1、關于固體中的化學鍵1第一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月2第一節 離子鍵離子鍵的特點無飽和性、無定向性 離子化合物的特性配位數高、堆積致密 本質上可以歸結于靜電引力第二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月3 離子晶體由正、負離子以離子鍵結合起來的。 構成這類晶體的基本質點是正、負離子，它們之間以靜電作用力相結合。正負離子相間排列，結果使異性離子之間的吸引力達到最大，同性離子之間的推斥力達到最小。一、離子晶體的特征第三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月4 典型的金屬元素與非金屬元素的化合物是離子晶體，一些三元或多元化合物，如尖晶石類和鈣鈦礦類化合物也都是離子晶

2、體。 離子晶體是為數極多的正、負離子的集合體，晶體中并不存在單個的分子，化學式只是反應晶體中的化學組成。第四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月5 離子晶體中的各個離子可以近似地看作是帶電的圓球，電荷在球上的分布是均勻對稱的，異性離子可以從任何方向相互靠近和結合。因此，決定離子晶體結構的因素就是正、負離子電荷多少，半徑大小以及離子間的最密堆積原則。第五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月6 在離子晶體中，離子之間的配位數較大，晶體中沒有可以自由運動的電子，而離子又被緊緊地束縛在晶格上。因此，離子晶體在低溫下不導電，不傳熱，但它的熔體卻可以產生離子導電。例如，某些離子晶體在高

3、溫下可產生離子導電現象。第六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月7 另外，可見光的能量不足以使離子的外層電子激發，因此，純的離子晶體對紫外可見光是無色透明的。第七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月8由于離子鍵的鍵能較大，正負離子之間的結合比較牢固，離子鍵能約為200kcal/mol，因而，離子晶體熔點比較高、硬度比較大。第八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月9但是，當離子晶體受到機械力的作用時，離子之間的位置一旦發生滑動，位移1/2晶胞的長度時，原來的異性離子相間排列就變成同性離子的相鄰排列，吸引力就變成推斥力。因此離子晶體比較脆。第九張，PPT共一百二十二頁

4、，創作于2022年6月10它是由鈉離子和氯離子構成的面心立方格子相互滲入交錯而形成的，每個離子周圍均有六個最鄰近的異性離子（配位數為6）。即每個離子被一個八面體所圍繞，在八面體的六個角頂存在著異性離子的重心。二、典型的離子晶體（1） 氯化鈉晶體第十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月11 所有的堿金屬鹵化物（除CsCl，CsBr和CsI外）、堿土金屬氧化物及硫族化合物、鹵化銀（AgBr除外），均具有氯化鈉型的結構。第十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月12 在CsCl中，每一個離子被8個相反電荷的離子以對稱形式包圍；它們之中，一種類型的8個離子（ Cl- ）以其重心配列

5、于一個立方體的八個角頂，而另一種類型的離子（ Cs+ ）則居于立方體的中心。( 2 ) sCl晶體第十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月13 具有氯化銫結構的化合物有銫的鹵化物（除CsF），TlCl 以及一些絡合物等。第十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月14陰離子的配位數為4，陽離子的配位數為8。鈣離子占據面心立方格子各格點的位置，格子中有8個氟離子，每個氟離子被最鄰近的4個鈣離子以四面體方式配位著。（3）螢石結構第十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月15 許多金屬（如Cd，Hg，Pb，Sr，Ba）的氟化物、鑭系和錒系元素的二氧化物、ZrO2等具有這

6、種螢石結構。 在CaF2結構中，如果陽離子和陰離子互易其位，則形成一種反螢石結構，如Li2O、Na2O等第十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月16（4） 金紅石結構 陽離子占據體心立方格子的各點，同時被六個陰離子配位著。過渡金屬元素及重金屬的二氧化物，如GeO2、SnO2、MnO2、RuO2、OsO2、PbO2等，以及Mg、Ni、Co、Fe、Zn的二氟化物具有金紅石結構。陽離子Ti4+填充在由O2-陰離子構成的八面體空隙中的半數。 第十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月17鋅離子被硫離子以四面體的四個頂角的方式包圍著。可以把這種結構看作是硫離子按ABCABC排列的立

7、方密堆積中，硫離子所構成的四面體中間的空隙里，有一半填充鋅離子。故每個離子的配位數是4。（5） 閃鋅礦結構第十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月18 屬于閃鋅礦結構的有CuX、MS和MSe （其中，M=Be，Mn，Zn，Cd，Hg），還有MSe（M=Be，Zn，Cd，Hg)、MP、MAs、及MSb (M=Al，Ga，In)、SiC等。第十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月19五、密堆積原理 最緊密堆積：每單位體積中容納原子或離子的數目最多。 如果把原子或離子看作是硬的圓球，則它們在空間排列的方式是服從密堆積原理的。 即離子或原子之間的作用力會盡可能地使它們占有最小的

8、空間，從而說明，空間利用率最高的結構可能是最穩定的結構。 第十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月20 原子的空間利用率常用原子堆積系數來衡量，原子堆積系數定義如下：第二十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月21假設不帶電的原子是一個等徑的圓球，它們在二維平面上的最緊密排列如圖所示：每個原子周圍圍繞著6個原子第二十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月22 如在第一層上再緊密地排列原子時，則每個原子就會進入第一層的每三個原子所形成的“坑”里，或在B處，或在C處，如圖所示：第二層排列第二十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月23 當排到第三層時，就有兩

9、種可能的方式。一種是六方密堆積方式hcp ( hexagonal close-packed ），即讓第三層的原子一一地和第一層原子上下重合，形成ABABAB這種交疊的堆積，如圖所示。配位數：12第二十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月24如果通過A層的原子從上到下作六根垂直線，就構成六方棱柱。所以這種堆積稱作六方最密堆積。第二十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月25a 、c：晶格單位長度R ：原子半徑單位晶胞原子數 n =6則，原子堆積系數第二十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月26除了六方密堆積外，還有一種立方最密堆積。 在這種方式中，第三層的原子不

10、是和第一層的A原子對應，而是和由第二層B所形成的“坑”處相對應，形成ABC，ABC，ABC這樣的交替堆積。這種立方最密堆積又分為兩種：1、體心立方最密堆積2、面心立方最密堆積第二十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月27 1、體心立方最密堆積 body-centered cubic structure配位數：8第二十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月28a ：晶格單位長度R ：原子半徑單位晶胞原子數 n =2第二十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月29 2、面心立方最密堆積結構 face-centered cubic structure 第三層與第一層有

11、錯位，以ABCABC方式排列。配位數：12第二十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月30n =4第三十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月31密堆積層間的兩類空隙1、四面體空隙： 一層的三個球與上或下層密堆積的球間的空隙。 如圖所示，當第4個球占據由3個球圍成的“坑”位置時，就會產生由4個原子組成的四面體空隙。第三十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月32 一層的三個球與錯位排列的另一層三個球間的空隙。 如圖所示，當第二層的3個球占據由第一層3個球圍成的“坑”位置的周圍三個“坑”時，就會產生由6個原子組成的八面體空隙。2132132、八面體空隙：第三十二張，P

12、PT共一百二十二頁，創作于2022年6月33常見晶體結構的幾何參數StructureCNnbcc820.68fcc1240.74hcp1260.74第三十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月34附：晶體結構中單位晶胞原子數n及晶體化學式的推算第三十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月35Na+ Cl-NaCl晶體結構示意圖：第三十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月36NCl晶體中的結構微粒： （C）（Na+）第二層的離子NaCl晶體的結構示意圖返回再請看：CsCl晶體的結構示意圖第三十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月37CsCl晶體的結構：

13、第三十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月38屬于4個小立方體屬于8個小立方體第三十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月39有1/8屬于該立方體有1/4屬于該立方體有1/2屬于該立方體完全屬于該立方體第三十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月40例題分析：O原子Ti原子Ba原子 某種晶體結構是的最小結構單元（晶胞）如圖所示：晶體內與每個“T”緊鄰的氧原子數和這種晶體材料的化學式分別是（各元素所帶的電荷均已略去）?第四十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月41例題解析：化學式為：BaTiO3Ba：1x1Ti：8x(1/8)O：12x(1/4)O原子T

14、i原子Ba原子第四十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月42NaCl離子晶體晶胞中離子的個數：晶格：面心立方配位比：6:6(紅球Na+ , 綠球Cl-)第四十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月43晶胞中離子的個數：(紅球Cs+ , 綠球Cl-)晶格：簡單立方配位比： 8:8CsCl 離子晶體第四十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月44晶胞中離子的個數：晶格：面心立方(紅球Zn2+ , 綠球S2-)配位比：4:4ZnS 離子晶體(立方型)第四十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月45練習 石墨晶體的層內結構如圖所示： 每個碳原子為三個正六邊形共

15、用，分屬于每個正六邊形的碳原子數為1/3個。每個正六邊形的碳原子數為61/3 = 2每一層由無數個正六邊形構成，則平均每一個正六邊形所占的碳原子數為-2第四十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月46練習 已知晶體硼中的結構單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數目的頂角，每個頂點上各有一個硼原子。 此基本單元是由- 個硼原子構成，其中BB 鍵的鍵角為-，共有- 個BB單鍵。1/5320 =12601/2320 = 30第四十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月47第二節 共價鍵兩個原子共有最外殼層電子的鍵合共價鍵的特點 方向性和飽和性 共價鍵晶

16、體的特性 很高的熔點和硬度 良好的光學特性 不良的導電性第四十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月48一、共價鍵的一般概念 如果原子在相互靠近時，原子軌道相互重疊變成分子軌道，原子核之間的電子云密度增加，電子云同時受到兩個核的吸引，因而使體系的能量降低，這樣形成的化學鍵稱為共價鍵。第四十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月49 （1） 形成共價鍵的原子A和B，它們電子的能量應該比較接近。 （2） 成鍵原子的原子軌道必須重疊，即電子共處于一定的空間。 （3） 通常是由兩個電子配對形成每一個價鍵。共價鍵成鍵的經驗規則:第四十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月5

17、0 （4）對于大多數分子而言，價電子層中的電子最多為8個。這是由于以s和p軌道成鍵時，只有4個軌道，因此共用電子對和孤電子對總數等于4 （5） 對于d軌道參與成鍵的元素而言，價電子層中電子可以多于8個。 （6）電子電子間的推斥力應是最小。 （7）分子將具有最低的能量。第五十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月51 無機非金屬材料中有許多共價鍵晶體。例如，金剛石、Si、SiC、ZnS等。 原子之間的共價鍵是靠相鄰原子電子云的重疊而形成共用電子對，各原子間的共價鍵有一定的方向性和飽和性，它是雜化軌道的電子云伸向特定方向的結果，從而規定了原子間結合的方位和配位數。第五十一張，PPT共一百二

18、十二頁，創作于2022年6月52 共價晶體的結構穩定、硬度較高。 共價鍵能由中等到很高都存在，平均約在20kcal/mol，因此共價鍵晶體的熔點由中等到很高都有。 由于共價晶體中成鍵的電子均束縛在原子之間，不能自由運動，因此共價鍵晶體不導電。第五十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月53 構成共價鍵的電子云（或配對電子）可以在兩個原子中間，也可稍微偏離中點，靠近電負性較大的原子。前者偶極矩等于零，叫做非極性鍵，后者的偶極矩不等于零，稱作極性鍵。第五十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月54共價鍵理論 1、 價鍵理論 價鍵理論的基本內容： 分子是由原子組成的，假定原子在未

19、化合前含有未成對的電子，且如果這些未成對的電子自旋相反，則兩個原子間的兩個自旋相反的電子可以相互偶合，構成電子對。每一個偶合就造成一個共價鍵，所以價鍵理論也叫電子配對理論。第五十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月55價鍵理論的要點：（1）假如原子A和原子B各有一個未成對的電子且自旋相反，則可相互配對構成共價鍵；如果A和B各有兩個或三個未成對的電子，則能兩兩配對構成共價雙鍵或三鍵。（2）如果A有兩個未成對的電子，B只有一個，那么A就能與兩個B化合形成AB2分子，如H2O。第五十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月56（3）原子在形成分子時，電子云重疊越多，鍵能越大，所以

20、形成的共價鍵就越穩固。根據這個原理，共價鍵形成時，將盡可能利用電子云密度最大的方向。所以說共價鍵具有方向性。（4）在形成共價鍵時，一個電子與另一個電子配對后，就不能再與第三個電子配對。這叫共價鍵的飽和性。第五十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月572、 分子軌道理論 分子軌道理論的基本內容： 當兩個原子核處于它們的平衡位置時，所有的電子都處于分子軌道中，在分子中存在著由量子數規定的分子軌道如、。第五十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月58 分子軌道把分子看成是一個整體，它認為，分子中的每一個電子都是在各原子核和其余電子組成的勢場中運動，它的運動狀態可用狀態函數來描寫

21、。 這種在分子中的單個電子的狀態函數叫做分子軌道。第五十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月59 由兩個氫原子核與一個電子所組成的氫分子離子H2+是分子軌道模型中最簡單的一個體系。光譜實驗證實H2+的確是存在的，只是很不穩定。對于這樣一個體系可以寫出它的薛定諤方程，并對其進行近似處理。 在各種近似處理方法中，有一種被稱作原子軌道的線性組合方法（LCAO）。第五十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月60 LCAO認為，如果在多數時間內，一個電子比較靠近一個核并受其控制，那么分子軌道就十分接近于該原子的原子軌道，因此，就可以假設用構成分子的各原子軌道組成分子軌道。用 A和

22、B分別表示兩個氫原子的原子軌道，兩個原子軌道組合成兩個分子軌道 b 和 a。第六十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月61分子軌道理論的要點：A、原子形成分子后，電子屬于整個分子，分子軌道由原子軌道組合而成；B、全部電子都要在分子軌道上進行分布。C、如果電子排布的結果，使系統的能量降低，便可成鍵，有穩定的分子；否則，不能成鍵。第六十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月62二、雜化軌道 雜化軌道: 同一原子中，能量相近的原子軌道混合起來，形成成鍵能力更強的新軌道。 雜化：上述過程叫雜化。 雜化軌道數：等于參加雜化的原子軌道數目之和。如：sp雜化s+p 雜化軌道數=2 雜化軌

23、道的特征：角度分布圖有大、小頭，有利于成鍵（提高電子云的重疊程度）第六十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月63 說明： 原子軌道的雜化，只有在形成分子的過程中才會發生，孤立的原子不發生雜化。 在同一個原子內，如果有n個原子軌道參與雜化，則就會得到n個雜化軌道。 相比于原來未雜化的軌道，雜化軌道的成鍵能力強，形成的化學鍵鍵能大，分子更穩定。第六十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月641、sp3雜化 定義：同一原子內，由1個ns軌道和3個np軌道發生的雜化叫sp3雜化。雜化后形成的4個新軌道叫sp3雜化軌道。 特點：每個sp3雜化軌道中，含有1/4的s成分和3/4的p成

24、分。 形狀：一頭大，一頭小。 每兩個sp3雜化軌道間的夾角為10928，雜化軌道的幾何構型為四面體。第六十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月65 在金剛石中，碳的4個價電子都具有相同的能量，這是由于每個碳原子都有一個2s電子跳到空著的pz軌道，然后剩下的一個2s電子再與px、py、pz 軌道上的三個電子雜化，使之具有相同的能量。 其雜化過程如下圖所示：激發雜化C:第六十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月66 這種具有相同能量的sp3雜化軌道，是以碳原子核為中心向正四面體的四個角頂伸出4個準啞鈴形電子云，這4個sp3雜化軌道軸之間的夾角是109.50。如下圖所示：第六

25、十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月67 從碳原子核伸出的每個sp3雜化軌道頂端的凸出部分將與鄰近的另一個碳原子sp3雜化軌道的凸出部分發生重疊。 重疊的結果是在每個sp3雜化軌道中都有一對電子，使每一個碳原子都具有Ne和2s22p6電子構型。第六十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月68 對于金剛石的晶體結構來說，可以看作是由四面體組成的骨架在三維空間中的延伸，每個碳原子都處在四個碳原子圍成的四面體中心，又是另外四個四面體的共用角頂。金剛石晶體結構模型第六十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月69金剛石中的共價鍵 周期表中第IV主族元素都有4個價電子，因

26、此C、Si、Ge、Sn都可能形成sp3雜化軌道。從而使SiC、Si、Ge、Sn等都具有金剛石結構。第六十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月70 部分主副族元素與IVA族元素等距離兩側的元素也能相互合形成sp3雜化鍵，例如立方ZnS、CdTe 與BN、GaAs、InSb等具有類似金剛石的結構。第七十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月712、sp2 雜化 定義：同一原子內，由1個ns軌道與2個np軌道發生的雜化叫sp2雜化。雜化后形成的3個新軌道叫sp2雜化軌道。 特點：每個sp2雜化軌道中含有1/3的s成分和2/3的p成分。 形狀：一頭大，一頭小。 兩個sp2雜化軌道間

27、的夾角為120，幾何構型為平面三角形。第七十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月72 金剛石是無色、透明、具有金屬光澤和高折射率的絕緣 體，是最硬的一種物質； 而石墨是黑色不透明的導體，是最軟的物質之一。 兩者都是由碳組成，這兩種物質性質上的顯著差別來源于其結構上化學鍵的差別。第七十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月73 在金剛石結構中，起作用的是sp3成鍵軌道，所以4個價電子均被雜化；diamond第七十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月74 而石墨中的雜化軌道是sp2雜化軌道，碳原子4個價電子只有3個被雜化，尚有一個pz軌道上的價電子未被雜化。gra

28、phite第七十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月75 石墨中的碳原子只有2個2s電子和一個p軌道上的價電子變化，三個sp2雜化軌道具有相同的能量并在同一平面內，形成平面三角形，軌道軸間的夾角為120。第七十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月76 由于在石墨晶體中，同一平面內相鄰的碳原子之間通過sp2雜化軌道的重疊而成鍵。 所以石墨具有層狀結構，每一層中的碳原子相互連接成正六邊形網絡。這種sp2雜化軌道所成的鍵也是鍵，與金剛石中sp3雜化軌道成的鍵幾乎一樣強。第七十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月77 石墨中的碳原子上，第四個沒有雜化的pz軌道垂直于

29、3個sp2雜化軌道。 相互靠近的碳原子中沒有雜化的pz軌道相互重疊形成鍵，這種鍵相互連接在一層碳原子的上下形成大鍵。由于電子在這種大鍵中是不定域的，故石墨有較好的導電性。第七十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月78 在石墨中除了鍵和鍵之外，還存在第三種類型的化學鍵，即范德華鍵。一層層的石墨靠范德華鍵維系在一起。 范德華鍵是一種比較弱的鍵。因此，當石墨與紙張等物體摩擦時，可以一層層脫落，而在紙上留下痕跡。第七十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月79 石墨為層狀結構的晶體，它既有共價鍵，又有分子間力，是一種混合鍵型的晶體。同一層：CC 鍵長為142pm，C 原子采用 s

30、p2 雜化軌道，與周圍三個 C 原子形成三個鍵，鍵角為 1200，每個 C 原子還有一個 2p 軌道，垂直于sp2 雜化軌道平面，2p 電子參與形成了鍵，這種包含著很多原子的鍵稱為大鍵。層與層間：距離為 335pm，靠分子間力結合起來。小結：第七十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月80石墨的晶體結構圖石墨中CC夾角為120， CC鍵長為(0.142nm) 1.421010 m分子間作用力,層間距3.35 1010 mCC 共價鍵第八十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月81第三節 范德華力與氫鍵一、范德華力Johannes Diderik Van der Waals 1

31、837 1923The Nobel Prize in Physics 1910“for his work on the equation of state for gases and liquids”電中性的分子之間的長程作用力 第八十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月82 分子與分子之間存在著的一種弱力，稱作范德華力。 分子之間靠范德華力形成的化學鍵稱為范德華鍵，范德華鍵的鍵能比其他化學鍵的鍵能約低12個數量級。 由范德華鍵構造的晶體稱為分子晶體。 范德華鍵在具有層狀結構的無機化合物中有很重要的作用。第八十二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月83非極性分子：分子中電

32、荷呈中心對稱分布。極性分子：分子中電荷呈中心不對稱分布。鍵的極性與分子極性的關系:由非極性鍵構成的分子一定是非極性分子，如Cl2、F2等非金屬單質分子。由極性鍵構成的分子可能是極性分子，也可能是非極性分子。a. 由極性鍵構成的雙原子分子一定是極性分子，如：HCl、NO、CO等。b. 由極性鍵構成的多原子分子可能是極性分子，也可能是非極性分子。若分子中電荷分布是中心對稱的則為非極性分子，如：CH4、CO2等。若分子中電荷分布是中心不對稱的則為極性分子，如：NH3、H2O、H2S等。 第八十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月84范德華力由以下三種力組成： （1）取向力 取向力又稱靜電

33、力。它是由于極性分子永久偶極矩之間的靜電相互作用而產生的。作用力的大小與偶極矩的相對取向有關。隨著溫度的升高，分子的熱運動可以擾亂偶極取向，因而取向力隨著減小。偶極與偶極之間的相互作用能U1(r)可由下式確定式中，為分子偶極矩；r是偶極與偶極間的距離。可以看出，偶極矩愈大的分子，其取向力愈大。第八十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月85 極性分子作為電場使非極性分子變形而產生誘導偶極。固有偶極和誘導偶極間的吸引力是誘導力。 誘導力可以看作是一個分子被另一個分子極化的幾率，即與誘導偶極的幾率有關。 誘導偶極相互作用能與r-6成正比.（2）誘導力式中，a為分子極化率。第八十五張，PP

34、T共一百二十二頁，創作于2022年6月86（3）色散力 非極性分子可以產生瞬時偶極，瞬時偶極必定采取異極相鄰狀態，此狀態不斷重復而產生的吸引力就是色散力。 色散力是分子晶體中的一種主要作用力。 色散力作用能可以表達為分子間總的作用能，即范德華能等于式中， I、分別為分子的電離能和極化率。第八十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月87范德華力特性：（1）范德華力是永遠存在于分子或原子間的一種作用力；（2）范德華力是一種吸引力，其作用能為每摩爾數千卡，約比其他化學鍵小一、二個數量級；（3）與共價鍵不同，范德華鍵沒有方向性與飽和性；（4）范德華力的作用范圍約有幾個埃；（5）范德華引力中，

35、最主要的是色散力，而色散力的大小與極化率的平方成正比。第八十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月88 由于范德華鍵是一種弱鍵，因此范德華半徑比共價半徑和離子半徑大得多，而且隨外界溫度、壓力等條件的變化鍵長也會發生改變，有時在同一晶體中的不同位置范德華半徑也會不同。這些變化通常在5%以內。范德華半徑第八十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月89 由于范德華鍵沒有方向性和飽和性，所以一個原子將盡可能被幾何學上所允許的最大數目的鄰近原子或分子包圍，因此，所有惰性氣體晶體，都取原子最緊密堆積的結構。第八十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月90 在分子晶體中，分子內

36、原子間的鍵是共價鍵，分子與分子間的鍵才是范德華鍵。 分子晶體通常具有低熔點、低硬度、大的熱膨脹系數、大的壓縮率、低的導電率和易溶于非極性溶劑等基本性質。第九十張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月91分子間作用力與化學鍵的區別：化學鍵是相鄰原子與原子間的強烈相互作用，分子間作用力產生于分子與分子之間；分子間作用力弱于化學鍵；分子間作用力不屬于化學鍵。分子間作用力與物質物理性質的關系：相對分子質量越大，分子間作用力越大，物質的熔、沸點也越高。 第九十一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月92二、氫 鍵兩個條件 分子中必須含氫另一個元素必須是顯著的非金屬元素 有方向性第九十二張，

37、PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月93 在X-HY中，H與電負性大、半徑小的元素(X)形成強極性共價鍵的氫；Y有孤對電子、電負性大、半徑小的元素(F、O、N)。 于是在H與Y之間以靜電引力相結合，從而形成第二種鍵，稱之氫鍵。1、 氫鍵的形成條件第九十三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月942 、氫鍵的特征弱作用力，與分子間力相當；有方向性（Y的孤對電子有方向）；有飽和性（H+ 排斥可能與Y電子云相吸引的其它H+ ）。第九十四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月95 除了H2O、 HF、NH3 有分子間氫鍵外，在有機羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白質中也有氫鍵的存在。

38、例如：甲酸靠氫鍵形成二聚體。HCOOHHOOHC第九十五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月96 除了分子間氫鍵外，還有分子內氫鍵。例如，硝酸的分子內氫鍵使其熔、沸點較低。 分子間氫鍵的形成會使物質的熔點和沸點升高，而分子內氫鍵的形成則使物質的熔點和沸點降低。第九十六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月97第四節 金屬鍵與固體中的能帶理論一、金屬鍵 金屬原子失去價電子后變成了正離子，價電子作為不固定的電子無方向地、依相同狀態充填于原子軀體的空間內，形成所謂的“電子氣”。這種“電子氣”與正離子之間的引力就是金屬鍵。第九十七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月981、

39、沒有飽和性及方向性 2、電子的離域性 3、鍵的球對稱性。金屬鍵的特點：第九十八張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月99 金屬是由帶正電荷的離子（原子核）和自由電子所組成。金屬中價電子的運動是自由的，是處于理想氣體的狀態，其正離子就好像鑲嵌在自由電子的海洋中一樣。金屬的自由電子論：第九十九張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月100 電子可以沿著外加電場的電勢而流動，形成電流。在運動中電子與金屬正離子之間以及電子之間發生碰撞，使電子沿電場電勢方向的運動受到障礙，因而產生電阻。金屬中電阻的產生第一百張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月101 金屬晶體中的原子配置符合最密

40、堆積的原理。所有金屬固相都具有三種基本密堆積結構中的一種：晶格：面心立方配位數： 12 12 8體心立方密集六方第一百零一張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月102高導電率和高導熱率 不透明性 金屬表面的高反射性 延展性 密度大金屬的特性金屬的特性解釋（金屬的自由電子論）： 電、熱的良導體自由電子 良好的延展性離域鍵 密度大金屬密堆積 金屬光澤電子吸收可見光后再發射出來離域鍵：在多個原子之間形成的共價鍵定域鍵：只存在于兩個原子之間的共價鍵 第一百零二張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月103二、 固體中的能帶理論（源于MO法） 能帶理論的出發點是固體中的電子不再束縛于個體的

41、原子，而是在整個固體內運動。 能帶理論在解釋金屬與半導體以及絕緣體之間的差別中獲得了巨大的成功。第一百零三張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月104 1、原子能級和晶體能帶 根據分子軌道理論（MO法），二相鄰原子的相應原子軌道可以組合成總數目相同的分子軌道。在金屬晶體中，原子緊密堆積，原子數目很大，可以組合成很多分子軌道。這些分子軌道間能量差很小,形成了能帶。第一百零四張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月105如，Li的2s1形成2s能帶：能量較低的2s能帶充滿電子，稱價帶；*2s能帶沒有電子，為空帶，又稱導帶；在價帶和導帶之間有禁帶。金屬、半導體和絕緣體的性質差別，可用能

42、帶圖來說明。(*2s)(2s)第一百零五張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月1062、能帶圖導體： 存在電子部分填充的價帶或存在相互交蓋的價帶和導帶。圖（a）顯示的是IA族和IB族單價原子（如Li、Na、K、Cu、Ag、Au）構成的金屬所具有的半充滿s能帶。 在0 K時，電子所占據的能級（即費米能級）以上都是空能級。因此，只需要很少的能量就可以把能量較高的電子激發到空能級中去變成自由電子，故這類金屬是良導體。第一百零六張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月107其中,由于原子具有2個s價電子，能帶是完全充滿的，但由于s能帶與空的p能帶發生重疊，便產生一個僅部分充滿的sp能帶，故這類金屬也是良導體。能帶的重疊程度愈高，則導電性愈好。 圖(b)為IIA族與IIB族金屬的能帶結構。第一百零七張，PPT共一百二十二頁，創作于2022年6月10