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粒子间作用力与晶体17条重要知识

2019-05-23 高中化学



粒子间作用力
粒子间作用力与晶体17条重要知识  第1张


1.共价分子之间都存在着分子间作用力,它是能把分子聚集在一起的力,包括范德华力和氢键。其实质是一种静电作用。


2.范德华力:一种普遍存在于固体、液体和气体之间的作用力,又称分子间作用力。


(1)大小:一般是金属键、离子键和共价键的1/10或1/100左右,是一种较弱的作用力,如干冰易液化,碘易升华的原因。


(2)影响范德华力大小的因素:分子的空间构型及分子中电荷的分布是否均匀等,对于组成和结构相似的分子,其范德华力一般随着相对分子质量的增大而增大,如卤族元素单质范德华力:F2<Cl2<Br2<I2。


(3)范德华力对物质物理性质的影响:


熔沸点:对于组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,物质的熔沸点越高(除H2O、HF、NH3)。


例如:烷烃(CnH2n+2)的熔沸点随着其相对分子质量的增加而增加,也是由于烷烃分子之间的范德华力增加所造成的。


溶解度:溶剂与溶质分子间力越大,溶质的溶解度越大。例如:273 K,101 kPa时,氧气在水中的溶解量(0.049 cm3·L-1)比氮气的溶解量(0.024 cm3·L-1)大,


就是因为O2与水分子之间的作用力比N2与水分子之间的作用力大所导致的。


3.氢键


(1)当氢原子与电负性大的X原子以共价键结合时,它们之间的共用电子对强烈偏向X,使H几乎成了“裸露的质子”


这样相对显正电性的H与另一分子相对显负电性的X中的孤电子对接近并产生相互作用,这种相互作用称为氢键。


(2)氢键的存在:在X—H…Y这样的表示式中,X、Y代表电负性大而原子半径小的非金属原子,如F、O、N,氢键既可以存在于分子之间又可以存在于分子内部。


(3)氢键的大小:是化学键的1/10或1/100左右,比范德华力强。


(4)对物质物理性质的影响


①熔沸点:组成和结构相似的物质,当分子间存在氢键时,熔沸点较高。如下图所示:

粒子间作用力与晶体17条重要知识  第2张

而分子内存在氢键时,对熔沸点无影响。


如邻羟基苯甲酸因形成分子内氢键,其熔点(159 ℃)低于易形成分子间氢键的对羟基苯甲酸的熔点(213 ℃)。再如,相对分子质量相近的尿素、醋酸、硝酸的熔点依次降低的原因也是如此。


②溶解度:溶剂和溶质分子间存在氢键时,溶质的溶解度增大,如NH3、C2H5OH、CH3COOH等。


(5)氢键有饱和性、方向性:一般X—H…Y中三原子在同一直线上(这样形成氢键最强)。如:


例如:水结冰体积膨胀,是因为冰中所有水分子以有方向性和饱和性的氢键互相联结成晶体,而液态水中是多个水分子以氢键结合成(H2O)n。


化学键分子间作用力与氢键的比较

粒子间作用力与晶体17条重要知识  第3张



晶体类型17个重要知识
粒子间作用力与晶体17条重要知识  第4张


1、晶体类型判别:


分子晶体:大部分有机物、几乎所有酸、大多数非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物。


原子晶体:仅有几种,晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石、金刚砂(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、石英等;


金属晶体:金属单质、合金;


离子晶体:含离子键的物质,多数碱、大部分盐、多数金属氧化物;


分子晶体、原子晶体、金属晶体、离子晶体对比表

晶体类型

分子晶体

原子晶体

金属晶体

离子晶体

定    义

分子通过分子间作用力形成的晶体

相邻原子间通过共价键形成的立体网状结构的晶体

金属原子通过金属键形成的晶体

阴、阳离子通过离子键形成的晶体

组成晶体的粒子

分  子

原  子

金属阳离子

和自由电子

阳离子和

阴离子

组成晶体粒子间的相互作用

范德华力或氢键

共价键

金属键(没有饱和性方向性)

离子键(没有饱和性方向性)

典型实例

冰(H2O)、P4、I2、干冰(CO2)、S8

金刚石、晶体硅、SiO2、SiC

 Na、Mg、

Al、Fe

NaOH、NaCl、K2SO4





熔点、

沸点

熔、沸点较低

熔、沸点高

  一般较高、

部分较低

熔、沸点较高

导热性

不  良

不  良

良  好

不  良

导电性

差,有些溶

于水可导电

多数差

良  好

固态不导电,

熔化或溶于水能导电

机械加

工性能

不  良

不  良

良  好

不  良

硬 度

硬度较小

高硬度

一般较高、部分较低

略硬而脆

溶解性

相似相溶

不  溶

不溶,但有的反应

多数溶于水,难溶于有机溶剂


3、不同晶体的熔沸点由不同因素决定:


离子晶体的熔沸点主要由离子半径和离子所带电荷数(离子键强弱)决定,


分子晶体的熔沸点主要由相对分子质量的大小决定,原子晶体的熔沸点主要由晶体中共价键的强弱决定,且共价键越强,熔点越高。


4、金属熔沸点高低的比较:


 (1)同周期金属单质,从左到右(如Na、Mg、Al)熔沸点升高。


 (2)同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔沸点降低。


 (3)合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低。


 (4)金属晶体熔点差别很大,如汞常温为液体,熔点很低(-38.9℃),而铁等金属熔点很高(1535℃)。


粒子间作用力与晶体17条重要知识  第5张


5、原子晶体与金属晶体熔点比较


原子晶体的熔点不一定都比金属晶体的高,如金属钨的熔点就高于一般的原子晶体。


6、分子晶体与金属晶体熔点比较


分子晶体的熔点不一定就比金属晶体的低,如汞常温下是液体,熔点很低。


7、判断晶体类型的主要依据?


一看构成晶体的粒子(分子、原子、离子);


二看粒子间的相互作用;


另外,分子晶体熔化时,化学键并未发生改变,如冰→水。


8、化学键


化学变化过程一定发生就化学键的断裂和新化学键的形成,但破坏化学键或形成化学键的过程却不一定发生化学变化,


如食盐的熔化会破坏离子键,食盐结晶过程会形成离子键,但均不是化学变化过程。


9、判断晶体类型的方法?


(1)依据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用判断

  ① 离子晶体的构成微粒是阴、阳离子,微粒间的作用力是离子键。


  ② 原子晶体的构成微粒是原子,微粒间的作用力是共价键。


  ③ 分子晶体的构成微粒是分子,微粒间的作用力是分子间作用力。


  ④ 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子,微粒间的作用力是金属键。


(2)依据物质的分类判断


① 金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。


② 大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。


③ 常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的原子晶体化合物有碳化硅、二氧化硅等。


④ 金属单质(除汞外)与合金是金属晶体。


(3)依据晶体的熔点判断


① 离子晶体的熔点较高,常在数百至一千摄氏度。


② 原子晶体的熔点高,常在一千至几千摄氏度。


③ 分子晶体的熔点低,常在数百摄氏度以下至很低温度。


④ 金属晶体多数熔点高,但也有相当低的。


(4)依据导电性判断


① 离子晶体的水溶液及熔化时能导电。


② 原子晶体一般为非导体。


③ 分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由离子也能导电。


④ 金属晶体是电的良导体。


(5)依据硬度和机械性能判断


① 离子晶体硬度较大或较硬、脆。


② 原子晶体硬度大。


③ 分子晶体硬度小且较脆。


④ 金属晶体多数硬度大,但也有较小的,且具有延展性。


(6)判断晶体的类型也可以根据物质的物理性质:


① 在常温下呈气态或液态的物质,其晶体应属于分子晶体(Hg除外),如H2O、H2等。


对于稀有气体,虽然构成物质的微粒为原子,但应看作单原子分子,因为微粒间的相互作用力是范德华力,而非共价键。


② 固态不导电,在熔融状态下能导电的晶体(化合物)是离子晶体。如:NaCl熔融后电离出Na+和Cl-,能自由移动,所以能导电。


③ 有较高的熔、沸点,硬度大,并且难溶于水的物质大多为原子晶体,如晶体硅、二氧化硅、金刚石等。


④ 易升华的物质大多为分子晶体。


⑤ 熔点在一千摄氏度以下无原子晶体。


⑥ 熔点低,能溶于有机溶剂的晶体是分子晶体。


粒子间作用力与晶体17条重要知识  第6张


10、晶体熔沸点高低的判断?


(1)不同类型晶体的熔沸点原子晶体>离子晶体>分子晶体;金属晶体(除少数外)>分子晶体;金属晶体熔沸点有的很高,如钨,有的很低,如汞(常温下是液体)。


(2)同类型晶体的熔沸点


① 原子晶体:结构相似,半径越小,键长越短,键能越大,熔沸点越高。如金刚石>氮化硅>晶体硅。


② 分子晶体:

组成和结构相似的分子,相对分子质量越大,分子间作用力越强,晶体熔沸点越高。如CI4>CBr4>CCl4>CF4。


若相对分子质量相同,如互为同分异构体,一般支链数越多,熔沸点越低,特殊情况下分子越对称,则熔沸点越高。


若分子间有氢键,则分子间作用力比结构相似的同类晶体强,故熔沸点特别高。


③ 金属晶体:所带电荷数越大,原子半径越小,则金属键越强,熔沸点越高。如Al>Mg>Na>K。


④ 离子晶体:离子所带电荷越多,半径越小,离子键越强,熔沸点越高。如KF>KCl>KBr>KI。


11、Na2O2


Na2O2的阴离子为O22-,阳离子为Na+,故晶体中阴、阳离子的个数比为1:2。


12、堆积方式


离子晶体中,阴、阳离子采用不等径密圆球的堆积方式。


13、稳定性


分子的稳定性是由分子中原子间化学键的强弱决定。


14、冰的熔化


冰是分子晶体,冰融化时破坏了分子间作用力和部分氢键,化学键并未被破坏。


15、离子晶体熔化


离子晶体熔化时,离子键被破坏而电离产生自由移动的阴阳离子而导电,这是离子晶体的特征。


16、离子晶体特例


① 离子晶体不一定都含有金属元素,如NH4Cl


② 离子晶体中除含离子键外,还可能含有其他化学键,

如NaOH、Na2O2


17、非离子晶体特例


① 溶于水能导电的不一定是离子晶体,如HCl等


② 熔化后能导电的晶体不一定是离子晶体,如Si、石墨、金属等。


③ 金属元素与非金属元素构成的晶体不一定是离子晶体,如AlCl3是分子晶体。





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