第十八堂课 工科化学.ppt

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1、元素化学与无机材料第6章1联系物质结构基础知识,了解单质和某些化合物的熔点、硬度以及导电性等物理性质的一般规律。本章学习要求联系化学热力学基础知识,了解单质氧化还原性的一般规律。联系周期系和电极电势,明确某些化合物的氧化还原性和酸碱性等化学性质的一般规律。了解配合物的组成、命名。了解配合物价键理论的基本要点以及配合物的某些应用。了解重要金属、金属材料、无机非金属材料及纳米材料的特性及应用。2目录6.1单质的物理性质6.2单质的化学性质6.3无机化合物的物理性质6.4无机化合物的化学性质6.5配位化合物6.6无机材料36.1单质的物理性质在目前发现的112种元素中，单质的存在状态各

2、异，有气态、液态和固态三种。思考：单质的物理性质主要与什么因素有关？单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子结构或晶体结构具有一定的规律性，因此单质的物理性质也有一定的规律性。46.1.1熔点、沸点和硬度单质的熔点、沸点和硬度概述单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势，即熔点高的单质其沸点一般也高，硬度也较大。第2、3周期元素的单质从左到右，逐渐升高，IVA最高，随后降低；第4、5、6周期元素的单质从左到右，逐渐升高，VIB最高，随后总趋势是逐渐降低。即：高熔点、高硬度单质集中在中部，其两侧较低。51单质的熔点表6.1单质的熔点(°C)62单质的沸点表6.2单

3、质的沸点(°C)73单质的硬度表6.3单质的硬度(莫氏)84主族元素的晶体类型IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0H2分子H2分子He分子Li金属Be金属B近原子C金刚石,原子石墨,层状N2分子O2分子F2分子Ne分子Na金属Mg金属Al金属Si原子P分子,层状S分子,链状Cl2分子Ar分子K金属Ca金属Ga金属Ge原子As分子,层状Se分子,链状Br2分子Kr分子Rb金属Sr金属In金属Sn原子,金属Sb分子,层状Te链状I2分子Xe分子Cs金属Ba金属Tl金属Pb金属Bi层状,近金属Po金属AtRn分子表6.4主族元素的晶体类型95非金属单质的晶体结构图6.2非金属单

4、质的分子和晶体结构示意图金属晶体10C60的发现图6.3C60结构图1996年Kroto,Smalley及Curl三位教授因首先发现C60而荣获瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔化学奖。H.W.克鲁托HaroldW.KrotoR.E.史沫莱RichardE.SmalleyR.F.柯尔RobertF.Curl图6.4发现C60的三位科学家11碳的同素异形体碳的同素异形体金刚石：sp3网格状硬度大石墨：sp2片层状润滑性、导电性C60：类sp2球烯多种优异性能图6.5碳的同素异形体石墨C60金刚石126.1.2导电性和能带理论1单质的导电性金属能三维导电，是电的良导体；许多非金属单质不能导电

5、，是绝缘体；介于导体与绝缘体之间的是半导体，例如Si、Ge等。思考：单质中最好的导体是什么？Ag、Cu、Au、Al等是最好的导电材料。金属的纯度以及温度等因素对金属的导电性能影响相当重要。131单质的电导率表6.5单质的电导率(MS·m-1)142固体能带理论以分子轨道理论为基础。以钠为例，两个3s原子轨道可以组合形成两个分子轨道：一个能量较低的成键分子轨道和一个能量较高的反键分子轨道。当原子数目n很大时，分子轨道数也很多，这些分子轨道的能级之间相差极小，形成了具有一定上限和下限的能带，由于3s原子轨道之间的相互作用，形成3s能带。设有1molNa原子，按泡利不相容原理可以容纳2

6、NA个电子，而1molNa原子只有NA个电子，只能充满3s能带较低的一半分子轨道，其他一半是空的。此时，3s能带是未满的能带，简称未满带。图6.61mol钠原子的3s轨道能带153能带理论的应用金属晶体中存在这种未满的能带是金属能导电的根本原因。绝缘体的特征是价电子所处的能带都是满带，且满带与相邻的空带之间存在一个较宽的禁带。半导体的能带与绝缘体的相似，但半导体的禁带要狭窄得多。16空能级电子占用能级a导体空带禁带满带b半导体空带禁带满带c绝缘体图6.7导体、半导体和绝缘体的能带模型示意图满带空带176.2单质的化学性质单质的化学性质通常表现为氧化还原性非金属单质的特征是化学反应

7、中能获得电子而表现出氧化性，但不少非金属单质有时也能表现出还原性。金属单质最突出的性质是它们容易失去电子而表现出还原性186.2.1金属单质的还原性思考1：金属单质的还原性主要与哪些因素有关？从结构因素考虑，主要与元素的核电荷数、原子半径和最外层电子数有关。思考2：金属单质的还原性主要体现在哪些反应上？金属与氧的作用金属置换H的能力191金属单质活泼性规律同一周期在短周期中，从左到右金属单质的还原性逐渐减弱。在长周期中的递变情况和短周期一致，但较为缓慢，也有例外。同一族自上而下主