化學(xué)鍵分子間力高分子材料

1、關(guān)于化學(xué)鍵分子間力高分子材料現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共55頁NaCl現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共55頁(4) 離子半徑離子半徑 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共55頁離子鍵的強(qiáng)度與離子的電荷成正比，與離子的半徑成反比。離子鍵的強(qiáng)度與離子的電荷成正比，與離子的半徑成反比?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共55頁編號編號1234晶體晶體NaFNaClNaBrNaI核間距核間距d/pm231279294318晶格能晶格能U/kJmol-1933770732686熔點(diǎn)熔點(diǎn)/K126110741013935硬度硬度（金剛石（金剛石=10）3.22.0 離子晶體的性能比較現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共55頁離子鍵特征

2、離子鍵特征結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 離子鍵無方向性、無飽和性離子鍵無方向性、無飽和性。性能特征性能特征 a. 熔點(diǎn)高、硬度大、揮發(fā)性低、韌性和延展性差；熔點(diǎn)高、硬度大、揮發(fā)性低、韌性和延展性差； b. 固體一般不導(dǎo)電，融熔態(tài)或水溶液可導(dǎo)電固體一般不導(dǎo)電，融熔態(tài)或水溶液可導(dǎo)電 c. 溶解度有很大差異溶解度有很大差異v離子的類型離子的類型v離子半徑離子半徑 d=rd=r+ +r+r- -v離子電荷離子電荷 得失電子數(shù)得失電子數(shù)v離子的電子構(gòu)型離子的電子構(gòu)型 v 2電子構(gòu)型電子構(gòu)型 如：如：Li+、Be2+v 8電子構(gòu)型電子構(gòu)型 如：如：Na+、Mg2+ ( Mg 3s2)v 18電子構(gòu)型電子構(gòu)型 如：如：

3、Zn2+、Sn2+ ( Zn 3d104s2)v 18+2電子構(gòu)型電子構(gòu)型 如：如：Sn4+ ( Sn 5s25p2)v 不規(guī)則電子構(gòu)型不規(guī)則電子構(gòu)型 如：如：Fe2+ ( Fe 3d64s2)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共55頁 電子配對理論（價鍵理論）電子配對理論（價鍵理論）v1）形成）形成v價鍵理論認(rèn)為價鍵理論認(rèn)為v若原子在未化合之前有未充滿電子的軌道則這兩軌道若原子在未化合之前有未充滿電子的軌道則這兩軌道相互重疊形成相互重疊形成共價鍵共價鍵。v軌道重疊時必須相位相同（即方向相同）。軌道重疊時必須相位相同（即方向相同）。v軌道以最大程度重疊構(gòu)成一個共價鍵，且不能再軌道

4、以最大程度重疊構(gòu)成一個共價鍵，且不能再與第三個電子結(jié)合。與第三個電子結(jié)合?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共55頁 2）共價鍵的特性）共價鍵的特性 vA: 具有飽和性和方向性具有飽和性和方向性vB: 具有一定的鍵長、鍵角、鍵能。具有一定的鍵長、鍵角、鍵能。v鍵長：分子內(nèi)兩個成鍵原子核間的平均離。鍵長：分子內(nèi)兩個成鍵原子核間的平均離。v鍵角：分子中相鄰兩個鍵間的夾角。鍵角：分子中相鄰兩個鍵間的夾角。v鍵能：原子軌道重疊釋放出的能量。鍵能：原子軌道重疊釋放出的能量?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共55頁分子式分子式鍵長鍵長 / pm鍵角鍵角H2O95.810445H2S133.692.1NH3100.810718PH3

5、145.993.6CH4109.110928CO2116.2180表表 鍵長和鍵角鍵長和鍵角 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共55頁3）共價鍵的類型）共價鍵的類型 鍵：鍵：成鍵軌道沿鍵軸方向以頭碰頭方式重疊。可繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。成鍵軌道沿鍵軸方向以頭碰頭方式重疊。可繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。v 鍵：鍵：成鍵軌道垂直于鍵軸而且相互平，以行肩并肩的方式重疊。不能繞成鍵軌道垂直于鍵軸而且相互平，以行肩并肩的方式重疊。不能繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。鍵軸自由旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共55頁雜化軌道理論雜化軌道理論v價鍵理論有較大的局限性價鍵理論有較大的局限性,有許多現(xiàn)象不能解釋有許多現(xiàn)象不能解釋,導(dǎo)致了雜化軌導(dǎo)致了雜化軌道理論的

6、發(fā)展。道理論的發(fā)展。v例如：例如：CH4 （C 2s22p2） BF3（B 2s22p1） 1）Pauling提出了雜化軌道理論:v在形成分子的過程中，由于原子間的相互影響，若干類型不同而能量相在形成分子的過程中，由于原子間的相互影響，若干類型不同而能量相近的原子軌道相互混雜，重新組合成一組能量相等近的原子軌道相互混雜，重新組合成一組能量相等,成分相同的新軌道，成分相同的新軌道，叫做雜化軌道，這一過程稱為雜化。叫做雜化軌道，這一過程稱為雜化。v 雜化軌道雜化軌道,相互以最大距離分布在原子核周圍。與其他原子軌道重疊時形成相互以最大距離分布在原子核周圍。與其他原子軌道重疊時形成鍵。鍵。v軌道在雜化

7、前后的數(shù)目總和相同、能量總和相同軌道在雜化前后的數(shù)目總和相同、能量總和相同?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共55頁2）常見的雜化軌道即空間構(gòu)型vSP 雜化雜化 直線直線 vSP2 雜化雜化 三角三角形形 vSP3 雜化雜化 四面四面體體vSP3d 雜化雜化 三角三角雙錐雙錐vd2SP3雜化雜化 八面八面體體現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共55頁v CH431z1y1x1*0z1y1x2sp2p2p2psHeC2p2p2pCHe2s雜化2143133123113*)(sp)(sp)(sp)He(spC實(shí)例實(shí)例現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共55頁v BeCl2現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共55頁v BF321y1x1*1x2

8、sp2p2pHe2sB2pBHe2s雜化132122112*)(sp)(sp)He(spB現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共55頁非等性雜化非等性雜化vNH3vH2O 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共55頁說明：說明：v雜化軌道理論是對價鍵理論的發(fā)展，很好的解雜化軌道理論是對價鍵理論的發(fā)展，很好的解釋了許多分子的成鍵情況和多原子分子的空間釋了許多分子的成鍵情況和多原子分子的空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) ， 但也有一些分子的空間結(jié)構(gòu)無法解釋。但也有一些分子的空間結(jié)構(gòu)無法解釋。 如硫酸根是正四面體構(gòu)型。如硫酸根是正四面體構(gòu)型。 硫原子以sp3雜化軌道成鍵、離子中存在4個鍵，離子為正四面體形。 硫酸根是一個硫原子和四個氧原子通過共價

9、鍵連接形成的正四面體結(jié)構(gòu)，硫原子位于正四面體的中心位置上，而四個氧原子則位于它的四個頂點(diǎn)，一組氧-硫-氧鍵的鍵角為10928，而一組氧-硫鍵的鍵長為1.44埃。因硫酸根失去兩個電子才形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此帶負(fù)電，且很容易與金屬離子或銨根結(jié)合，產(chǎn)生離子鍵而穩(wěn)定下來。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共55頁分子軌道理論分子軌道理論現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共55頁3.配位鍵配位鍵v例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片式中例如氨和三氟化硼可以形成配位化合物：圖片式中表示配位表示配位鍵。在鍵。在N和和B之間的一對電子來自之間的一對電子來自N原子上的孤對電子。原子上的孤對電子。配位

10、鍵是極性鍵，電子總是偏向一方，根據(jù)極性的強(qiáng)弱，或接近離子鍵，配位鍵是極性鍵，電子總是偏向一方，根據(jù)極性的強(qiáng)弱，或接近離子鍵，或接近極性共價鍵。在一些配合物中，除配體向受體提供電子形成普通配或接近極性共價鍵。在一些配合物中，除配體向受體提供電子形成普通配位鍵外，受體的電子也向配體轉(zhuǎn)移形成反饋配鍵位鍵外，受體的電子也向配體轉(zhuǎn)移形成反饋配鍵 。例如。例如Ni（CO）4中中CO中碳上的孤對電子向鎳原子配位形成中碳上的孤對電子向鎳原子配位形成配位鍵配位鍵 ，鎳原子的，鎳原子的d電子則反過來流電子則反過來流向向CO的空的空*反鍵軌道，形成四電子三中心反鍵軌道，形成四電子三中心d-p鍵，就是反饋配鍵。非金鍵

11、，就是反饋配鍵。非金屬配位化合物中也可能存在這種鍵。屬配位化合物中也可能存在這種鍵。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共55頁配位鍵可用以下3種理論來解釋v價鍵理論。認(rèn)為配體上的電子進(jìn)入中心原子的雜化軌道。價鍵理論。認(rèn)為配體上的電子進(jìn)入中心原子的雜化軌道。例如鈷（例如鈷（）的配合物）的配合物CoF63-中中F的孤對電子進(jìn)入的孤對電子進(jìn)入Co3+的的sp3d2雜雜化軌道，這種配合物稱為外軌配合物或高自旋配合物，有化軌道，這種配合物稱為外軌配合物或高自旋配合物，有4個未成個未成對電子，因而是順磁性的。對電子，因而是順磁性的。Co(NH3)-63+中中NH3的孤對電子進(jìn)入的孤對電子進(jìn)入Co3+的的d2sp3

12、雜化軌道雜化軌道 ，這種配合物稱為內(nèi)軌配合物或低自旋配合物，這種配合物稱為內(nèi)軌配合物或低自旋配合物，由于所有電子都已成對，因而沒有順磁性而為抗磁性。由于所有電子都已成對，因而沒有順磁性而為抗磁性。v晶體場理論。晶體場理論。將配體看作點(diǎn)電荷或偶極子，同時考慮配體產(chǎn)生的靜電場對中心原子將配體看作點(diǎn)電荷或偶極子，同時考慮配體產(chǎn)生的靜電場對中心原子的原子軌道能級的影響。的原子軌道能級的影響。v分子軌道理論分子軌道理論 。假定電子是在分子軌道中運(yùn)動，應(yīng)用群論或根據(jù)成鍵的基本原則就可假定電子是在分子軌道中運(yùn)動，應(yīng)用群論或根據(jù)成鍵的基本原則就可得出分子軌道能級圖。再把電子從能量最低的分子軌道開始按照泡利得出

13、分子軌道能級圖。再把電子從能量最低的分子軌道開始按照泡利原理逐一填入，即得分子的電子組態(tài)。分子軌道分為成鍵軌道和反鍵原理逐一填入，即得分子的電子組態(tài)。分子軌道分為成鍵軌道和反鍵軌道。分子的鍵合程度取決于分子中成鍵電子數(shù)與反鍵電子數(shù)之差。軌道。分子的鍵合程度取決于分子中成鍵電子數(shù)與反鍵電子數(shù)之差?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共55頁4、鍵的離子性和共價性v大多數(shù)物質(zhì)的化學(xué)鍵都具有離子性和共價性雙重性質(zhì)。v離子鍵和共價鍵并沒有嚴(yán)格的界限，離子鍵中包含著共價鍵成分，共價鍵中蘊(yùn)藏著離子鍵成分?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共55頁二、范德華力、氫鍵和次價力二、范德華力、氫鍵和次價力現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共55

14、頁 water molecule. :HHO water moleculeHH .NH3107.30NHHHLiF252pmLiF156pmpolar covalence in an “ionic” solidCOcarbon monoxide = 0.1D 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共55頁OOhomon unclear molecule,no permenanent dipole momentOCOFFTwo fluorine atomsa fluorine moleculeFFshared electron pair(Covalent) bond現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共55頁FFFOHH

15、-+HHClCl非極性共價鍵非極性共價鍵 = 0ClH極性共價鍵極性共價鍵 = q dBrH極性共價鍵極性共價鍵 = 0極性共價鍵極性共價鍵 = q d現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共55頁- +- +- + -偶極偶極-偶極間力偶極間力+B現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共55頁+B+B-+-+-+-+-+-+-+吸引吸引吸引吸引誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極誘導(dǎo)偶極現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共55頁誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力(極性分子與非極性分子間極性分子與非極性分子間)色散力色散力(所有分子間所有分子間)B定向力定向力(極性分子間極性分子間)+A+B+A-+B+A-+B+-現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二

16、頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共55頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共55頁Hydrogen BondHydrogen Bond in Water現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十五頁，共55頁極性與物質(zhì)的溶解性極性與物質(zhì)的溶解性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共55頁5.次價力次價力 次價力普遍存在于次價力普遍存在于 高分子化合物中，它是非鍵合高分子化合物中，它是非鍵合原子間和鏈之間的作用力的總和，它包括氫鍵等分原子間和鏈之間的作用力的總和，它包括氫鍵等分子間力。子間力。 次價力的大小常用內(nèi)聚能和內(nèi)聚能密度來衡量。次價力的大小常用內(nèi)聚能和內(nèi)聚能密度來衡量?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共55頁 高分子材料:是指分子量很大

17、（在104以上）的化合物，即高分子化合物組成的一類材料的總稱。 高分子材料有：有機(jī)高分子和無機(jī)高分子，天然高分子和人工合成高分子材料。 目前，人工合成的有機(jī)高分子材料如塑料、合成橡膠、合成纖維等發(fā)展十分迅速，已成為一個品種繁多的龐大的工業(yè)部門，而且具有廣闊的發(fā)展前途。三、高分子材料三、高分子材料現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共55頁一級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)：一個高分子鏈中鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、序列和鏈一個高分子鏈中鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)、序列和鏈節(jié)的支化度及分布。節(jié)的支化度及分布。鏈節(jié)是高分子化合物最基本的結(jié)構(gòu)。鏈節(jié)是高分子化合物最基本的結(jié)構(gòu)。高分子鏈的一級結(jié)構(gòu)還與鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元的連接方式有關(guān)。高分子

18、鏈的一級結(jié)構(gòu)還與鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元的連接方式有關(guān)。比如：比如：乙烯、丙烯的交替共聚物呈橡膠性質(zhì)乙烯、丙烯的交替共聚物呈橡膠性質(zhì)乙烯、丙烯的嵌段共聚物由于保留了各段的結(jié)晶能力，呈塑料性質(zhì)。乙烯、丙烯的嵌段共聚物由于保留了各段的結(jié)晶能力，呈塑料性質(zhì)。1.結(jié)構(gòu)與物性結(jié)構(gòu)與物性現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，共55頁 二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)， 三級結(jié)構(gòu)：三級結(jié)構(gòu)：聚集狀態(tài)的結(jié)構(gòu)聚集狀態(tài)的結(jié)構(gòu) 四級結(jié)構(gòu)：四級結(jié)構(gòu)：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共55頁 2、高分子材料的主要性能、高分子材料的主要性能 1）溶解性：溶解性：相似相溶規(guī)則、相似相溶規(guī)則、 溶度參數(shù)相近規(guī)則溶度參數(shù)相近規(guī)則 溶劑化規(guī)則溶劑化規(guī)則 2）

19、機(jī)械性能：）機(jī)械性能：拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度 3）電性能：）電性能：高分子材料都是電的絕緣體高分子材料都是電的絕緣體現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共55頁 3、高分子材料的分類、高分子材料的分類 1）塑料）塑料 2）橡膠）橡膠 3）纖維）纖維 4）膠粘劑）膠粘劑 5）涂料）涂料 6）ABS樹脂樹脂 7）聚四氟乙烯）聚四氟乙烯 8）聚乳酸）聚乳酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共55頁工程塑料 塑料的組成塑料是以有機(jī)合成樹脂為基礎(chǔ)，再加入添加劑所組成的。塑料是以有機(jī)合成樹脂為基礎(chǔ)，再加入添加劑所組成的。1.合成樹脂 是由低分子化合物通過縮聚或加聚反應(yīng)合

20、成的高分子化合物，如酚醛樹脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成，也起粘接劑作用。2.添加劑 為改善塑料的性能而加入的其它組成，主要有：(1)填料或增強(qiáng)材料 填料在塑料中主要起增強(qiáng)作用。(2)固化劑 可使樹脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的塑料制品。(3)增塑劑 用以提高樹脂可塑性和柔性的添加劑。(4)穩(wěn)定劑 用以防止受熱、光等的作用使塑料過早老化。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共55頁工程塑料的分類 聚乙烯(PE) 聚丙烯(PP) 聚氯乙烯(PVC) ：地下室或屋面防水（柔性防水） 聚苯乙烯(PS) ABS塑料 酚醛塑料(PE) 環(huán)氧塑料(EP) 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共55頁聚乙烯(PE)圖例

21、聚丙烯(PP)圖例現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共55頁酚醛塑料(PE)圖例環(huán)氧塑料(EP)圖例現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共55頁橡膠橡膠 橡膠是具有高彈性的輕度交聯(lián)的線型高聚物，它們在很寬的溫度范圍內(nèi)處于高彈態(tài)。一般橡膠在4080范圍內(nèi)具有高彈性，某些特種橡膠在100的低溫和200高溫下都保持高彈性。 橡膠有優(yōu)良的伸縮性，良好的儲能能力和耐磨、隔音、絕橡膠有優(yōu)良的伸縮性，良好的儲能能力和耐磨、隔音、絕緣等性能，廣泛用于制作密封件、減振件、傳動件、輪胎緣等性能，廣泛用于制作密封件、減振件、傳動件、輪胎和電線等制品。和電線等制品。 汽車輪胎，路面損傷減少汽車輪胎，路面損傷減少現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共5

22、5頁纖維纖維 天然纖維：棉花、麻、羊毛、蠶絲天然纖維：棉花、麻、羊毛、蠶絲 化學(xué)纖維：碳纖維和玻璃纖維用于混凝土化學(xué)纖維：碳纖維和玻璃纖維用于混凝土加固加固現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共55頁膠粘劑膠粘劑 環(huán)氧樹脂：用于碳纖維與混凝土之間的粘結(jié)環(huán)氧樹脂：用于碳纖維與混凝土之間的粘結(jié)膠粘劑統(tǒng)稱為膠，它以粘性物質(zhì)為基礎(chǔ)，并加入各種膠粘劑統(tǒng)稱為膠，它以粘性物質(zhì)為基礎(chǔ)，并加入各種添加劑組成。它可將各種零件、構(gòu)件牢固地膠結(jié)在添加劑組成。它可將各種零件、構(gòu)件牢固地膠結(jié)在一起，有時可部分代替鉚接或焊接等工藝。由于膠一起，有時可部分代替鉚接或焊接等工藝。由于膠粘工藝操作簡便，接頭處應(yīng)力分布均勻，接頭的密粘工藝操作

23、簡便，接頭處應(yīng)力分布均勻，接頭的密封性、絕緣性和耐蝕性較好，且可連接各種材料，封性、絕緣性和耐蝕性較好，且可連接各種材料，所以在工程中應(yīng)用日益廣泛。所以在工程中應(yīng)用日益廣泛?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁，共55頁涂料：油漆涂料：油漆，這是一種有機(jī)高分子膠體的混合溶，這是一種有機(jī)高分子膠體的混合溶液，涂在物體表面上能干結(jié)成膜。液，涂在物體表面上能干結(jié)成膜。涂料主要有三大基本功能涂料主要有三大基本功能：一是保護(hù)功能一是保護(hù)功能，起著，起著避免外力碰傷、摩擦，防止腐蝕的作用；避免外力碰傷、摩擦，防止腐蝕的作用；二是二是裝飾功能裝飾功能，起著使制品表面光亮美觀的作用；，起著使制品表面光亮美觀的作用；三是特殊功能，三是特殊功能，可作為標(biāo)志使用，如管道、氣可作為標(biāo)志使用，如管道、氣瓶和交通標(biāo)志牌等。瓶和交