2.1-2原子的電負(fù)性及晶體的結(jié)合類(lèi)型6ppt課件

1、第二章第二章 晶體的結(jié)合晶體的結(jié)合2.1 2.1 原子的電負(fù)性原子的電負(fù)性（1 1原子的電子分原子的電子分布布（2 2電離能電離能（3 3電子親和能電子親和能（4 4電負(fù)性電負(fù)性2.2 2.2 晶體的結(jié)合類(lèi)型晶體的結(jié)合類(lèi)型（1 1共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合（2 2離子結(jié)合離子結(jié)合（3 3金屬結(jié)合金屬結(jié)合（4 4分子結(jié)合分子結(jié)合（5 5氫鍵結(jié)合氫鍵結(jié)合本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容: :（1 1原子的電子分布原子的電子分布氧的電子組態(tài)為氧的電子組態(tài)為1s22s22p4 1s22s22p4 原子的電子組態(tài)，通常用字母原子的電子組態(tài)，通常用字母s s、p p、d d來(lái)表征角量子數(shù)來(lái)表征角量子數(shù)l=0l=0、1 1、2 2、

2、3,3,字母的左邊的數(shù)字是軌道主量子數(shù)，字母的左邊的數(shù)字是軌道主量子數(shù)，右上標(biāo)表示該軌道的電子數(shù)目。右上標(biāo)表示該軌道的電子數(shù)目。泡利不相容原理泡利不相容原理洪特定則洪特定則包括自旋在內(nèi)，不可能存在量子態(tài)全同的兩個(gè)電子 電子依能量從低到高依次進(jìn)入軌道并先單一自旋平行地占據(jù)盡可能多的等價(jià)軌道。（2 2電離能電離能 中性原子失去中性原子失去1 1個(gè)電子成為個(gè)電子成為+1+1價(jià)離子時(shí)所需要的能量為第一價(jià)離子時(shí)所需要的能量為第一電離能，從電離能，從+1+1價(jià)離子再移去一個(gè)電子所需的能量為第二電離能。價(jià)離子再移去一個(gè)電子所需的能量為第二電離能。為第一電離能其中AzAze 電離能越大，原子對(duì)價(jià)電子的束縛能力

3、越強(qiáng)。電離能越大，原子對(duì)價(jià)電子的束縛能力越強(qiáng)。電離能電離能 4.339 6.111 6.00 7.88 9.87 9.750 11.84 13.996 4.339 6.111 6.00 7.88 9.87 9.750 11.84 13.996 元素元素 Na Mg Al Si P Na Mg Al Si P S Cl ArS Cl Ar電離能電離能 5. 7.644 5.984 8.149 10.55 10.357 13.01 15.755 5. 7.644 5.984 8.149 10.55 10.357 13.01 15.755元素元素 K Ca Ga Ge As Se Br kr K C

4、a Ga Ge As Se Br kr電離能電離能 ( (單位單位:eV):eV)小小大大（3 3電子親和能電子親和能Byy 1e中性原子獲得電子成為中性原子獲得電子成為-1-1價(jià)離子時(shí)所放出的能量。價(jià)離子時(shí)所放出的能量。B為電子親合能。為電子親合能。親和過(guò)程不能看成是電離過(guò)程的逆過(guò)程親和過(guò)程不能看成是電離過(guò)程的逆過(guò)程元素元素HHe LiBe BCNOFNe理論值理論值實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值元素元素NaMg AlSiPSClArKCa理論值理論值實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值電子親和能可以用來(lái)表示原子對(duì)價(jià)電子的束縛強(qiáng)弱。電子親和能可以用來(lái)表示原子對(duì)價(jià)電子的束縛強(qiáng)弱。（4 4電負(fù)性電負(fù)性 （用來(lái)表示原子得失電子能力的物理量

5、）（用來(lái)表示原子得失電子能力的物理量）Mulliken （穆力肯）：原子的電負(fù)性（穆力肯）：原子的電負(fù)性=0.18(電離能電離能+親和能親和能)Pauling提出計(jì)算辦法：提出計(jì)算辦法：)( 5 .96)()()(21BAxxBBEAAEBAEIAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBLi1.0Na0.9K0.8Be1.5Mg1.2Ca1.0B2.0Al1.5Ga1.5C2.5Si1.8Ge1.8N3.0P2.1As2.0O3.5S2.5Se2.4F4.0Cl3.0Br2.8電電 負(fù)負(fù) 性性(1)(1)周期表由上到下，電負(fù)性逐漸弱；周期表由上到下，電負(fù)性逐漸弱；(2)(2)周期表越往下，一個(gè)周

6、期內(nèi)電負(fù)性的差別也越小。周期表越往下，一個(gè)周期內(nèi)電負(fù)性的差別也越小。對(duì)比下表各個(gè)周期對(duì)比下表各個(gè)周期, ,可看出以下幾個(gè)規(guī)律：可看出以下幾個(gè)規(guī)律： (3)IA (3)IA 、IIAIIA、 IIIB IIIB電負(fù)性低的元素對(duì)電子束縛較弱，價(jià)電電負(fù)性低的元素對(duì)電子束縛較弱，價(jià)電子易于擺脫原子束縛成為共有化電子，因此在形成晶體時(shí)便采子易于擺脫原子束縛成為共有化電子，因此在形成晶體時(shí)便采取典型的金屬結(jié)合。取典型的金屬結(jié)合。(4)IVB(4)IVB、 VB VB具有較強(qiáng)的負(fù)電性，它們束縛電子的能力較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的負(fù)電性，它們束縛電子的能力較強(qiáng)，適于形成共價(jià)結(jié)合。適于形成共價(jià)結(jié)合。(5)周期表左端的元素

7、負(fù)電性弱，易于失去電子；而右端的元周期表左端的元素負(fù)電性弱，易于失去電子；而右端的元素電負(fù)性強(qiáng)，易于獲得電子，因此它們形成離子晶體。素電負(fù)性強(qiáng)，易于獲得電子，因此它們形成離子晶體?？偨Y(jié)：原子的電負(fù)性電負(fù)性：是衡量原子得失電子難易的物理量. 定義式為：電離勢(shì)：一個(gè)原子失去一個(gè)最外層電子所需的能量. 電子親和勢(shì)：一個(gè)中性原子 獲得一個(gè)電子成為負(fù)離子所放出的能量.電負(fù)性可用來(lái)定性判斷形成晶體所采取的結(jié)合類(lèi)型：1.當(dāng)當(dāng)2個(gè)成鍵原子的電負(fù)性差值較大時(shí)，晶體結(jié)合往往采取離子鍵，由個(gè)成鍵原子的電負(fù)性差值較大時(shí)，晶體結(jié)合往往采取離子鍵，由周期表的最左端與最右端的元素結(jié)合成晶體，主要是離子鍵周期表的最左端與最右

8、端的元素結(jié)合成晶體，主要是離子鍵.2.1同種原子之間的成鍵，主要是共價(jià)鍵或金屬鍵，因?yàn)樵拥碾娯?fù)性同種原子之間的成鍵，主要是共價(jià)鍵或金屬鍵，因?yàn)樵拥碾娯?fù)性一樣大一樣大.2.2電負(fù)性差值小的原子之間成鍵主要是共價(jià)鍵，像元素周期表中的相電負(fù)性差值小的原子之間成鍵主要是共價(jià)鍵，像元素周期表中的相鄰元素之間形成的主要是共價(jià)鍵，但是也有一定的離子鍵成分，價(jià)電鄰元素之間形成的主要是共價(jià)鍵，但是也有一定的離子鍵成分，價(jià)電子不僅為兩個(gè)原子共享，而且還偏向電負(fù)性較大的原子一邊子不僅為兩個(gè)原子共享，而且還偏向電負(fù)性較大的原子一邊.電負(fù)性電負(fù)性0.18原子電離能電子親和勢(shì)）原子電離能電子親和勢(shì)）2.2 2.2 晶

9、體的結(jié)合類(lèi)型晶體的結(jié)合類(lèi)型 由電負(fù)性較大的同種原子結(jié)合成晶體時(shí)，最外層的電子都不會(huì)脫離原來(lái)的原子，稱(chēng)這類(lèi)晶體為原子晶體。 兩個(gè)原子接近時(shí)兩個(gè)原子接近時(shí), ,只有自旋方向相反的單電子可以相只有自旋方向相反的單電子可以相互配對(duì)互配對(duì)( (兩原子軌道重疊兩原子軌道重疊),),使電子云密集于兩核間使電子云密集于兩核間, ,系統(tǒng)能系統(tǒng)能量降低量降低, ,形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。 聯(lián)結(jié)兩個(gè)原子的一對(duì)電子稱(chēng)為配對(duì)電子，電子配對(duì)聯(lián)結(jié)兩個(gè)原子的一對(duì)電子稱(chēng)為配對(duì)電子，電子配對(duì)的方式稱(chēng)為共價(jià)鍵。如的方式稱(chēng)為共價(jià)鍵。如 C,Si,Ge（1共價(jià)結(jié)合原子晶體和分子晶體）共價(jià)鍵的飽和性共價(jià)鍵的飽和性 當(dāng)一個(gè)原子

10、與其它原子結(jié)合時(shí)，能夠形成共價(jià)鍵的數(shù)目有一個(gè)最當(dāng)一個(gè)原子與其它原子結(jié)合時(shí)，能夠形成共價(jià)鍵的數(shù)目有一個(gè)最大值，這個(gè)最大值決定于它所含的未配對(duì)的電子數(shù)，這個(gè)特性稱(chēng)為共大值，這個(gè)最大值決定于它所含的未配對(duì)的電子數(shù)，這個(gè)特性稱(chēng)為共價(jià)鍵的飽和性。價(jià)鍵的飽和性。 如原子滿殼層電子數(shù)為如原子滿殼層電子數(shù)為8，若原子的價(jià)電子數(shù)，若原子的價(jià)電子數(shù)N小于滿殼層小于滿殼層電子數(shù)的一半，即電子數(shù)的一半，即N4，則該原子最多可形成，則該原子最多可形成N個(gè)共價(jià)鍵。如個(gè)共價(jià)鍵。如果原子的價(jià)電子數(shù)果原子的價(jià)電子數(shù)N4，則最多可形，則最多可形 成成8 - N個(gè)共價(jià)鍵。常個(gè)共價(jià)鍵。常稱(chēng)此為稱(chēng)此為 8-N 規(guī)則。規(guī)則。共價(jià)鍵的方向

11、性 兩個(gè)原子在以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，必定選取盡可能使其電子云密度為最大的方位，電子云交迭得越厲害，共價(jià)鍵越穩(wěn)固。這就是共價(jià)鍵具有方向性的物理本質(zhì)。 共價(jià)結(jié)合使兩個(gè)原子核間出現(xiàn)一個(gè)電子云密集區(qū)，降低了共價(jià)結(jié)合使兩個(gè)原子核間出現(xiàn)一個(gè)電子云密集區(qū)，降低了兩核間的正電排斥，使得體系的勢(shì)能降低，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。兩核間的正電排斥，使得體系的勢(shì)能降低，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 共價(jià)晶體的硬度高，熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)電性差。共價(jià)晶體的硬度高，熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)電性差。 一種容易失去電子的元素和一種容易俘獲電子的元素結(jié)合在一一種容易失去電子的元素和一種容易俘獲電子的元素結(jié)合在一起，其中一個(gè)變成正離子，另一個(gè)變成負(fù)離

12、子，最終形成離子晶體。起，其中一個(gè)變成正離子，另一個(gè)變成負(fù)離子，最終形成離子晶體。 離子晶體的硬度高，熔點(diǎn)高，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)電性差。 離子晶體結(jié)合過(guò)程中的動(dòng)力顯然是正負(fù)離子之間的庫(kù)侖力。一種離子的最近鄰只能為異號(hào)離子。（2離子結(jié)合模型：金屬中所有的原子都失掉了最外層的價(jià)電子而成為原子實(shí)，原子實(shí)浸沒(méi)在共有電子的電子云中。 金屬晶體有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性。（3金屬結(jié)合 分子之間的結(jié)合力稱(chēng)為范德瓦耳斯力。極性分子間的結(jié)合 極性分子具有電偶極矩，兩分子靠近的兩原子一定是異性的，這樣才能使體系能量最低。極性分子與非極性分子間的結(jié)合非極性分子間的結(jié)合 極性分子先由到出電偶極子，然后電偶極矩與誘導(dǎo)

13、偶極矩間的誘導(dǎo)力使兩分子結(jié)合。 低溫條件下的瞬時(shí)電偶極矩是非極性分子在低溫時(shí)形成晶體的原因。（4分子結(jié)合與負(fù)電性大的原子X(jué)氟、氯、氧、氮等共價(jià)結(jié)合的氫，如與負(fù)電性大的原子Y與X相同的也可以接近，在X與Y之間以氫為媒介，生成X-HY形的鍵，稱(chēng)為氫鍵。 對(duì)大多數(shù)晶體來(lái)說(shuō)，晶體的結(jié)合可能是混合型，即一種晶體內(nèi)同時(shí)存在有幾種結(jié)合類(lèi)型。如石墨晶體是典型的混合型晶體，既有共價(jià)結(jié)合，又有分子結(jié)合，還有金屬結(jié)合。留意（5氫鍵結(jié)合總結(jié)：原子的電負(fù)性電負(fù)性：是衡量原子得失電子難易的物理量. 定義式為：電離勢(shì)：一個(gè)原子失去一個(gè)最外層電子所需的能量. 電子親和勢(shì)：一個(gè)中性原子 獲得一個(gè)電子成為負(fù)離子所放出的能量.電負(fù)

14、性可用來(lái)定性判斷形成晶體所采取的結(jié)合類(lèi)型：1.當(dāng)當(dāng)2個(gè)成鍵原子的電負(fù)性差值較大時(shí)，晶體結(jié)合往往采取離子鍵，由個(gè)成鍵原子的電負(fù)性差值較大時(shí)，晶體結(jié)合往往采取離子鍵，由周期表的最左端與最右端的元素結(jié)合成晶體，主要是離子鍵周期表的最左端與最右端的元素結(jié)合成晶體，主要是離子鍵.2.同種原子之間的成鍵，主要是共價(jià)鍵或金屬鍵，因?yàn)樵拥碾娯?fù)性同種原子之間的成鍵，主要是共價(jià)鍵或金屬鍵，因?yàn)樵拥碾娯?fù)性一樣大一樣大.3.電負(fù)性差值小的原子之間成鍵主要是共價(jià)鍵，像元素周期表中的相鄰電負(fù)性差值小的原子之間成鍵主要是共價(jià)鍵，像元素周期表中的相鄰元素之間形成的主要是共價(jià)鍵，但是也有一定的離子鍵成分，價(jià)電子元素之間形成

15、的主要是共價(jià)鍵，但是也有一定的離子鍵成分，價(jià)電子不僅為兩個(gè)原子共享，而且還偏向電負(fù)性較大的原子一邊不僅為兩個(gè)原子共享，而且還偏向電負(fù)性較大的原子一邊.電負(fù)性電負(fù)性0.18原子電離能電子親和勢(shì)）原子電離能電子親和勢(shì)）2.2 晶體的結(jié)合類(lèi)型袖珍版）離子鍵：離子晶體中，一種原子的電子轉(zhuǎn)移的另一個(gè)原子上，形成離子鍵：離子晶體中，一種原子的電子轉(zhuǎn)移的另一個(gè)原子上，形成正負(fù)離子，它們通過(guò)靜電引力鍵合在一起，形成離子鍵正負(fù)離子，它們通過(guò)靜電引力鍵合在一起，形成離子鍵.通常由金屬性很強(qiáng)的元素和氧化性很強(qiáng)的非金屬元素組成通常由金屬性很強(qiáng)的元素和氧化性很強(qiáng)的非金屬元素組成.如鹵族元素和堿金屬如鹵族元素和堿金屬元素

16、，氧族元素和堿土金屬元素元素，氧族元素和堿土金屬元素. 具有閉合的電子殼層，離子鍵沒(méi)有方向性；離具有閉合的電子殼層，離子鍵沒(méi)有方向性；離子鍵之間的作用很強(qiáng)，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度、硬度和熔點(diǎn)，而導(dǎo)電性、熱膨脹系數(shù)子鍵之間的作用很強(qiáng)，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度、硬度和熔點(diǎn)，而導(dǎo)電性、熱膨脹系數(shù)小小.大多數(shù)離子晶體對(duì)可見(jiàn)光是透明的，在遠(yuǎn)紅外區(qū)有一特征吸收峰大多數(shù)離子晶體對(duì)可見(jiàn)光是透明的，在遠(yuǎn)紅外區(qū)有一特征吸收峰2.共價(jià)晶體原子晶體）1.離子晶體共價(jià)鍵：共價(jià)晶體中，相鄰原子各出一個(gè)價(jià)電子形成自旋相反的共共價(jià)鍵：共價(jià)晶體中，相鄰原子各出一個(gè)價(jià)電子形成自旋相反的共用電子對(duì)，這樣的原子鍵合，稱(chēng)為共價(jià)鍵用電子對(duì)，這樣的原子

17、鍵合，稱(chēng)為共價(jià)鍵.共價(jià)鍵的兩個(gè)特點(diǎn)：飽和性，方向性共價(jià)鍵的兩個(gè)特點(diǎn)：飽和性，方向性共價(jià)晶體一般很硬，熔點(diǎn)也很高，但導(dǎo)電性很差.飽和性：一個(gè)原子只能形成一定數(shù)目的共價(jià)鍵飽和性：一個(gè)原子只能形成一定數(shù)目的共價(jià)鍵.方向性：通常在價(jià)電子電荷密度最大的方向上形成共價(jià)鍵方向性：通常在價(jià)電子電荷密度最大的方向上形成共價(jià)鍵.3.金屬晶體金屬鍵的基本特征是電子云的共有化，即在結(jié)合成晶體時(shí)，原來(lái)屬金屬鍵的基本特征是電子云的共有化，即在結(jié)合成晶體時(shí)，原來(lái)屬于各原子的價(jià)電子不在束縛在原子上，而轉(zhuǎn)變?yōu)樵谡麄€(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，于各原子的價(jià)電子不在束縛在原子上，而轉(zhuǎn)變?yōu)樵谡麄€(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它的波函數(shù)遍及整個(gè)晶體它的波函數(shù)遍及整個(gè)晶

18、體.由于共有化自由電子存在，因而金屬具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等.4.分子晶體如惰性氣體）倫敦力色散力）：倫敦力色散力）：2個(gè)原子或分子由于瞬時(shí)的電偶極矩而相互個(gè)原子或分子由于瞬時(shí)的電偶極矩而相互吸引作用吸引作用.葛生力：極性分子固有偶極間的相互作用力葛生力：極性分子固有偶極間的相互作用力德拜力：有極分子與無(wú)極分子之間的相互作用力德拜力：有極分子與無(wú)極分子之間的相互作用力（1倫敦力、葛生力、德拜力統(tǒng)稱(chēng)為范德瓦爾斯力，均與倫敦力、葛生力、德拜力統(tǒng)稱(chēng)為范德瓦爾斯力，均與r的的7次方成反比次方成反比.（2分子的結(jié)合力就是范德瓦爾斯力分子的結(jié)合力就是范德瓦爾斯力. 倫敦力在范德瓦爾斯力中起主要作用，倫敦力在范德瓦爾斯力中起主要作用， 它它比葛生力和德拜力大比葛生力和德拜力大.（3由于范德瓦爾斯力很