期末复习——无机化学

Chapter Ⅰ

Chapter Ⅱ 分子的结构与性质

2.1 键参数
众所周知,化学键分为离子键、共价键、金属键、配位键;
分子之间还有氢键范德华力之类的奇怪的东西。
2.1.1离子键及其特点
(1)、形成:电负性差值大于2
(2)、特点:没有方向性和饱和性,因为本质是库仑力。
(3)、大多数离子键只不过是离子键部分占优而已,也少数含有共价键部分。
化学键的性质在理论上可以由量子力学计 算作定量讨论,也可以通过表征键的性质的某些物理量来描述,如:电负性、键能、键长 、键角等。
键能:表示在通常外界条件下物质原子间相互作用的强弱。
定义:在温度T和100 kPa下将气态分子断开1mol化学键所需要的能量。
同种键不同分子能量不同()
键长:分子内成键两原子核间的平衡距离
同种键不同分子键长相同()
键长越短,键能越大。
2.1.2共价键及其特点
价键理论的要点:
1)、共价键有饱和性
2)、共价键有方向性,具体表现为:1.波函数同号重叠;2.最大重叠原理
共价键的类型:
1)、σ键:重叠轨道的电子云密度沿键轴方向的投影为圆形,表明电子云密度绕键轴(原子核之间的连线)对称。形象的称为“头碰头”。
2)、π键:重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。形象的称为 “肩并肩”。
2.1.3配位键
含 义:共用电子对由一个原子单方面提供所形成的共价键。
形成条件:成键原子一方提供孤对电子,另一方 提供空轨道。
2.2杂化轨道理论
2.2.1基本要点:
➢ 成键时能级相近的价电子轨道相混杂,形成新的价电子轨道——杂化轨道
➢ 杂化前后轨道数目不变
➢ 杂化后轨道伸展方向,形状和能量发生改变
2.2.2 注意事项:
①杂化轨道的数目等于参与杂化的原子轨道数目
②杂化轨道的角度分布图不同于原来的s或p轨道,一头大,一头小。这样更有利于形成牢固的共价键。
③杂化状态并不是原子自身固有的,而是原子在成键时的一种激发态。因此同一种原子在不同的化合物中可能采取不同的杂化态。
2.2.3 杂化形式
2.2.3.1 sp3杂化(CH4)
形成的四条 sp3杂化轨道要斥力最小,须分布呈正四面 体,键角成109º28’ 。四条杂化的sp3轨道分别与四个H 原子的 s 轨道以“头碰头”的方式重叠,形成CH4分子每个杂化轨道的成分相同,能量相同,称为等性杂化。
2.2.3.2 sp2杂化(BF3)
形成的三条新轨道则称为 sp2杂化轨道,对称地 分布在 B 原子周围,互成120º角。三条杂化的sp2轨道分别与三个F原子的2p轨道以“头碰头”的方式重叠,形成平面正三角形的BF3分子
2.2.3.3 sp杂化(BeCl2)
2.2.3.4 不等性杂化 :H2O分子sp3不等性杂化;NH3中N采取sp3不等性杂化。
总结:

◆关于价键理论的说明
• 这里所讲的价键理论是一个后验方法,即它常被用来解释、描述已知分子结构,而不常用来预测未知分子结构。
• 价键理论仍然沿袭Lewis的电子对键思想,因此不能解释单电子体系的现象,如液氧的顺磁性。
• 价键理论的突出优点是符合化学家对化学键的直觉经验。此外,使用简化版的VB理论不需要很多数学,方便实用。
2.3 VSEPR模型
2.3.1基本要点:
(1)、分子或离子的空间构型与中心原子的 价层电子对数目有关 VP(价层) = BP(成键) + LP(孤对)
(2)、价层电子对尽可能远离, 以使斥力最小
排斥力顺序:LP-LP> LP-BP> BP-BP
(3)、 根据 VP和 LP的数目, 可以推测出分子的空间构型
2.3.2. 分子(AXnEm)形状的确定方法
首先先确定中心原子A的价层电子对数VP
VP = BP+ LP = 与中心原子成键的原子数 +(中心原子价电子数-中心原子成键电子数)/ 2
之后通过LP的有无以及多少确定其结构:

2.4 分子轨道理论
主要就是两张图往里填,第一张是O2与F2的:

第二张是其他分子哒:

然后你填完能量得比原来低,可以用来判断一系列东西。
简单内容。
顺磁性——分子中的未成对电子,在磁场中顺磁场方向排列的性质。具有顺磁性的物质——顺磁性物质。
反磁性——无未成对电子的分子,在磁场中产生弱的反磁性。具有反磁性的物质——反磁性物质。

分子轨道理论与价键理论的区别:
分子轨道理论反映了电子离域图像,即每个分子轨道都是由全部原子轨道组合而成的;而价键理论反映了电子定域图像,即每一对电子都定域在一个键上。
分子轨道不再强调电子对键,因此可以处理单电子问题;而早期的价键理论不具备这个能力。
价键理论能够形象直观而易于和分子的几何构型相联系,分子轨道理论着眼于分子的整体性,数学形式更完整。
随着计算机技术的发展,目前分子轨道理论的发 展较快,应用更广。

2.5分子间作用力&&氢键

Chapter Ⅲ 固体的结构与性质

1.晶体与非晶体:可以看我写的晶体复习的博客
2.各种晶体及其性质:
2.1 离子晶体:
2.1.1 离子晶体的三种基本结构:这里有自己看
2.1.2 离子晶体的稳定性:
晶格能:标准态下,拆开1mol离子晶体变成气态离子所需吸收的能量。

晶格能越大,离子晶体越稳定。

  • 电荷相同,核间距越小,晶格能越大

  • 离子电荷数越多,晶格能越大

  • 晶格能越大,熔点越高,硬度越大

    2.2原子晶体与分子晶体:
    原子晶体之间由共价键连接(图丢了QWQ)
    2.3金属晶体:

  • 金属单质晶体中,金属原子采取尽可能紧密方式堆积,所以一般金属密度较大。

  • 每个原子被较多的相同原子包围,一般配位数较大

    2.3.1金属键:金属原子的电负性和电离能较小,价电子容易脱离原子的束缚,在阳离子之间可以自由运动,形成离域的自由电子气。
    特征: 无饱和性和方向性
    使金属具有良好的导电性、导热性和延展性
    2.3.2能带
    假如一块锂金属有n个原子组成,n个2s原子轨道组成n个分子轨道,这n个分子轨道的能级非常接近,几乎形成能量连续的能带。
    能带——由n条能级相同的原子轨道组成能量几乎连续的n条分子轨道

    禁带:相邻能带之间的间隔;
    如 Li 1s2 2s1 1s能带和2s能带之间的间隙禁带是电子的禁区, 电子是不能在此停留的。若禁带不太宽, 电子获能量可从满带越过禁带跃迁到导带; 若禁带太宽, 跃迁难以进行。
    金属的紧密堆积结构使金属原子核间距一般都很小,使形成的能带之间的间隙一般也都很小,甚至会出现重叠现象。
    导体:在外电场下,导带中的电子在能带中做定向运动,形成电流而导电。
    绝缘体:电子都在满带上,且禁带较宽,难以跃迁, 不能导电。
    半导体: 禁带较窄, 满带中的电子易被激发,越过禁带到导带上,增加导电能力。

    金属光泽:光照时,导带中的电子可吸收光能跃迁到能量较高的能带上,当电子返回时把吸收的能量又发射出来,使金属具有金属光泽。
    导热性:局部加热时,电子运动和核的振动,可进行传热,使金属具有导热性。
    延展性:受力作用时,原子在导带中自由电子的润滑下,可以相互滑动,而能带并不被破坏。
    3.混合晶体及晶体缺陷:
    如果晶体内部每个粒子的排列完全符合其排列规律,称其为理想晶体。但实际上是不可能形成的,形成时在内部结构上总会出现这样那样的缺陷。
    原因:(1).结晶时,由于微晶体晶面取向不可能完全相同,使得长成的晶体外形发生不规则变化。(2).结晶时,若某个晶面吸附了杂质,使长成的晶体外形也可发生变化。
    晶体点缺陷的基本类型: 空穴缺陷、置换缺陷、间充缺陷
    空穴缺陷:晶体内某些晶格结点位置上缺少粒子,出现空穴。
    置换缺陷:晶格结点上的某些粒子被少量别的粒子取代。
    间充缺陷:组成晶体粒子的堆积空隙处,被外来粒子所填充。

    晶体中的缺陷对晶体的物理性质、化学性质产生一定的影响
    如 纯铁中加入少量C或某些金属,可制得各种性能的优质合金钢;纯锗中加入微量Ga或As,可强化其半导体性能。
    4.非化学计量化合物:
    非化学计量化合物——其组成可在一个较小范围内变动,而又保持基本结构不变的固态化合物。
    (1)、又称非整比化合物或贝多莱体。
    (2)、过渡元素的二元化合物如氧化物、氢化物、硫化物等,其组成易发生非整比性。

    实际晶体中, 各结点粒子间的结合力, 只有少数属于纯粹离子键、共价键、金属键或分子间力。多数晶体属于混合键型或过渡键型:

    5.离子极化对于物质性质的影响:
    5.1离子的电子构型:

    对于孤立的简单离子来说,离子电荷分布基本上是球形对称的,离子本身的正、负电荷中心重合, 不存在偶极,然而在电场中,离子的原子核和电子受电场的作用,离子会发生变形, 产生诱导偶极,这种过程称为离子极化。
    离子晶体中,都是带电的粒子,本身就会在其周围产生电场,而使周围邻近的离子极化,所
    以离子极化现象普遍存在于离子晶体中。离子晶体中的离子极化是相互极化,即阳
    离子的电场使阴离子极化,同时阴离子的电场也使阳离子极化。
    离子极化的强度取决于:离子的极化力、离子的变形性。
    (1)、离子的极化力是离子本身的电场使周围邻近离子极化变形能力。
    (2)、离子的电荷越多,半径越小,产生的电场越强,极化力越强。
    (3)、离子电荷相同,半径相近时,离子的电子构型对极化力的影响。

    一般来说,阳离子由于带正电荷,外电子层电子少,所以极化力较强,变形性不大。阴离子半径一般较大,外电子层电子多,所以容易变形,极化力较弱。因此,当阳阴离子相互作用时,多数的情况下,仅考虑阳离子对阴离子的极化作用。
    一般规律:
    A.阴离子半径相同时, 阳离子电荷越多, 阴离子越容易被极化, 产生的诱导偶极越大。
    B.阳离子电荷相同时,阳离子半径越大,阴离子被极化的程度越小,产生的诱导偶极越小。
    C.阳离子电荷相同,半径大小相近时, 阴离子越大, 越容易被极化, 产生的诱导偶极越大。


    离子极化对于晶体构型的影响:
    A. 晶体中的离子在其平衡位置附近不断振动
    B. 当离子偏向异电荷离子时,产生诱导偶极,若阳离子极化力不强、阴离子变形性不大时, 在热运动作用下,又返回原位置
    C. 若阳离子极化力强、阴离子变形性大时,诱导偶极产生的附加引力,破坏了原有振动,缩短了离子间距离,使晶体向配位数减小的晶体构型转变。

Chapter Ⅳ 配合物的结构和性质

  1. 基本概念
    以[Cu(NH3)4]SO4为例,中括号里的为内界,中心离子+配体之间通过配位键结合而成,中括号外为外界,以离子键结合而成。
    中心原子叫做形成体,与他连接的叫配体,如果他连的是单齿配体那么配位数等于连的集团的个数,否则一个配体得算有几个齿,配位原子:配体中提供孤电子对与形成体连接的原子
    形成体配位数的多少一般取决于形成体与配体的性质:
    (1)、中心离子的正电荷数越多,配位数越大(吸引能力强)
    (2)、中心离子的半径较大,可容纳多个配体,易形成高配位化合物。
    (3)、中心离子半径过大,对配体引力减少,有时配位数反而减小。
    (4)、配体的负电荷数越多,配位数反而减小。
    (5)、配体浓度大,反应温度低,易形成高配位化合物。

  2. 配合物的化学式及命名
    含有配离子的配合物:阳离子在前,阴离子在后
    整个配位个体用方括号[ ]括起来
    配位个体:形成体→配体
    配合物内界命名一般按如下顺序:
    配体个数(用一、二、三……表示)一>配体名称(不同配体名称之间以中圆点“·”隔开)一>“合”字一>中心原子名称一>中心原子的化合价(在括号中用罗马数注明)。
    如:[PtCl4]四氯合铂(Ⅱ)
    (2)自右向左阴离子名称在前,阳离子名称在后。若阴离子部分是简单离子则称“某化某”,若阴离子为复杂离子则称“某酸某”。
    几种特殊的东西:
    ONO-(O为配位原子) 亚硝酸根
    NO2-(N为配位原子) 硝基
    SCN-(S为配位原子) 硫氰酸根
    NCS-(N为配位原子) 异硫氰酸根
    CO 羰基 NO 亚硝基
    OH- 羟基

  3. 配合物的价键理论
    3.1价键理论(VBT)

    配位键类型可以分为内轨和外轨两种:
    内轨配键:由次外层(n-1)d与最外层ns、 np轨道杂化所形成的配位键
    由内轨配键形成的配合物—内轨型配合物
    如 [Fe(CN)6]3-、[Co(NH3)6]3+、[Ni(CN)4]2-
    外轨配键:全部由最外层ns、np、nd轨道杂化所形成的配位键
    由外轨配键形成的配合物—外轨型配合物
    如 [FeF6]3-、[Co(NH3)6]2+、[Ni(NH3)4]2+
    内轨与外轨形成的影响因素:
    (1).中心原子的结构:

    (2).中心原子电荷增多,有利于形成内轨配合物
    (3).配位原子电负性大,易形成外轨形;
    中心原子或离子与电负性较大的配位原子,形成外轨配键,这种配位键,离子性成分较大,又称为电价配键。
    中心原子或离子与电负性较小的配位原子,形成内轨配键。这种配位键, 离子性成分较小,共价键成分较大,又称共价配键。
    稳定性: 内轨型配合物 > 外轨型配合物
    磁矩μ: 内轨型配合物 < 外轨型配合物
    后面全是计算,有手就行

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2022-12-15 17:07
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华南理工大学_2023
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