高分子化合物是一类分子量很大的化合物。它的分子中可含几千、几万、甚至几十子量很大的化合物。它的分子中可含几千、几万、甚至几十万个原子,其分子量可以大到几万、几十万、几百万不等,万个原子,其分子量可以大到几万、几十万、几百万不等,而一般低分子化合物的分子中只含几个到几十个原子,其分而一般低分子化合物的分子中只含几个到几十个原子,其分子量大多在子量大多在10001000以下。以下。我们把彼此能够互相连接起来而形成高分子化合物的低分子化合我们把彼此能够互相连接起来而形成高分子化合物的低分子化合物(如乙烯)称为物(如乙烯)称为单体单体;而将所得到的
13、高分子化合物(如聚;而将所得到的高分子化合物(如聚乙烯)称为乙烯)称为聚合物或高聚物聚合物或高聚物。第十页,本课件共有53页单体 高聚物高分子化合物是由许多相同的简单的结构单元通过共价键经多高分子化合物是由许多相同的简单的结构单元通过共价键经多次重复连结而成。这些重复的结构单元称为链节,链节的组成次重复连结而成。这些重复的结构单元称为链节,链节的组成与单体的组成相同或相似。如聚乙烯分子中的链节为与单体的组成相同或相似。如聚乙烯分子中的链节为CH2-CH2CH2-CH2,而合成聚乙烯的单体为乙烯即,而合成聚乙烯的单体为乙烯即CH2=CH2CH2=CH2。高聚物分子中所。高聚物分子中所含链节的数目
14、含链节的数目n n,称为聚合度,它是衡量高分子大小的一个指,称为聚合度,它是衡量高分子大小的一个指标。标。高分子化合物主链中均是C-C键,称为碳链高分子化合物;主链中有C-C键,还有C-O,C-N键,则称为杂链高分子化合物;主链中仅含有Si、P、O等元素而没有C原子的高分子化合物称为元素有机高分子化合物。第十一页,本课件共有53页 应当指出,低分子化合物的组成和分子量总是固定不变应当指出,低分子化合物的组成和分子量总是固定不变的。而同一种组分的高分子化合物内各个分子所含的链的。而同一种组分的高分子化合物内各个分子所含的链节数目不同,因此每个分子的分子量也不同,所以高分节数目不同,因此每个分子的
15、分子量也不同,所以高分子化合物实际上是由许多链结构相同而聚合度不同的化子化合物实际上是由许多链结构相同而聚合度不同的化合物组成的混合物。因此,高分子化合物的分子量一般合物组成的混合物。因此,高分子化合物的分子量一般指的是平均分子量,聚合度为平均聚合度。例如平均分指的是平均分子量,聚合度为平均聚合度。例如平均分子量为子量为8 8万的聚苯乙烯(万的聚苯乙烯(n=800n=800),其分子量可在几百),其分子量可在几百到(到(n10n10)到)到2626万(万(n=2600n=2600)之间变动。平均分子量)之间变动。平均分子量的大小和各种分子量的分布情况,对于高分子化合物的的大小和各种分子量的分布
16、情况,对于高分子化合物的性质有很大的关系。性质有很大的关系。第十二页,本课件共有53页2.2固体一、晶体(长程、短程都有序)晶体结构的特征:具有整齐的、有规则的几何外形和固定的熔点。这些特征都是晶体内部结构的反映,是组成晶体的粒子(离子、原子或分子)有规律的排列在空间的一定点上所构成的,它们相互间的距离固定不变,并按特定的几何规律以周期性重复的方式排列着。第十三页,本课件共有53页将晶体中的粒子想象成几何中的点,这些点在空间排列的总和称为晶格(或点阵),在晶格上排有粒子的那些点,称为晶格结点。晶格为一切晶体所特有,表示了晶体周期性结构的规律。对于不同种类的晶体,其粒子在空间排列的规律性可能不同
17、,但对同种类晶体来说,则总是相同的。第十四页,本课件共有53页晶格或点阵晶格或点阵若把原子或原子结合态单元看成几何学上的结点,这些结点按一定若把原子或原子结合态单元看成几何学上的结点,这些结点按一定规则排列所组成的几何图形。规则排列所组成的几何图形。晶胞晶胞晶体三维点阵中存在一个能够完全代表晶格特征的、能反映晶格对晶体三维点阵中存在一个能够完全代表晶格特征的、能反映晶格对称性的周期单元,称作晶胞。称性的周期单元,称作晶胞。通常是一个平行六面体通常是一个平行六面体,是由一定的分子、离子或原子按一定规则排列构是由一定的分子、离子或原子按一定规则排列构成的,具有一定的几何形状。成的,具有一定的几何形
18、状。单晶体单晶体如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体,叫单晶体。如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体,叫单晶体。第十五页,本课件共有53页1、离子晶体离离子子晶晶体体:正正负负离离子子间间通通过过静静电电引引力力(离离子子键键)结结合合在在一一起起的的一一类类晶晶体体。离离子子晶晶体体的的晶晶格格结结点点上上交交替替排排列列着着正正负负离离子,结点之间通过离子键相互结合。子,结点之间通过离子键相互结合。结构特征:结构特征:(1 1 1 1)、离子晶体中不存在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。(2 2)、由由于于离离子子键键无无方
19、方向向性性、饱饱和和性性,一一个个离离子子周周围围总总是是尽尽可可能能多多地地吸吸引引异异号号电电荷荷的的离离子子,正正负负离离子子间间堆堆积积越越密密集集越越好好。晶晶体体结结构构主主要要取取决决于于离离子子间间的的最最大大允允许许的的配位数和电中性的要求。配位数和电中性的要求。(3 3 3 3)、离离离离子子子子键键键键强强强强度度度度较较较较大大大大,离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体多多多多数数数数有有有有较较较较高高高高的的的的熔熔熔熔、沸沸沸沸点点点点和和和和较较较较大大大大的的的的硬硬硬硬度度度度。固固固固态态态态时时时时离离离离子子子子只只只只能能能能在在在在晶晶晶晶格格格格结结
20、结结点点点点附附附附近近近近作作作作有有有有规规规规则则则则的的的的振振振振动动动动,不不不不能能能能自自自自由由由由移移移移动动动动,因因因因而而而而不不不不能能能能导导导导电电电电(固固固固体体体体电电电电解解解解质质质质例例例例外)。熔化或溶解后,离子能自由移动,有较大的导电性。外)。熔化或溶解后,离子能自由移动,有较大的导电性。外)。熔化或溶解后,离子能自由移动,有较大的导电性。外)。熔化或溶解后,离子能自由移动,有较大的导电性。第十六页,本课件共有53页第十七页,本课件共有53页(4)、离离子子键键的的强强度度可可用用晶晶格格能能(EL)的的大大小小来来衡衡量量,晶晶格格能能是是指指
21、在在298.15k和和100kPa的的压压力力下下由由气气态态正正离离子子和和气气态态负负离离子子生生成成1mol离离子子晶晶体体时时所所释释放放出出来来的的能能量量。晶晶格格能能越越大大,离离子子键键越越强强,结结合力越大,晶体越稳定。合力越大,晶体越稳定。EL L=k Z+Z-/r+r+r-f=k(Q f=k(Q+|Q-|)/(r+r-)2 (平方)晶晶格格能能大大的的离离子子晶晶体体表表现现出出高高的的熔熔点点,而而晶晶格格能能小小的的离子晶体表现出低的熔点。例:离子晶体表现出低的熔点。例:NaF NaCl NaBr NaI熔点(熔点()993 801 747 661第十八页,本课件共有
22、53页 2、分子晶体、分子晶体构构构构成:成:成:成:结结结结点点点点上排列着极性分子或非极性分子,上排列着极性分子或非极性分子,分子间由范德华力或氢键结分子间由范德华力或氢键结合合合合结构特征;(1)、存在单个的共价键小分子。分子内的原子间存在着共价键,分子之间为分子间力。(2 2)、由于分子间力和氢键都较弱,只需较少的能量)、由于分子间力和氢键都较弱,只需较少的能量就能破坏其晶体结构,因而分子晶体熔点低,硬度小。就能破坏其晶体结构,因而分子晶体熔点低,硬度小。(3)、不导电。第十九页,本课件共有53页(4 4)、分分子子晶晶体体是是依依靠靠分分子子间间作作用用力力结结合合起起来来的的,分分
23、子子间间作作用用力力的的大大小小决决定定该该晶晶体体的的熔熔点点和和硬硬度度。分分子子间间作作用用力力中中氢氢键键的的作作用用强强度度最最大大,其其次次为为色色散散力力。有有氢氢键键存存在在的的分分子子晶晶体熔点较高,硬度较大。例:水。体熔点较高,硬度较大。例:水。对对于于没没有有氢氢键键的的分分子子晶晶体体,色色散散力力与与分分子子量量呈正比,分子量大者熔点较高。呈正比,分子量大者熔点较高。例:例:SiF SiF4 4 SiCl SiCl4 4 SiBr SiBr4 4 SiI SiI SiI SiI4 4 熔点(熔点()-92.2 -70 5.4 120.5 -92.2 -70 5.4 1
24、20.5第二十页,本课件共有53页3、原子晶体、原子晶体 构构构构成:结点上排列着中性原子,原子间由共价键结成:结点上排列着中性原子,原子间由共价键结成:结点上排列着中性原子,原子间由共价键结成:结点上排列着中性原子,原子间由共价键结合合合合 性质:性质:性质:性质:原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子,整个晶体是个大分子。原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子,整个晶体是个大分子。原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子,整个晶体是个大分子。原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子,整个晶体是个大分子。由于共价键较牢固,键能很大,原子晶体由于共价键较牢固,键能很大,原子晶体由于共价键较牢固,键
25、能很大,原子晶体由于共价键较牢固,键能很大,原子晶体有很高的熔点和硬度,具有很高的熔点和硬度,具有很高的熔点和硬度,具有很高的熔点和硬度,具有原子晶体的物质在工业常被用作磨料、耐火材料等;有原子晶体的物质在工业常被用作磨料、耐火材料等;有原子晶体的物质在工业常被用作磨料、耐火材料等;有原子晶体的物质在工业常被用作磨料、耐火材料等;原子晶体不含离子,在固态和熔化时都不导电;原子晶体不含离子,在固态和熔化时都不导电;原子晶体不含离子,在固态和熔化时都不导电;原子晶体不含离子,在固态和熔化时都不导电;不溶于常见溶剂。不溶于常见溶剂。不溶于常见溶剂。不溶于常见溶剂。性质与共价键大小的关系:性质与共价键
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