第二章 化学键和晶体结构

第二章固体材料的结构固体材料的各种性质主要取决于它的晶体结构。

原子之间的作用结合键与晶体结构密切相关。

通过研究固体材料的结构可以最直接、最有效地确定结合键的类型和特征。

固体材料主要包括：金属、合金、非金属、离子晶体、陶瓷研究方法：X光、电子、中子衍射——最重要、应用最多§2-1 结合键结合键——原子结合成分子或固体的结合键决定了物质的物理、化学、力学性质。

一切原子之间的结合力都起源于原子核与电子间的静电交互作用（库仑力）。

不同的结合键代表了实现结构）的不同方式。

一、离子键典型的金属与典型的非金属元素就是通过离子键而化合的。

从而形成离子化合物或离子晶体由共价键方向性特点决定了的SiO2四面体晶体结构极性共价键非极性共价键五、氢键含有氢的分子都是通过极性共价键结合，极性分子之间结合成晶体时，通过氢键结合。

例如：H 2O ，HF ，NH 3等固态冰液态水§2-2 金属原子间的结合能一、原子作用模型固态金属相邻二个原子之间存在两种相互作用：a) 相互吸引——自由电子吸引金属正离子，长程力；b) 相互排斥——金属正离子之间的相互排斥，短程力。

平衡时这二个力相互抵消，原子受力为0，原子处于能量最低状态。

此时原子间的距离为r0。

§2-3 合金相结构基本概念♦合金——由两种或两种以上的金属或金属非金属元素通过化学键结合而组成的具有金属特性的材料。

♦组元、元——组成合金的元素。

♦相——具有相同的成分或连续变化、结构和性能的区域。

♦组织——合金发生转变（反应）的结果，可以包含若干个不同的相，一般只有一到二个相。

♦合金成分表示法：(1) 重量（质量）百分数A-B二元合金为例m B——元素B的重量(质量m A——元素A的重量(质量合金中的相分为：固溶体，化合物两大类。

固溶体金属晶体(溶剂)中溶入了其它元素(溶质)后，就称为固溶体。

一、固溶体的分类：♦按溶质原子在溶剂中的位置分为：置换固溶体，间隙固溶体♦按溶解度分为：有限固溶体，无限固溶体♦按溶质原子在溶剂中的分布规律分为：有序固溶体，无序固溶体置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。

极性分子的相互作用
两个相互平行的电偶极子的库仑势能可以求 出：
ur

1
40

q2 r

r
q2 l2 l1

q2 r l1

q2 r l2



ur

q2
40r
1 1
1 l2 l1
1 1 l1
1 1 l2



q2l1l2

1 2
N i 1
N j 1
' 4




rij
6

rij
12




N 2
N j 1
'
4





rij
6



rij
12



说明：金属晶体中，价电子不再属于个别 原子，而是为所有原子所共有，在 晶体中做共有化运动，或者说金属中 所有原子都失掉了最外层价电子成为 原子实（离子实），原子实浸没在 共有电子的电子云中，金属晶体的 结合力主要是原子实和共有化电子的 静电库仑力。
4. 范德瓦耳斯键和分子晶体
分子间的相互作用力（范德瓦耳斯力）分为三种：
配位数小，4 特点：
1）饱和性（一个原子只能形成一定数目的共价 键。）
2）方向性：原子只在特定的方向上形成共价键。 3）熔点高、硬度大、导电性差，结合能大 约为800kJ/mol。
饱和性经验公式：当原子的价电子壳层不到半满 时，所有的价电子都未配对，共价键数目与价电 子数相等。N＝n（N为价电子数）；当原子的价 电子壳层不满但超过半满时，形成的共价键数目n ＝8－N。

二、重点知识梳理
5、非极性分子和极性分子 (1) 分子的极性由键的极性及分子的空间构型两方面决定： Ø以极性键结合而形成的异核双原子分子都是极性分 子，如 HCl 等。 Ø以非极性键结合而形成的同核双原子分子都是非极 性分子，如 Cl2、H2 等。 新课标总结：
对于双原子分子来说，键的极性等同于分子的极性。
离子半径越小，则核间距离越小，如 NaCl > KCl； 可以借助物理中“库仑力”的概念理解离子键强弱。
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二、重点知识梳理
3、共价键 定义：原子间通过共用电子对所形成的化学键。 新课标提醒：
首先要是化学键，满足“相邻”、“强烈”两个条件。
存在：存在于非金属元素同种原子(单质)和不同种原子 (化合物)之间，如 Cl2、H2、H2O 等，也存在于 部分金属元素 (Al、Be) 与卤素 (Cl、Br) 形成的 化合物，如 AlCl3。 表示：N2： 电子式 :N N: (要画出共用电子对和孤对电子) 结构式 N≡N :::
二、重点知识梳理
6、分子间作用力
新课标提醒：
决定分子的熔沸点
实质：是分子电性引力，又称范德华力。
分子间作用力是弱相互作用，远弱于化学键作用。
影响因素：分子间作用力的大小主要取决于分子的相对分 子质量、分子形状、分子间距离。 一般规律： Ø组成结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力就越大； 如 CH4 < C2H6 < C3H8；F2 < Cl2 < Br2 < I2。 Ø分子空间构型越对称，分子的极性越弱，分子间的作用力越 小；如 CH(CH3)3 < CH3CH2CH2CH3。 Ø分子间作用力与分子间距离成反比。
二、重点知识梳理

例：
NH
4
BF4
CO
H
F
HNH
H
FBF
CO
F 2s22 p2 2s22 p4
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• 分子结构第二次课思考题 • 1.什么叫杂化？什么叫杂化轨道？ • 2.什么叫等性杂化？什么叫不等性杂化？ • 3.各类型杂化的特点是什么？
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二.杂化轨道理论
（一）理论要点： 1.形成分子时，同一原子中能量相近的不同 原子轨道混合后组成新轨道的过程叫杂化。 得到的新轨道叫杂化轨道。 2.杂化轨道数= 参加杂化的原子轨道数 3.杂化轨道的形状：有利于形成稳定的键 4.杂化轨道的夹角大于原子轨道之间的夹角， 有利于键的稳定。
- + + 正重叠(有效重叠)
不同符号部分重叠(或认为波函数相减). + - + 负重叠(无效重叠)
同号重叠部分与异号重叠部分正好抵消.
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+ +
零重叠(无效重叠)
-
（三）共价键类型：
1. 键：两个原子的单电子的原子轨道以“头 碰头”方式重叠形成的共价键。
有, H2
HCl
Cl2
如 ss s p
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3. sp杂化: BeCl2 :
Cl Be Cl
Be:
2p 2s
2p 2s
spΒιβλιοθήκη 2p激发sp杂化
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BeCl2的形成:
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2s2p轨道
两个sp杂化轨道:
分子结构第一次课思考题
• 1.离子键形成条件是什么？ • 2.影响离子键强弱的因素有哪些？ • 3.价键理论的要点有哪些？ • 4.共价键的类型有哪些？