物质的化学组成和聚集状态.ppt
2023/11/15,青岛理工大学,1,第二章物质的化学组成和聚集状态,2023/11/15,青岛理工大学,2,回顾：,1.物质的化学组成？,2.物质的聚集状态？,2023/11/15,青岛理工大学,3,2、1 物质的化学组成,分子是保持物质化学性质的最小微粒。分子是由原子组成。分子和原子是人们认识物质的结构和化学反应的基础。,2023/11/15,青岛理工大学,4,一、具有复杂化学组成的物质：,整比分子：,非整比分子：,整数比的简单分子,组成简单，原子间成一定整数比；符合正常化合价规则的化合物。,组成复杂，原子间不成整数比；不符合正常化合价规则的化合物。,2023/11/15,青岛理工大学,5,非整比分子在材料中具有十分重要的作用,Eg.,碳化物、氮化物：提高钢材的硬度。,“黑漆”Sn1-XCu xO2：古铜镜表层的耐磨物质。,Y2O2S：Eu3+：彩色电视发光材料用的红粉 Y2O2S：Tb3+：彩色电视发光材料用的绿粉(Ca，Sr)10(PO4)6Cl2：Eu3+：彩色电视发光材料用的蓝粉,(Co0.90Fe0.06Ni0.02Nb0.02)78Si22-xBx：录音磁头的合金组成。,(GdCo，GdFe)：计算机储存元件的非晶态材料。,YnBa2CumO7-8：La1-nLim-3：高温超导体材料。,2023/11/15,青岛理工大学,6,Si：H,非晶态,硅,掺入和掺入的量不确定,氢,非晶氢化硅：信息、电子工业中经常用到的半导体材料。P20,结论：物质的特性取决于它们的组成和结构。,Eg.,Ti50Ni：相转变温度为60；Ti51Ni：相转变温度为30。,2023/11/15,青岛理工大学,7,团簇：原子簇、分子簇,由几个至几百个原子或分子组成的物质，其大小属于纳米（10-9m）数量级。,由化学成分和结构比较简单的单元重复结合而成，包括：,金属簇：Lin、Cun 非金属簇：Cn、Arn 分子簇：(H2O)n、(NaCl)n,Eg.,金刚石：石墨：球碳：,1996年，Nobel Price,2023/11/15,青岛理工大学,8,二、高分子化合物：,又称“高聚物”，简称“高分子”，有时也称“大分子化合物”。相对分子质量高达几千甚至几百万。,1.分类,塑料、橡胶、纤维、胶粘材料、功能高分子等,2023/11/15,青岛理工大学,9,碳链聚合物 主链完全由C原子组成的聚合物,杂链聚合物 主链除C原子外，还含有O、N、S等杂原子。,元素有机聚合物 主链中无C原子，而是由Si、Al、O、N、S、P等原子组成，但侧链中有C原子,2023/11/15,青岛理工大学,10,聚氯乙烯:,链节：高分子的特定结构单元,可简写为：,聚合度：高分子链所含链节的数目 n 1000,单体：能够提供结构单元的低分子化合物：CH2CHCl,高聚物,掌握,2023/11/15,青岛理工大学,11,单体,Eg.,Page:22,2023/11/15,青岛理工大学,12,2.高分子化合物的特征,2023/11/15,青岛理工大学,13,3.高分子化合物的命名,2023/11/15,青岛理工大学,14,（1）按原料单体或聚合物的结构特征命名 在单体名称前冠以“聚”字例:烯类单体形成的聚合物:聚乙烯、聚氯乙烯,以聚合物结构特征的名称结合单体名称命名:,2023/11/15,青岛理工大学,15,第一个“6”：二元胺的碳原子数第二个“6”：二元酸的碳原子数,聚酰胺-610,己二酸,己二胺,掌握,2023/11/15,青岛理工大学,16,4.高分子化合物的合成,原料,2023/11/15,青岛理工大学,17,三、配位化合物：,又称“配合物”，也称“络合物”。它是一大类化合物，由金属正离子（或中性原子）作为中心，有若干个负离子或中性分子按一定的空间位置排列在中心离子的周围，形成的一种复杂化合物。,掌握,2023/11/15,青岛理工大学,18,1.配合物的组成,外界,内界,中心离子,配位体,配位原子,配位数,掌握,2023/11/15,青岛理工大学,19,名词,配离子:配位中心和配体组成的稳定离子，即内界。,配体：按一定的空间位置排列在配位中心周围的负离子或中性分子，为有孤对电子的分子或离子，:NH3、H2O:、:F、:SCN:,配位中心：处于配合物中心位置的金属（中性）原子或 金属离子。,中心原子、中心离子,例：Ag(NH3)2+、CuCl42、Fe(SCN)63。,配位原子(离子)：能够与中心离子形成配位键的原子，配体中提供孤对电子的原子或离子。,例：:NH3、H2O:、:F:SCN:,2023/11/15,青岛理工大学,20,配盐：Ag(NH3)2Cl、K3Fe(OH)6。配酸：H3 Fe(OH)6、H2CuCl4。配碱：Co(NH3)6(OH)3。,配位数：配位原子的总数(并非配体的总数)。,单齿配体：每个配体仅提供一个配位原子。,多齿配体：每个配体可提供两个及以上的配位原子。,配合物：由配离子组成的化合物。,配位键：中心离子与配位原子之间形成的化学键。,例：乙二胺（en）、乙二胺四乙酸（EDTA）。,2023/11/15,青岛理工大学,21,配位原子：2个N原子,2023/11/15,青岛理工大学,22,乙二胺四乙酸（EDTA）：,配位原子：2个N原子，4个O原子,2023/11/15,青岛理工大学,23,Ca(EDTA)2-,2023/11/15,青岛理工大学,24,习题：KCo(NO2)4(NH3)2 Co(SCN)(NH3)5SO4 指出内界、外界、中心原子或离子、配体、配位原子、配位数,2023/11/15,青岛理工大学,25,螯合物：,羰合物：,多齿配体与中心离子形成配合物时，往往形成环状结构的螯合离子，这样的配合物叫作“螯合物”。,Eg.,Cu(en)2SO4,配位化合物的配位中心也可以是中性原子，许多过渡元素的原子，如：Fe、Co、Ni，可以与CO形成羰合物。,Fe(CO)5、Co2(CO)8,Eg.,2023/11/15,青岛理工大学,26,2.配合物的命名,负离子为复杂离子（配离子、SO4 2、Ac）：,某酸某,负离子为简单离子（Cl、S2、OH）：,某化某,负离子,正离子,配离子的命名：,配位数,合,中心原子,（罗马数字）,配体,2023/11/15,青岛理工大学,27,配体都是负离子:简单离子、复杂离子。,命名顺序,配体都是中性分子:H2O、NH3、有机分子。,两者混合:负离子、中性分子。,例:Cu(H2O)(NH3)(en)SO4,硫酸一水一氨 乙二氨合铜(),例：CoCl(NH3)5 Cl2,二氯化一氯 五氨合钴(),例:KFeCl2(SCN),二氯 硫氰酸合铁()酸钾,2023/11/15,青岛理工大学,28,实例:,（1）含负配离子的配合物:,某酸某,K3Fe(CN)6 六氰合铁()酸钾,K4Fe(CN)6 六氰合铁()酸钾,H2PtCl6 六氯合铂()酸,HAuCl4 四氯合金()酸,Na3Ag(S2O3)2 二(硫代硫酸根)合银()酸钠,KCo(NO2)4(NH3)2 四硝基 二氨合钴()酸钾,KPtCl3(C2H4)三氯 乙烯合铂()酸钾,2023/11/15,青岛理工大学,29,Cu(NH3)4SO4 硫酸四氨合铜()Co(NO2)(NH3)5SO4 硫酸一硝基五氨合钴()CoCl(SCN)(en)2NO2 亚硝酸一氯硫氰酸根二乙 二胺合钴()Co(NCS)(NH3)5Cl2 二氯化异硫氰酸根五氨合钴(),（2）含正配离子的配合物（类似无机化合物的盐类命名）,（3）非电解质配合物,Ni(CO)4 四羰基合镍（0）Co(NO2)3(NH3)3 三硝基.三氨合钴()PtCl4(NH3)2 四氯.二氨合铂(),2023/11/15,青岛理工大学,30,练习：填空：配合物 Co(en)2(NO2)Cl 的中心离子是 _，命名为，配位数是 _，配体是_。,一氯一硝基二（乙二胺）合钴()配离子,钴(),6,en、NO2、Cl,2023/11/15,青岛理工大学,31,本节重点：高分子化合物的分类、组成与命名 配位化合物的组成与命名,2023/11/15,青岛理工大学,32,四、生命大分子：五、金属有机化合物：,自学,2023/11/15,青岛理工大学,33,1、2 固体,聚集状态中的固态物质叫做“固体”。,定义,2023/11/15,青岛理工大学,34,一、晶体,固体,内部微粒(分子、原子、离子)有规则排列，有固定的熔点。大多数固体是晶体。,内部微粒无规则排列。无固定的熔点，只有软化的温度范围。象玻璃、石蜡。,晶体,凡是晶体由一颗晶粒组成，或者说能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体，就是单晶体。,晶胞的位向互不一致的晶体，就是多晶体。,各向异性,各向同性,2023/11/15,青岛理工大学,35,名词：,晶格：晶体中的微粒按一定方式有规则周期性地排列 构成的几何图形。象六面体晶格、八面体晶格。,格点：在晶格中排有微粒的那些点。,晶胞：能够完全代表晶格特征的最小单元。,点阵,2023/11/15,青岛理工大学,36,晶体的基本类型,晶体,原子 共价键,分子 分子间力和氢键,原子和离子 金属键,根据：晶格结点上微粒的种类组成不同 粒子间相互作用力的不同,2023/11/15,青岛理工大学,37,1.离子晶体,特点:,格点上的微粒是正负离子，作用力是离子键。熔点高、硬度大、延展性差。电荷愈高、半径愈小其熔沸点愈高，硬度愈大。,例：NaF CaO MgO 离子电荷+1 1+2 2+2 2 离子半径 2.3 2.3 1.98 硬度 2.3 4.5 6.0,离子晶体溶于极性溶剂。熔融态或水溶液可导电。固体不导电。,一般S区元素与氧和A族元素形成离子晶体。,NaCl、MgO、MgSO4,2023/11/15,青岛理工大学,38,例：,MgO晶体，晶格结点上排列微粒为_，微粒间作用力为 _，晶体类型为_，预测熔点为_。,Mg2+、O2-,离子键,离子晶体,很高,例：,排列NaI、NaBr、NaCl、NaF 熔沸点变化顺序，并解释原因。,熔沸点：NaF NaCl NaBr NaI 原因:它们都是离子晶体，离子间的作用力与离子的电 荷、半径有关，当电荷相同时，离子间半径愈大 作用力愈小，熔沸点愈低。,2023/11/15,青岛理工大学,39,Page：43,2.比较CaF2、CaO、CaCl2、MgO的熔点高低,首先，它们均为离子型晶体：电荷愈高、半径愈小，其熔沸点愈高。,Ca2+、Mg2+电荷相等，半径：Ca2+Mg2+；FCl,结论：CaCl2 CaF2 CaO MgO OR：MgO CaO CaF2 CaCl2,2023/11/15,青岛理工大学,40,2.原子晶体,特点,格点上的微粒是原子，微粒间的作用力是共价键。具有较高的熔沸点和硬度。熔融态不导电。原子晶体的数量很少。C金、SiO2、SiC。原子晶体中没有分子的概念。,C金、SiO2、SiC,2023/11/15,青岛理工大学,41,3.分子晶体,特点,格点上的微粒是分子,微粒间的作用力是分子间力 和氢键。,熔沸点和硬度都较低,且随分子量增加而增大。固体和熔融态都不导电。除少量原子晶体外大多数共价化合物属分子晶体。,例题：下列各组物质沸点高低顺序中正确的是 _。A）HI HBr HCl HF B)H2Te H2Se H2S H2O C)NH3 AsH3 PH3 D)CH4 GeH4 SiH4,C,N2、O2、I2、CO2、H2O,2023/11/15,青岛理工大学,42,3.比较SiC、SiF4、SiBr4的熔点高低,SiC为原子晶体，其熔沸点最高；SiF4、SiBr4均为分子型晶体：分子量愈高，其熔沸点愈高。,结论：SiF4 SiBr4 SiC OR：SiC SiBr4 SiF4,2023/11/15,青岛理工大学,43,5.比较并说明理由：,（2）SiO2、CO2、BaO的硬度大小,结论：硬度：SiO2 BaO CO2,原子晶体,分子晶体,离子晶体,2023/11/15,青岛理工大学,44,可解释温度升高导电率下降、金属的延展性好、成单电子多金属键较强。,金属键 电子气理论,4.金属晶体,特点,格点上的微粒是金属原子或金属离子,微粒间的作用 力是金属键。,熔沸点和硬度与金属键的强弱有关。固体和熔融态都导电。固体的延展性好。,大多金属单质与合金,2023/11/15,青岛理工大学,45,晶体的基本类型,离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体,金属原子或正离子,正、负离子,原子,分子,离子键,共价键,分子间力（氢键）,金属键,高,较高,低,一般较高部分低,大,较大,小,一般较大部分小,水溶液、熔融状态导电,绝缘体或半导体,一般不导电,良导体,总结：,掌握,2023/11/15,青岛理工大学,46,思考：,C、Si都是A元素，而干冰(CO2)和方石英(SiO2)的物理性质差异很大，干冰在78.5时升华，而SiO2的熔点却高达1610。why？,干冰(CO2)是分子晶体，晶体中微粒之间作用力是 分子间相互作用力，较弱；方石英(SiO2)是原子晶体，晶体中微粒之间作用力是 共价键，较强。,2023/11/15,青岛理工大学,47,例题：,CO2、SiO2、MgO、Ca 的晶体类型分别是 _，熔点最高的是_，熔点最低的是_。,分子晶体、,原子晶体、离子晶体、金属晶体,SiO2,CO2,例题：,下列晶体熔化时，需要破坏共价键的是_。A)SiO2 B)HF C)KF D)Pb,A,2023/11/15,青岛理工大学,48,例题：,已知下列两类晶体的熔点()。为什么钠卤化物的熔点总是比相应硅化物的熔点高？为什么钠卤化物的熔点变化和硅化物的熔点变化规律不一致？NaF(993),NaCl(801),NaBr(747),NaI(601)SiF4(-90.2),SiCl4(-70),SiBr4(-5.4),SiI4(120.4),离子晶体,分子晶体,2023/11/15,青岛理工大学,49,5.过渡型晶体,(1)链状结构晶体,硅酸盐晶体,SiO四面体,2023/11/15,青岛理工大学,50,(2)层状结构晶体,石墨,2023/11/15,青岛理工大学,51,C:2S2 2P2,C 取SP2杂化，平面三角型，剩余一个P电子在垂直平面的方向上形成多电子键。,思考：金刚石和石墨都是碳的同素异形体，为什么性质差异很大？,2023/11/15,青岛理工大学,52,过渡型晶体,晶格结点粒子间的键型发生了变异,氯化物:,活波金属氯化物：NaCl、KCl、BaCl2 离子晶体非金属氯化物:PCl3、CCl4、SiCl4 分子晶体AlCl3、FeCl3、CrCl3、ZnCl2 过渡型晶体,氧化物:,活波金属氧化物：Na2O、BaO、CaO 离子晶体大多非金属氧化物:CO2、SO2、N2O5 分子晶体 Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、NiO 过渡型晶体,2023/11/15,青岛理工大学,53,同一元素低价态的物质倾向于离子键为主的离子晶体，熔沸点较高同一元素高价态的物质倾向于共价键为主的分子晶体，熔沸点较低,熔点：FeCl3 FeCl2 SnCl4 SnCl2,对于氯化物和氧化物：,例:,2023/11/15,青岛理工大学,54,离子极化理论:,要点:,离子相互极化作用增强,离子键,共价键,极化作用的强弱,极化力:使其它离子极化而发生变形的能力。主要指正离子。电荷越高，极化作用越强。Al3+Fe2+,2023/11/15,青岛理工大学,55,例：熔点FeCl3 FeCl2 SnCl4 SnCl2,极化力：Fe3 Fe2，电荷高，极化作用强，FeCl3是倾向于以共价键为主的分子晶体，熔点低；FeCl2是倾向于以离子键为主的离子晶体，熔点高。,掌握,极化力：Sn4 Sn2，电荷高，极化作用强，SnCl4是倾向于以共价键为主的分子晶体，熔点低；SnCl2是倾向于以离子键为主的离子晶体，熔点高。,2023/11/15,青岛理工大学,56,5.（1）比较BaCl2、CCl4、AlCl3、FeCl2的熔点高低,结论：熔点：BaCl2 FeCl2 AlCl3 CCl4,由于BaCl2为离子晶体；CCl4为分子晶体；AlCl3、FeCl2为过渡型晶体，且AlCl3的离子（Al3+）极化作用比Fe2+的大，熔点较低；,2023/11/15,青岛理工大学,57,二、非晶体,1.概述：,微粒无序排列，外表也无规则的几何外形。,根据温度的不同，呈现三种不同的物理状态：,玻璃态 高弹态 粘流态,目前，引起重视的非晶体玻璃态有四类：,传统的玻璃 非晶态合金（金属玻璃）非晶态半导体 非晶态高分子化合物,2023/11/15,青岛理工大学,58,非晶态高分子化合物,物理状态:,玻璃态 高弹态 粘流态,温度很低时呈现如玻璃体状的固态例如:常温下的塑料,温度较高时表现出很高的弹性例如:常温下的橡胶,温度很高时成为能流动的液体例如:胶粘剂或涂料,2023/11/15,青岛理工大学,59,2.非晶态高分子化合物：,玻璃化温度,粘流化温度,玻璃,橡胶,2023/11/15,青岛理工大学,60,应用：,塑料：Tg（玻璃化温度）大于室温的高聚物；橡胶：Tg（玻璃化温度）小于室温的高聚物。,要求室温下能够保持固定的形状，因此要求Tg越高越好。,要求能够保持高度的弹性，因此要求Tg越低越好。,对高聚物材料的加工来说，Tf（粘流化温度）越低越好；对耐热性来说，Tf（粘流化温度）越高越好；Tg与Tf差值越大，其应用范围越宽，橡胶的耐热、耐寒性越好。,2023/11/15,青岛理工大学,61,3.非晶态玻璃态薄膜：,最具有代表性的非晶态半导体器件：,具有极高信息密度的光存贮盘；廉价光电池；长寿命的感光滚筒；大屏幕显示的电子电路。,材料：,Ge，Si，Si:H，GaAs等,射频等离子体化学气相沉积法,2023/11/15,青岛理工大学,62,三、固体吸附剂,2023/11/15,青岛理工大学,63,应用：,在工业废水、废气的处理中，常常选用吸附能力很强的固体吸附剂来吸附污染物。,种类：活性炭、分子筛等,活性炭,有很多的微孔和巨大的表面积，具有很强的物理吸附性能。,1g活性炭的表面积有5001500m2,活性炭在活化过程中，在表面非结晶部分上形成一些含氧官能团，使其具有化学吸附、催化氧化、催化还原的性能，有效地吸附并除去废水、废气中的有害物质，同时也加速了表面的一些化学反应。,羧基（-COOH）、羟基（-OH）、羰基（-CO-）,2023/11/15,青岛理工大学,64,分子筛,人工合成的沸石型不溶性硅铝酸盐，因能筛选大小不同的分子而得名。,通式：,2023/11/15,青岛理工大学,65,结构：网格状骨架,2023/11/15,青岛理工大学,66,用途：,净化：去除有害物质；干燥：吸附水；分离：有选择性的吸附某些物质。,特点：孔穴多，比表面积大。,A型：800 m2/g,2023/11/15,青岛理工大学,67,四、固体废弃物,人类在一系列社会活动中产生的不再具有原使用价值而被丢弃的固态或泥状态的物质。,定义：,种类：,各种废弃材料；城镇渣土；矿山残渣；农业上的各种结杆等植物残骸；城市居民的生活垃圾等。,2023/11/15,青岛理工大学,68,2023/11/15,青岛理工大学,69,本节重点：各类晶体的特点、应用（理论解释）离子极化理论,
