化学键晶体结构.doc

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1、晶体结构Chapter8　ChemicalBondsandStructuresofMolecules&Crystals这一章是化学的核心，因为结构决定性质。如白磷、红磷的结构不同，性质也不同；石墨、金刚石和C60等的结构不同，性质也不同。这一章重点讲授共价键、离子键、金属键以及分子几何构型、金属晶体、原子晶体和离子晶体的晶体结构。另外我们也讨论分子间的作用力以及对分子晶体的一些性质的影响。§8-1　共价键与分子几何构型CovalentBondsandMolecularGeometricStructure一、经典共

2、价键理论（ClassicalCovalentBondTheory）¾LewisStructure(OctetRule)（八电子规则）　1．基本思想：当ns、np原子轨道充满电子，会成为八电子构型，该电子构型是稳定的，所以在共价分子中，每个原子都希望成为八电子构型（H原子为2电子构型）。　2．共价分子中成键数和孤电子对数的计算：例如：P4S3、HN3、N、H2CN2（重氮甲烷）、NO(1)计算步骤：a．令no¾共价分子中，所有原子形成八电子构型（H为2电子构型）所需要的电子总数b．令nv¾共价分子中，所有原子的价电

3、子数总和c．令ns¾共价分子中，所有原子之间共享电子总数ns=no-nv，ns/2=(no-nv)/2=成数d．令nl¾共价分子中，存在的孤电子数。（或称未成键电子数）nl=nv-ns，nl/2=(nv-ns)/2=孤对电子对数P4S3HN3NH2CN2NOno7×8=562+3×8=265×8=402×2+8×3=284×8=32nv4×5+3×6=381+3×5=165×5-1=241×2+4+5×2=165+6×3+1=24ns/2(56-38)/2=9(26-16)/2=5(40-24)/2=8(28-1

4、6)/2=6(32-24)/2=4　3．Lewis结构式的书写146CH2N2（重氮甲烷）　　当Lewis结构式不只一种形式时，如何来判断这些Lewis结构式的稳定性呢？如HN3可以写出三种可能的Lewis结构式，可以写出四种可能的Lewis结构式，而重氮甲烷只能写出两种可能的Lewis结构式。　4．Lewis结构式稳定性的判据¾¾形式电荷QF（formalcharge）(1)QF的由来　　以CO为例　no=2´8=16nv=4+6=10ns/2=(16-10)/2=3nl/2=(10-6)/2=4为了形成三对平

5、等的共价键，可以看作O原子上的一个价电子转移给C原子，即：，所以氧原子的QF为+1，碳原子的QF为-1。从这个实例中可以看出：形式电荷与元素性质没有任何直接联系，它是共价键形成的平等与否的标志。(2)QF的计算公式：QF=原子的价电子数-键数-孤电子数在CO中，QF(C)=4-3-2=-1QF(O)=6-3-2=+1对于HN3　　形式(I)、(III)中形式电荷小，相对稳定，而形式(II)中形式电荷高，而且相邻两原子之间的形式电荷为同号，相对不稳定，应舍去。QF可以用另一个计算公式来求得：QF=键数-特征数(特征

6、数=8-价电子数)对于缺电子化合物或富电子化合物，由于中心原子的价电子总数可以为6(BF3)、10(OPCl3)、12(SF6)等，则中心原子的特征数应该用实际价电子总数（修正数）减去其价电子数来计算。例如SF6中S的特征数不是2，而应该是6（12-6=6）。(3)稳定性的判据：　　a．在Lewis结构式中，QF应尽可能小，若共价分子中所有原子的形式电荷均为零，则是最稳定的Lewis结构式；b．两相邻原子之间的形式电荷尽可能避免同号。(4)如果一个共价分子有几种可能的Lewis结构式，那么通过QF的判断，应保留最

7、稳定和次稳定的几种Lewis结构式，它们互称为共振结构。例如：H－N＝N＝NH－N－N≡N,互称为HN3的共振结构式。　5．Lewis结构式的应用（ApplicationofLewisstructures）(1)可以判断Lewis结构式的稳定性；例如：氰酸根离子OCN－比异氰酸根离子ONC－稳定。(2)可以计算多原子共价分子的键级；如上面的H－N(a)－N(b)－N(c)中，(I)、(III)两个HN3共振结构式可知：N(a)－N(b)之间的键级=(1+2)/2=3/2，N(b)－N(c)之间的键级=(2+3)/

8、2=5/2146再如：C6H6（苯）的共振结构式为，其C－C键级=(1+2)/2=3/2(3)可以判断原子之间键长的长短。键级越大，键能越大，键长越短。在HN3中，N(a)－N(b)的键长＞N(b)－N(c)的键长，在C6H6中，C－C键的键长都是一样的，都可以通过键级来判断。　6．特殊情况（Specialconditions）(1)对于奇电子化合物，如NO2，只能用特殊