第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 物质 F N O 离子的电荷 +1 离子的半径 0.090.13 0.09 0.1330.133 0.132 nm 离子半径之 0.266 >0.230 0.231 离子间的作 增大 用 熔点/C860 属于离子晶体的物质通常为活泼金属(如Na,K,Ba,Sr,Mg, Ca等)的含氧酸盐类和卤化物、氧化物。例如可作为红外光谱仪棱镜 的氯化钠、碘化钾,可作为耐火材料的氧化镁,可作为建筑材料的碳 酸钙等。氯化钠、氯化钾、氯化钡的熔点、沸点较髙,稳定性较好, 不易受热分解。这些氯化物的熔融态还被用作高温时的加热介质,叫 做盐浴剂 2.分子晶体 在分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子,在分子 间以范德华力或氢键相结合。属于分子晶体的物质,一般为非金属元 素组成的共价化合物,如SiF4,SiCl4,SiBr4等。对于无氢键的相同类 型分子晶体,分子间力随相对分子质量增大而增大。分子间力比氢键 弱,熔点、沸点也相应有这个规律。由于分子间力较弱,分子晶体的 硬度较小,熔点一般低于400℃,并有较大的挥发性,如碘片、萘等。 分子晶体由电中性分子组成,所以固态和熔融态都不导电,是电 的绝缘体。如六氟化硫(SF6)是非极性分子,它的熔点、沸点低,稳 定性好,不着火,能耐髙电压而不被击穿,又是优质气体绝缘材料, 主要用于变压器及高电压装置中。但某些分子晶体中,由于分子内含 有极性较强的共价键,能溶于水生成水合氢离子和水合酸根阴离子, 因而水溶液能导电,如HCl晶体、HAC晶体等。 高分子化合物也有晶态结构,但没有小分子晶体那么典型。结晶 高分子化合物的分子链之间、基团间、原子间的作用也是分子间力
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 6 - 物 质 K F Na F Ca O 离子的电荷 +1 —1 ≈ +1 —1 <+2 —2 离子的半径 /nm 0.133 0.133 0.09 7 0.13 3 0.09 9 0.132 离子半径之 和/nm 0.266 > 0.230 ≈ 0.231 离子间的作 用 增大 熔点/℃ 860 933 2164 属于离子晶体的物质通常为活泼金属（如 Na，K，Ba，Sr，Mg， Ca 等）的含氧酸盐类和卤化物、氧化物。例如可作为红外光谱仪棱镜 的氯化钠、碘化钾，可作为耐火材料的氧化镁，可作为建筑材料的碳 酸钙等。氯化钠、氯化钾、氯化钡的熔点、沸点较高，稳定性较好， 不易受热分解。这些氯化物的熔融态还被用作高温时的加热介质，叫 做盐浴剂。 2.分子晶体 在分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子，在分子 间以范德华力或氢键相结合。属于分子晶体的物质，一般为非金属元 素组成的共价化合物，如 SiF4，SiCl4，SiBr4 等。对于无氢键的相同类 型分子晶体，分子间力随相对分子质量增大而增大。分子间力比氢键 弱，熔点、沸点也相应有这个规律。由于分子间力较弱，分子晶体的 硬度较小，熔点一般低于 400℃，并有较大的挥发性，如碘片、萘等。 分子晶体由电中性分子组成，所以固态和熔融态都不导电，是电 的绝缘体。如六氟化硫（SF6）是非极性分子，它的熔点、沸点低，稳 定性好，不着火，能耐高电压而不被击穿，又是优质气体绝缘材料， 主要用于变压器及高电压装置中。但某些分子晶体中，由于分子内含 有极性较强的共价键，能溶于水生成水合氢离子和水合酸根阴离子， 因而水溶液能导电，如 HCl 晶体、HAC 晶体等。 高分子化合物也有晶态结构，但没有小分子晶体那么典型。结晶 高分子化合物的分子链之间、基团间、原子间的作用也是分子间力
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 3.原子晶体 绝大多数由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体,但也有 小部分形成原子晶体,如常见的C(金刚石,立方型),Si,Ge, As,(俗称金刚砂),SiO2,B4C,BN(立方型),GaAs等。金刚石 的晶体结构如图1-16所示(投影片)。在原子晶体的晶格结点上排列着 中性原子,原子间由共价键结合,这种作用比分子间力强得多,所以 般具有很髙的熔点和硬度。在工程实际中,原子晶体经常被选为磨 料或耐火材料。尤其是金刚石,由于碳原子半径较小,原子间共价键 强度大,要破坏4个共价键或扭歪键角都需要很大能量,所以熔点高 达3550℃,硬度也极大。原子晶体的延展性很小,有脆性。由于原子 晶体中没有离子,固态、熔融态都不易导电,所以可作电的绝缘体。 但是某些原子晶体,如Si,Ge,Ga,As等可以作为优良的半导体材料 原子晶体在一般溶剂中都不溶解。 4.金属晶体 在金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子是 通过自由电子而结合的,这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成 金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关 金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度,通常所说的耐 高温金属就是指熔点高于铬的熔点(185℃)的金属,集中在副族,其 中熔点最高的是钨(3410℃)和铼(3180℃)。它们是测高温用的热 电偶材料。也有部分金属晶体单质的熔点较低,如汞的熔点是-38.87℃, 常温下为液体,锡是231.97℃,铅是327.5℃,秘是271.3℃,都是 低熔金属。它们的合金称为易熔合金,熔点更低,应用于自动灭火设 备、锅炉安全装置、信号仪表、电路中的保险丝等。 与离子晶体、分子晶体和原子晶体相比,金属晶体具有良好的导 电、导热性,尤其是第I副族的CuAg,Au。它们还有良好的延展性 等机械加工性能,有金属光泽、对光不透明等特性。 5.过渡型晶体 将晶体分成上述四个基本类型,给研究和使用带来很多方便。但 我们接触到的成千上万种晶体物质中,有很多不能用这些基本类型概 7
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 7 - 3.原子晶体 绝大多数由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但也有 一小部分形成原子晶体，如常见的 C（金刚石，立方型），Si，Ge， As，（俗称金刚砂），SiO2，B4C，BN（立方型），GaAs 等。金刚石 的晶体结构如图 1－16 所示(投影片)。在原子晶体的晶格结点上排列着 中性原子，原子间由共价键结合，这种作用比分子间力强得多，所以 一般具有很高的熔点和硬度。在工程实际中，原子晶体经常被选为磨 料或耐火材料。尤其是金刚石，由于碳原子半径较小，原子间共价键 强度大，要破坏 4 个共价键或扭歪键角都需要很大能量，所以熔点高 达 3550℃，硬度也极大。原子晶体的延展性很小，有脆性。由于原子 晶体中没有离子，固态、熔融态都不易导电，所以可作电的绝缘体。 但是某些原子晶体，如 Si，Ge，Ga，As 等可以作为优良的半导体材料。 原子晶体在一般溶剂中都不溶解。 4.金属晶体 在金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子是 通过自由电子而结合的，这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成 金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关。 金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度，通常所说的耐 高温金属就是指熔点高于铬的熔点（185℃）的金属，集中在副族，其 中熔点最高的是钨（3410℃）和铼（3180℃）。它们是测高温用的热 电偶材料。也有部分金属晶体单质的熔点较低，如汞的熔点是-38．87℃， 常温下为液体，锡是 231.97℃，铅是 327．5℃，秘是 271．3℃，都是 低熔金属。它们的合金称为易熔合金，熔点更低，应用于自动灭火设 备、锅炉安全装置、信号仪表、电路中的保险丝等。 与离子晶体、分子晶体和原子晶体相比，金属晶体具有良好的导 电、导热性，尤其是第 I 副族的 Cu，Ag，Au。它们还有良好的延展性 等机械加工性能，有金属光泽、对光不透明等特性。 5.过渡型晶体 将晶体分成上述四个基本类型，给研究和使用带来很多方便。但 我们接触到的成千上万种晶体物质中，有很多不能用这些基本类型概
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 括。在它们的晶格结点粒子间的键型发生了变异,属于过渡型晶体。 例如,对于同一元素的卤化物、氧化物来说,高价态的倾向于形成共 价键为主的分子晶体,熔点、沸点较低;低价态的倾向于形成以离子 键为主的离子晶体,熔点、沸点较髙。这可用离于极化理论来解释, 离子极化理论,简单地说,就是从离子键概念出发,把正离子看成具 有吸引负离子电子云的“极化‘能力,把负离子看成其电子云只有被 正离子吸引而远离核变形(“被极化”)的能力。这样,正离子价态 越高,吸引负离子的电子云的能力越强;负离子的半径越大,其电子 示越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。FC的 熔点为672℃,而FeCl3的熔点为306℃,就是由于FeCl3极化能力比 FeCl强,离子间作用力减弱的结果。有时,氧化物还可偏向原子晶体 例如SjO2的熔点是1610℃;而SiCl4是典型的分子晶体,熔点为70℃。 过渡型晶体的这个特性,在工程实际中应用很广。例如,利用 碘化钨(WI2)熔点低易挥发的特性,在灯管中加入少量Ⅰ可制得碘钨 灯。当钨丝受热,温度维持250~650℃时,W升华到灯管壁与I2生 成WI2;WI2在整个灯管内扩散,碰到髙温钨灯丝便重新分解,并把 钨留在灯丝上;这样循环不息,可以大大提高灯的发光效率和寿命。 如果把金属钨改成稀土元素镝(Dy)、钬(Ho),同样的道理可提高 灯的发光效率和寿命,而且由于Dy和Ho原子的能级多,受激发放出 与太阳接近的多种颜色的原子发射光谱而成“太阳灯”。 在工程实际应用中需要特别提及的是过渡型晶体的金属有机化合 物。若用M表示金属原子,则M-C键不是典型的离子键,其键能 般小于C一C键,因此易在MC处断裂。这广泛用于化学气相沉积 沉积成高附着性的金属膜,例如三丁基铝和三异丙基苯铬热解,分别 得到金属铝膜和铬膜。同样,在金属的烷氧基化合物中,若M表示金 属的原子,实验证明O一C键较M一O键要弱,因此易在O-C键处 断裂,沉积出金属的氧化物。金属的烷基化合物和金属的皖氧基化合 物都是金属有机化合物。 6.混合键型晶体 实际晶体还有晶格粒子间同时存在几种作用力的混合健型晶体
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 8 - 括。在它们的晶格结点粒子间的键型发生了变异，属于过渡型晶体。 例如，对于同一元素的卤化物、氧化物来说，高价态的倾向于形成共 价键为主的分子晶体，熔点、沸点较低；低价态的倾向于形成以离子 键为主的离子晶体，熔点、沸点较高。这可用离于极化理论来解释。 离子极化理论，简单地说，就是从离子键概念出发，把正离子看成具 有吸引负离子电子云的“极化‘能力，把负离子看成其电子云只有被 正离子吸引而远离核变形（“被极化”）的能力。这样，正离子价态 越高，吸引负离子的电子云的能力越强；负离子的半径越大，其电子 示越易被正离子吸引过去。结果减弱了正、负离子间作用力。FeCl2 的 熔点为 672℃，而 FeC13 的熔点为 306℃，就是由于 FeCl3 极化能力比 FeCl2 强，离子间作用力减弱的结果。有时，氧化物还可偏向原子晶体， 例如 SiO2 的熔点是 1610℃；而 SiCl4 是典型的分子晶体，熔点为-70℃。 过渡型晶体的这个特性，在工程实际中应用很广。例如，利用二 碘化钨（WI2）熔点低易挥发的特性，在灯管中加入少量 I2 可制得碘钨 灯。当钨丝受热，温度维持 250～ 650℃时， W 升华到灯管壁与 I2 生 成 WI2； WI2 在整个灯管内扩散，碰到高温钨灯丝便重新分解，并把 钨留在灯丝上；这样循环不息，可以大大提高灯的发光效率和寿命。 如果把金属钨改成稀土元素镝（Dy）、钬（HO），同样的道理可提高 灯的发光效率和寿命，而且由于 Dy 和 HO 原子的能级多，受激发放出 与太阳接近的多种颜色的原子发射光谱而成“太阳灯”。 在工程实际应用中需要特别提及的是过渡型晶体的金属有机化合 物。若用 M 表示金属原子，则 M－C 键不是典型的离子键，其键能一 般小于 C－C 键，因此易在 M—C 处断裂。这广泛用于化学气相沉积， 沉积成高附着性的金属膜，例如三丁基铝和三异丙基苯铬热解，分别 得到金属铝膜和铬膜。同样，在金属的烷氧基化合物中，若 M 表示金 属的原子，实验证明 O－C 键较 M－O 键要弱，因此易在 O－C 键处 断裂，沉积出金属的氧化物。金属的烷基化合物和金属的皖氧基化合 物都是金属有机化合物。 6.混合键型晶体 实际晶体还有晶格粒子间同时存在几种作用力的混合健型晶体