晶体的特征.ppt

第3章物质的聚集状态与物质性质第1节认识晶体第一课时开课人 张士碧2019年4月3日 第一节 认识晶体 学习目标 一 晶体的特性 二 晶体结构的堆积模型 三 晶体结构的基本单元 晶胞 胆矾明矾晶体 冰糖晶体水晶 水晶石 一 晶体的特性 1 晶体与非晶体 1 晶体 内部微粒 原子 离子或分子 在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质 2 非晶体 内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态 P94 2 晶体的特性 1 具有规则的几何外形 2 自范性 在适宜条件下 晶体能够自发地呈现封闭的 规则的多面体外形 3 各向异性 晶体在不同方向上表现出不同的物理性质 4 对称性 晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性 5 有固定的熔沸点 非晶体没有 3 晶体的种类 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 金属离子和自由电子 练习 请判断下列物质的晶体类型 干冰 金刚石 氯化钠 铁 1 以上物质熔化时不需要破坏化学键的是 2 熔化时需要破坏共价键的是 需要破坏离子键的是 需要破坏金属键的是 需要破坏分子间作用力的是 二 晶体结构的堆积模型P72 组成晶体的原子 离子或分子在没有其他因素 如氢键 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 离子键和分子间作用力形成的金属晶体 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 注 原子晶体和有氢键的分子晶体不进行紧密堆积 金属原子在平面上有几种排列方式 金属晶体的原子堆积模型 a 非密置层 b 密置层 思考 金属原子在形成晶体时有几种堆积方式 将桌上的乒乓球在三维空间堆积起来 有几种不同的堆积方式 比较不同方式堆积时金属晶体的配位数 原子的空间利用率 晶胞的区别 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 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 1 等径圆球的密堆积P73 在一个层中 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 将其算为第一层 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 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 ABCABC形式的堆积 为什么是面心立方堆积 我们来加以说明 这两种堆积都是最紧密堆积 空间利用率为74 05 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 二氧化碳 面心立方紧密堆积 二 晶胞 1 晶胞 晶体结构中的最小重复单元 从晶体中 截取 出来具有代表性的最小部分 蜂巢与蜂室 铜晶体 铜晶胞 晶体与晶胞的关系可用蜂巢与蜂室的关系比喻 蜂巢是有形的 晶胞是无形的 是人为划定的 三 晶体结构的基本单元 晶胞 NaCl晶体结构和晶胞 晶胞一般是平行六面体 整块晶体可看作数量巨大的晶胞 无隙并置 而成 晶胞间无间隙 平行排列 2 常见三种密堆积的晶胞 六方晶胞 A3型 面心立方晶胞 A1型 体心立方晶胞 A2型 长方体晶胞中原子个数的计算 立方晶胞 内心 1 面心 1 2 棱边 1 4 顶点 1 8 小结 长方体晶胞对质点的占有率 3 长方体晶胞中微粒数的计算 注 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内 1 1 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 2 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 4 六方最密堆积 A3型 与六方晶胞 正六棱柱中不同位置的粒子对晶胞的贡献 顶 1 6棱 1 3面 1 2内 1 1 六方最密堆积 A3型 正六棱柱 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 2 六方最密堆积 A3型 实际上由三个晶胞构成 人们称这个晶胞为六方晶胞 六方晶胞 例1 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 典例分析 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 2 如图所示晶体中每个阳离子A或阴离子B 均可被另一种离子以四面体形式包围着 则该晶体对应的化学式为A ABB A2BC AB3D A2B3 3 如图是CsCl晶体的