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第二章物质的化学组成和聚集状态§2.1物质的化学组成§2.2固体§2.3液体和液晶§2.4气体和等离子体2019/10/5§2.1物质的化学组成1．掌握配位化合物的基本概念和命名原则。2．了解团簇、非整比化合物、金属有机化合物和高分子化合物。学习要求2019/10/5[Pt(NH3)4(NO2)Cl]CO3中心离子内界(配离子)外界K4[PtCl6]外界内界(配离子)配位体中心离子配位原子配位体1、基本概念一、配位化合物中心原子或离子（统称中心原子）和围绕它的称为配位体（简称配体）的分子或离子，完全或部分由配位键结合形成的一类复杂的化合物。2019/10/52、配位化合物的系统命名原则：服从一般无机化合物的命名原则。（1）外界命名：外界是简单阴离子酸根，则称“某化某”。外界是复杂阴离子酸根，则称“某酸某”。[CoC12(NH3)4]Cl氯化二氯·四氨合钴(III)[Cu(NH3)4]SO4硫酸四氨合铜(II)H[PtCl3(NH3)]三氯·一氨合铂(II)酸K[PtCl3(NH3)]三氯·一氨合铂(II)酸钾外界为氢离子，配阴离子后用酸字结尾，它的盐类似。2019/10/5配位体名称（不同配位体名称之间以中圆点(·)分开）－合－中心离子。（2）内界命名：内界命名法：三先三后原则先配位体后中心离子先离子配体后分子配体先无机配体后有机配体配位原子英文字母顺序同类配体2019/10/5命名举例二苯合铬(0)Cr(C6H6)2八羰基合二钴(0)Co2(CO)8硫酸二（乙二胺）合铜(Ⅱ)[Cu(en)2]SO4氯化乙酸根·二氨合铜(Ⅱ)[Cu(NH3)2(CH3COO)]Cl氯化二氯·一水·三氨合钴(Ⅲ)[Co(NH3)3(H2O)C12]Cl四碘合汞(Ⅱ)酸钾K2[HgI4]六氯合铂(Ⅱ)酸钾K4[PtCl6]乙二胺四乙酸合镁(Ⅱ)酸钠Na2[MgY]二氯·二羟基合锌(Ⅱ)酸H2[Zn(OH)2C12]2019/10/5Cu2+H2NH2NNH2NH2CH2CH2CH2CH2CaONCH2COOONOCOCH2CH2CH2COCH2CH2CO2-[CaY]2–配离子3、多齿配体与螯合物含有两个或两个以上配位原子的配位体称为多齿配体。多齿配体与中心离子形成具有环状结构的配合物称为螯合物。2019/10/5反式-二氯·二氨合铂(Ⅱ)PtH3NClClNH3PtNH3ClClNH3顺式-二氯·二氨合铂(Ⅱ)例如：具有抗癌活性无活性配合物的结构与性能配离子较稳定，能像普通离子一样在溶液中稳定存在。螯合物由于螯合效应具有很强的稳定性。具有相同化学组成的配合物往往有不同的空间结构，并表现出不同的性能。2019/10/5*二、团簇团簇是指由几个至上千个原子、分子或其结合态粒子聚集而形成的相对稳定的介观聚集体。团簇的结构、性能与所含原子、分子或其结合态粒子数密切相关，它的物理和化学性质不同于单个原子或分子，也不同于常规的固体和液体。团簇是许多纳米材料的基础。碳团簇英国化学家克鲁托美国化学家史沫莱美国化学家柯尔荣获1996年诺贝尔化学奖。CsC602019/10/52019/10/5碳纳米管碳纳米管是一种由单层或多层石墨卷成的纳米微管。外部直径只有几到几十纳米。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。潜在的应用前景碳纳米管可以用于未来电子工业制造电子器件和超薄导线，使电子芯片集成度更高，体积更小。2019/10/5不符合正常化合价规则，或将其组成约简后，其原子数目不成整数比，这类化合物称为非整比化合物。碳化物Fe3C，Mn7C3；氮化物Fe2N，Fe4N；*三、非整比化合物非整比化合物在材料中十分重要，可以控制或改善无机固体材料的光、电、声、磁、热、力学等性质。非整比化合物（不定组成）与整比化合物(定组成)（水，二氧化碳等）是一对矛盾，他们代表着物质形成的两种方式，各自发挥着自己的作用。Fe1-xO，Sn1+xO2等。2019/10/5GaAs1–xPx是制造发光二极管的材料，它可以发出从红光到绿光的各种颜色的光；“黑漆”古铜镜耐磨是因为其表面形成了一层非整比化合物：Sn1-xCuxO2碳化物、氮化物在钢材中能有效地提高钢材的硬度；(Co0.90Fe0.06Ni0.02Nb0.02)78Si22–xBx是用于录音磁头的一类合金的组成；(GdCo，GdFe)是用于计算机储存元件的一种非晶态材料；YnBa2CumO7~8：La1–nLim–3是性能很好的高温超导体。Ti50Ni是钛镍形状记忆合金；非整比化合物举例2019/10/5由金属原子和有机基团中碳原子键合而成，含金属–碳键（M—C）的化合物称金属有机化合物。*四、金属有机化合物金属有机化合物是电子、光学、磁性等功能材料、超纯材料和精细陶瓷等许多工业加工中的重要物质基础。Ni(s)+4CONi(CO)4(l)43oC50oC金属镍粉与CO反应得到液态Ni(CO)4，在稍高温度下分解便得到纯镍。如：(C2H5)2Zn、C6H5Ti(OC3H7)3、(C2H5)4Pb、RMgX（R为烷基，X为卤素）、Cr(C6H6)2、Fe(C5H5)2（二茂铁）。2019/10/5高分子化合物，简称高分子，又称高聚物，它的相对分子质量高达几千甚至几百万。*五、高分子化合物nHCHO+nOHOHCH2nnH2O+有机高分子中有纤维素、蛋白质、淀粉、木质素等天然高分子和有机小分子聚合而成的合成高分子。世界上第一个合成高分子是1907年诞生的酚醛树脂。2019/10/5单体链节(重复单元)简写：ClCH2CHn聚合物nCH2CHClCH2CHCH2ClCHCH2ClCHCl............聚合聚合度多分散性：高分子化合物相对分子质量大小不等的现象。相关概念：加成聚合、缩合聚合,均聚、共聚,多链节聚合度。作业：P32，习题1.2019/10/5§2.2固体1．了解晶体、非晶体概念，掌握晶体的分类、晶格结点上粒子及其作用力、熔点、硬度、延展性、导电性的不同。2．了解非晶态高分子化合物、固体吸附剂和固体废弃物。学习要求2019/10/5图2-8晶格及晶胞(a)(b)(c)等径圆球密堆积晶格或点阵晶胞一、晶体晶体如图2-8(a)，具有较规则的几何外形。晶体三维点阵中存在一个能够完全代表晶格特征的最小单元叫作晶胞，如图2-8(c)表示的是立方晶系的一个晶胞。2019/10/5十二面体钻石晶体钻石及其母岩单晶体：如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体，这种晶体又叫单晶体。如自然界存在的金刚石、人工制备的单晶硅、锗等。多晶体：一般的固体材料不能用一个空间点阵图形贯穿，它们称为多晶体。2019/10/51．离子晶体离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子，靠离子键结合。NaCl离子晶体如图2-9所示。离子晶体一般具有较高的熔点和较大的硬度，较脆。在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性，但在固体状态时离子限制在晶格的一定位置上振动，所以几乎不导电。Na+Cl-图2-9NaCl离子晶体2019/10/5离子间作用力：F=k(q+q-)/(r++r-)2离子间作用力随离子电荷的增加而增大，随离子半径的增大而减小。晶体的熔点和硬度的变化与离子间作用力的变化相同。电荷数起主要作用，在电荷数相同的情况下参考半径大小。活泼金属的含氧酸盐和氧化物、卤化物通常属于离子晶体。2019/10/5表2.5KF、NaF和CaO晶体离子间作用力及其熔点变化规律物质KFNaFCaF2CaO离子的电荷+1－1+1－1＋2－1＋2－2离子半径／nm0.1330.1330.0970.1330.0990.1330.0990.132离子半径之和／nm0.2660.2300.2320.231离子间的作用———————→增大熔点／℃857992139225702019/10/5O=C=O图2-10CO2分子晶体(干冰)2．分子晶体分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子，分子间以范德华力(分子间力)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，SiI4，H2O，CO2，I2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，熔点、沸点也随之增高。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。电中性，一般不导电。2019/10/5C60的溶液C60的晶体结构2019/10/53．原子晶体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。由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但也有少数可形成原子晶体，如常见的C(金刚石，立方型)，Si，Ge，As，SiC(俗称金刚砂)，SiO2，B4C，BN(立方型)，GaAs等。原子晶体一般具有较高的熔点和硬度，在工程中经常作为磨料或耐火材料，延展性很小，有脆性，不易导电，可做电的绝缘体，某些（如Si、Ge、Ga、As等）可做优良的半导体材料，在一般溶剂中都不溶解。原子晶体特性2019/10/5CCCCCCCCC图2-11金刚石(C)的晶体结构金刚石蓝色球和红色球都是碳原子，用红色球凸显四个位置特殊的碳原子。2019/10/54．金属晶体金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子通过自由电子结合，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。金属晶体特性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(1857℃)的金属。金属晶体具有良好的导电、导热性，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。纯金属及其合金构成的金属材料是最重要的结构材料之一。2019/10/5图2-12金属晶体密堆积方式A1型密堆积ABCABCA3型密堆积ABABA2型密堆积ABAB体心立方六方面心立方ABAABCA2019/10/55．过渡型晶体更多晶体的晶格结点粒子间作用发生了变异，很难划定为上述任一典型晶体，而属于过渡型晶体。例如，金属有机化合物；FeCl3倾向于分子晶体，熔点306℃较低，FeCl2倾向于离子晶体，熔点672℃较高。6．混合键型晶体实际晶体中还有晶格粒子间同时存在几种作用力的混合键型晶体。如层状结构的石墨（图2-13）、二硫化钼、氮化硼等属于混合键型晶体。图2-13石墨的层状结构2019/10/5与晶体晶格结点上微粒长程有序排列不同，非晶体中微粒呈无序排列。非晶体的熔化，经历由固态逐渐变软，最后变为流动熔体的一个过程，无确定的熔点。在不同温度区间，呈现出玻璃态、高弹态和粘流态等三种不同的物理状态。*二、非晶体非晶态——琥珀C10H16O，硬度2.52019/10/5粘流态高弹态玻璃态1．非晶态高分子化合物温度TgTf图2-15高分子化合物的形变与温度的关系2019/10/52．非晶态薄膜目前使用的许多半导体器件中都有非晶态薄膜。最具代表性的是高信息密度的光存贮盘，还有廉价光电池、激光书写和复印机上的长寿命感光滚筒以及大屏幕显示的电子电路等。使用的半导体物质是Ge，Si，α—Si：H，GaAs等。3．非晶态合金由液态金属快速凝固而成。非晶态合金可以是二元、三元或多元合金。非晶态合金在力、电、磁等性能方面优于同类晶态材料，具有高强度、高韧性、高硬度、高光洁度和抗腐蚀、抗辐射、抗冲击等特点。2019/10/54．石英光导纤维石英光导纤维也是非晶体材料，具有优良的导光性。光导纤维利用光脉冲传输信息，具有传输信号容量大、损耗小、中继站少等优点，是发展现代通信的关键性材料。光导纤维有石英氧化物光纤，还有氟化物光导纤维等。性能各异的光纤样品2019/10/5固体表面层粒子受力不均匀，有剩余的吸引力，使固体表面具有吸附能力。*三、固体吸附剂活性炭活性炭的比表面积大，有很强的物理吸附能力。活性炭在活化过程中，能在表面形成一些含氧官能团，具有化学吸附的能力和良好的催化活性，能加速表面的一些化学反应，有效地吸附并除去废水、废气中的有害物质。分子筛是