晶体结构与性质.ppt

晶体结构与性质 山东省实验中学 1 固体有晶体和非晶体之分 1 具有规则几何外形 自范性 一 晶体常识 1 晶体的特征 2 具有固定的熔点 3 具有各向异性 非晶体不具备这些特征 2 说明 1 晶体的自范性 晶体能自发呈现一定对称性的多面体外形 晶体的形貌 2 晶体自范性的本质 是晶体中粒子 分子 离子 原子 在三维空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象 3 晶体自范性的条件之一 生长速率适当 4 构成非晶体的质点在三维空间的排列相对无序 非晶体不能呈现多面体的外形 3 雪花晶体 食糖晶体 美丽的晶体 明矾晶体 单质硫 食盐晶体 4 5 祖母绿 6 绿宝石 7 猫眼石 8 紫水晶 9 黄水晶 黄水晶 10 11 水晶石 12 NaCl晶体结构示意图 13 金刚石晶体结构示意图 14 干冰晶体结构 15 非晶态又称玻璃态 16 玻璃结构示意图 B O Si M 17 晶体的原子呈周期性排列非晶体的原子不呈周期性排列 18 宏观晶体的形貌 立方 19 20 2 晶体形成的途径 熔融态物质凝固 气态物质冷却不经液态直接凝固 凝华 溶质从溶液中析出 21 1 石墨 C 和蓝宝石 Al2O3 SiO2 是常见的晶体 其中石墨的结构呈层状 在与层垂直方向的导电率为与层平行方向上导电率的1 10000 蓝宝石在不同方向上的硬度是不同的 2 石蜡和玻璃都是非晶体 如果将二者加热 当温度升高到一定程度后 开始软化 流动性增强 最后变成液体 整个过程温度不断上升 并且在这个过程中没有固定的熔解热效应 小资料 22 思考与交流 1 如何鉴别晶体和非晶体 2 右图是玻璃的结构示意图 根据该图判断玻璃是不是晶体 为什么 3 你能列举一些可能有效的方法鉴别真假宝石 假宝石通常是用玻璃仿造的 吗 晶体与非晶体的鉴别 X 射线衍射实验 23 非晶态和晶态石英的X 射线粉末衍射图谱 晶态石英的谱图 明锐线条 非晶态石英的谱图 漫峰 24 1 下列关于晶体与非晶体的说法正确的是A 晶体一定比非晶体的熔点高B 晶体有自范性但排列无序C 非晶体无自范性而且排列无序D 非晶体有固定的熔点2 区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是A 熔沸点B 硬度C 颜色D x 射线衍射实验 C D 25 3 下列不属于晶体的特点是 A 一定有固定的几何外形B 一定有各向异性C 一定有固定的熔点D 一定是无色透明的固体 D 26 4 晶体具有各向异性 如蓝晶石 Al2O3 SiO2 在不同方向上的硬度不同 又如石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上的导电率1 104 晶体的各向异性主要表现在是 硬度 导热性 导电性 光学性质A B C D D 27 分子 原子 阴阳离子 金属阳离子和自由电子 构成微粒 CO2 Ne冰硫磺蔗糖 C SiO2SiSiC 金属及合金 NaCl CsCl 举例 固态或熔融态不导电 溶于水可能导电 一般不导电 固体不导电溶于水或熔融状态能导电 好 导电性 较小 很大 较大 比较复杂 硬度 较低 很高 较高 比较复杂 熔沸点 分子间作用力 共价键 离子键 金属键 微粒间作用力 分子晶体 原子晶体 离子晶体 金属晶体 3 几种常见晶体的结构和性质比较 根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同 将晶体分为离子晶体 金属晶体 原子晶体和分子晶体 28 石墨的晶体结构 范德瓦尔斯力 共价键 29 晶体类型的判断 从组成上判断 从构成晶体的微粒进行判断从性质上判断 熔沸点和硬度 高 原子晶体 中 离子晶体 低 分子晶体 金属晶体 看具体情况而定 固态不导电 熔融状态能否导电 导电 离子晶体 30 1 关于晶体的下列说法正确的是A 在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子B 在晶体中只要有阳离子就一定有阴离子C 原子晶体的熔点一定比金属晶体的高D 分子晶体的熔点一定比金属晶体的低 A 2 实现下列变化时需克服相同类型作用力的是A 石墨和干冰的熔化B 食盐和冰醋酸的熔化C 纯碱和烧碱的熔化D 液溴和液汞的汽化 C 练习 31 3 下列物质 NaOH Mg 金刚石 冰 干冰 NH4Cl 石英 白磷 铁 铝合金 金刚砂 玻璃 晶体硼 无定形碳 H2SO4属于离子晶体的有 属于原子晶体的有 属于金属晶体的有 属于分子晶体的有 32 2019 12 28 33 4 下列八种晶体 A水晶B冰醋酸C氧化镁D白磷E氩晶体F硫酸铵G铝H金刚石 属于原子晶体的化合物是 直接由原子构成的分子晶体是 含有共价键的离子晶体是属于分子晶体的单质是 在一定条件下 能导电而不发生化学变化的 受热熔化后不发生化学键断裂的是 受热熔化需克服共价键的是 A E F DE G BD AH 34 5 比较下列几组晶体熔沸点高低的顺序 由高到低 1 金刚石 氯化钠 晶体硅 干冰 金刚石 晶体硅 氯化钠 干冰 2 石英 铝硅合金 晶体硅 冰 石英 晶体硅 铝硅合金 冰 3 氧化钙 氯化钾 氯化钙 碘化钾 氧化钙 氯化钙 氯化钾 碘化钾 4 氧化镁 氧气 水 氮气 氧化镁 水 氧气 氮气 35 二 晶体结构的堆积模型 组成晶体的原子 离子或分子在没有其他因素 如共价键的方向性 影响时 在空间的排列大都服从紧密堆积原理 这是因为分别借助于没有方向性的金属键 离子键和分子间相互作用形成的金属晶体 离子晶体和分子晶体的结构中 都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围 并以密堆积的方式降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 36 在一层中 最紧密的堆积方式 是一个球与周围6个球相切 在中心的周围形成6个凹位 1 等径圆球的密堆积 由于金属键没有方向性 每个金属原子中的电子分布基本是球对称的 所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的 等径圆球的密堆积方式有A3型最密堆积 A1型最密堆积 37 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1 3 5位 或对准2 4 6位 其情形是一样的 关键是第三层 对第一 二层来说 第三层可以有两种最紧密的堆积方式 38 下图是A3型六方紧密堆积的前视图 A 第一种是将球对准第一层的球 于是每两层形成一个周期 即ABAB堆积方式 形成六方紧密堆积 A3型 配位数12 同层6 上下层各3 39 40 面心立方紧密堆积的前视图 A 第四层再排A 于是形成ABCABC三层一个周期 得到面心立方堆积 A1型 配位数12 同层6 上下层各3 41 ABCABC形式的堆积 为什么是面心立方堆积 我们来加以说明 42 这两种堆积都是最紧密堆积 空间利用率为74 05 43 2 非等径圆球的密堆积 由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积 即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等径圆球的密堆积 小球再填充在大球所形成的空隙中 配位数 一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目 如NaCl配位数为6 即每个Na 离子周围直接连有6个CI 反之亦然 44 三 晶胞 1 描述晶体结构的基本单元叫做晶胞 蜂巢与蜂室 铜晶体 铜晶胞 晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻 然而蜂巢是有形的 晶胞是无形的 是人为划定的 45 注意 2 晶胞在晶体中是 无隙并置 而成 1 晶胞都是平行六面体 沿平行六面体三个边平移 能够与下一个晶胞重合的最小单位 46 金刚石的多面体外形 晶体结构和晶胞示意图 47 NaCl晶体结构和晶胞 思考与交流 1 上述铜晶体 金刚石 NaCl晶体的晶胞空间构形是怎样的 2 在NaCl晶体中 晶胞是如何排列的 晶胞之间是否存在空隙 48 平行六面体 无隙并置 49 三种典型立方晶体结构 50 2 晶胞中粒子数的计算 均摊法 51 52 立方晶胞 体心 1 面心 1 2 棱边 1 4 顶点 1 8 小结 晶胞对质点的占有率 53 3 常见晶胞中微粒数的计算 1 六方晶胞 在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有 在面心的为2个晶胞共有 在体内的微粒全属于该晶胞 微粒数为 12 1 6 2 1 2 3 6 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 顶 1 8棱 1 4面 1 2心 1 2 面心立方 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有 在面心的为2个晶胞共有 微粒数为 8 1 8 6 1 2 4 3 体心立方 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享 处于体心的金属原子全部属于该晶胞 微粒数为 8 1 8 1 2 54 1 石墨晶体的层状结构 层内为平面正六边形结构 如图 试回答下列问题 1 图中平均每个正六边形占有C原子数为 个 占有的碳碳键数为 个 碳原子数目与碳碳化学键数目之比为 练习 2 3 2 3 55 2 2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录 如图所示的是该化合物的晶体结构单元 镁原子间形成正六棱柱 且棱柱的上下底面还各有1个镁原子 6个硼原子位于棱柱内 则该化合物的化学式可表示为 A MgBB MgB2C Mg2BD Mg3B2 56 Mg原子的数目 12 1 6 2 1 2 3B原子的数目 6故化学式可表示为MgB2 57 3 晶体硼的基本结构单元都是由硼原子