9、5 键参数
表征化学性质的物理量,统称为键参数,常见的键参数有键能、键长、键角、键级等。
9、5、1、键能
在标准状态下气态分子拆开成气态原子时,每种键所需能量的平均值。对于双原子分子,键能就是键解离能。
对于多原子分子,断开其中一个键并不得到气态自由原子,如H 2 O,断开第一个键得到的是H 和OH,它断开第一个H —O 键和断开第二个H —O 键,能量不会相等。同是C—C 单键,在不同的化学环境下,如在C—C—C 、C—C=C 和C—C≡C 中,邻键不同,键能也不相同。
所以,对于多原子分子,所谓键能,只是一种统计平均值。
键能的大小体现了共价键的强弱。单键、双键、叁键(如C-C、C=、C ≡C)对比,键能越来越大。见表9-6。
同周期元素的同类键(如H-F 、H-Cl 、H-Br 、H-I)的键能从上到下减小。但F-F 键能明显反常,竟然比Cl-Cl 甚至Br-Br 的键能还小。主要是由于氟原子过小,一个原子的电子对另一原子的电子会因形成分子而互相排斥。
键能对估算化学反应中的能量变化还很有实用价值。
使气态的多原子分子的键全部断裂形成此分子的各组组成元素的气态原子时所需能量,叫做该分子的原子化能。键能与原子化能的关系则是,气态分子的原子化能等于全部键能之和。
9、5、2、键长
键长是反映分子空间构型的重要物理量。分子内的核间距称为键长,单位为 。事实上,分子内的原子在不断振动之中,所谓键长,是指处于平衡点的核间距。用X射线衍射法可以精确地测得各种化学键的键长,见表9-6。一般情况下,键合原子的半径越小,成键电子对越多,其键长越短,键能越大,共价键越牢固。
同一种键长,例如羰基C=O 的键长,随分子不同而异,通常的数据是一种统计平均值。键长的大小与原子的大小、原子核电荷以及化学键的性质(单键、双键、三键、键级、共轭)等因素有关。
9、5、3、键角
键角也是反映分子空间构型的重要物理量。键角是指多原子分子中原子核的连线的夹角。例如H2O分子中,两个O-H键的夹角为 ,这就决定了H2O是V形构型;而在CO2分子中,两个C=O键的夹角是 说明CO2是直线型分子。然而,键角不像键长和键能,一个分子一个样儿,不可能形成通用数据。键角可通过X射线衍射、光谱等实验的方法精确测定。
键角的大小严重影响分子的许多性质,例如分子的极性,从而影响其溶解性、熔沸点等。
作业:
第十章 固体结构
§10、1 晶体类型
10、1、1、晶体的特征与内部结构
1、晶体的特征
固体是有一定体积和形状的物质。固体分为晶体和非晶体两大类,自然界中的固态物质大多数都是晶体。晶体有以下特征:
(1)规则的几何外形 一块完整的晶体在显微镜下可以观察到其规则的几何外形,如食盐( )晶体是立方体,明矾[硫酸铝钾 ]晶体是正八面体,石英( )晶体是六角柱体。
非晶体如玻璃、松香、沥青等没有规则的几何外形。因此称为无定形体。
(2)有固定的熔点 在一定压力下,晶体的熔点是一定的。例如,常压下冰的熔点为0℃,当冰没有完全融化之前,冰水混合物的温度是不会改变的。
非晶体没有固定的熔点,只有一段软化温度范围,在此温度范围内非晶体先软化成粘稠状,最后逐渐转变为液体,如松香的软化温度范围是50-70℃。
(3)呈现各向异性 取一张云母薄片,在其上面涂上很薄的一层石蜡,然后用烧热的钢针接触其反面,发现融化的石蜡呈椭圆形扩张;如果用玻璃做同样的实验,则融化的石蜡呈圆形,这说明云母的导热性沿不同方向是有差异的。这种晶体的某些物理性质(如导热性、导电性、光学性质和力学性质)沿不同方向有不同值的现象,称为各向异性。
非晶体是各向同性的,如打碎一块玻璃时,它并不是沿着一定方向破裂,而是得到不同形状的碎片。
因此,晶体是具有整齐规则的几何外形、有固定的熔点、各向异性的固体。
2、晶体内部结构
晶体和非晶体性质上的差异,主要是由内部结构决定的。晶体是由在空间排列的很有规律的的粒子(原子、分子、离子)组成的,晶体中粒子的排列按一定的方式不断重复出现,这种性质叫做晶体结构的周期性。晶体的一些特性都和粒子排列的的规律有关。
为便于研究晶体的几何结构及周期性,将晶体中的粒子抽象为几何学中的点,无数这样的点在空间按照一定的规律重复排列而组成的几何图形叫做晶格(或点阵),每个粒子的位置就是晶格结点。
晶格中最小的重复单位,即能体现晶格一切特征的最小单元称为晶胞,通常是一个六面体。晶胞是晶体结构的基本重复单位,无数个晶胞在空间紧密排列就组成了晶体。根据晶胞的特征,可划分为7个晶系,14种晶格,最常见的为简单立方、面心立方、体心立方和和简单六方四种晶格。