晶体类型及性质

晶体类型及性质（授课讲义）授课教师：汤平发,人类对晶体的最初认识也许是从采集石器时发现外形规则或光彩夺目的天然矿物开始的，进而把它们作为玩物和饰物。世界各地的考古发掘表明，人类使用玉类宝石至少已有七千年的历史。我国西汉时期刘胜夫妇墓葬中的两套金缕玉衣就用了4600多玉片。唐诗、宋词中更出现了“云母屏风烛影深”,“水晶帘不下，云母屏开”之类的佳句。,等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。,准晶体，亦称为“准晶”或“拟晶”，是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。,液晶是介于液态与结晶态之间的一种物质状态。它除了兼有液体和晶体的某些性质（如流动性、各向异性等）外，还有其独特的性质。,地球上的晶态物质比比皆是，仅矿物中，就有98%是晶体。有长达1m、上吨重的水晶，也有以克拉（=0.2g)计的钻石;有晶莹剔透、光彩夺目的红、蓝、黄、绿宝石，也有金属、沙土等不像是晶体的物质；有日常生活中用的食盐、奎宁和青霉素，也有尖端科学技术中才会遇到的锗酸铋、铌酸锂、磷酸氧钛钾 动物的骨骼、毛发中也有结晶组织。脱离了营养介质的病毒会形成结晶，例如“番茄停育症”病毒会结晶成漂亮的大块斜十二面体，若与宝石摆在一起，也许会以假乱真,晶体的性质之一: 均匀性,一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的（化学组成、密度、硬度等）,称为晶体性质的均匀性。非晶体也有均匀性。尽管二者起因不同，但均匀性仍只是晶体的一种性质,而不是区别于非晶体的特性。,晶体的性质之二: 有规则的几何外形,晶体的理想外形具有特定的对称性,这是内部结构对称性的反映。,晶体的性质之三: 各向异性,晶体的物理性质，如电导率、热导率、膨胀系数、折射率等随方向不同而不同, 称为晶体的异向性, 也称各向异性。,石墨的电导率在两个方向上相差6000倍：平行于层的方向上电导率高（3104S .cm-1,25oC），且随温度上升而减小，为半金属性导电; 垂直于层的方向上电导率却很低（5S . cm-1, 25oC），且随温度上升而增大，为半导体性导电。,图中红、蓝球均为C原子,晶体的性质之四: 长程有序,晶态结构示意图,非晶态结构示意图,晶体的性质之五: 有确定的熔点,非晶体加热时则是逐步软化成流体，没有明确的熔点。,阴、阳离子通过离子键,阴离子和阳离子,离子键,相反电荷,分子,离子的个数比,一、离子晶体：(1)概念： 而形成的晶体;(2)构成离子晶体的微粒是 ;(3)微粒间的作用力是 。由于离子间存在着无方向性的静电作用，每个离子周围会尽可能多地吸引带 的离子以达到降低体系能量的目的。所以，离子晶体中不存在单独的 ，其化学式表示的是 ，而不是分子组成。(4)物理性质：硬度较 ；熔沸点较 ；大多易溶于水等极性溶剂；晶体 导电，水溶液或熔融态 导电 。(5)熔化时破坏的作用力： 。(6)强碱、活泼金属氧化物、大多数盐类都是 化合物。它们在通常条件下都是 ，都属于离子晶体。(7)一般说来，阴、阳离子的电荷数 ，离子半径 ，则离子键越强，离子晶体的熔、沸点 ，如：Al2O3MgO，NaClCsCl等。,大,高,不,能,离子键,离子,固体,越多,越小,越高,B,1NaF、NaI、MgO晶体均为离子晶体，根据下列数据，这三种晶体的熔点高低顺序是 ()A BC D,解析NaF、NaI、MgO均为离子晶体，它们熔点高低由离子键强弱决定，而离子键的强弱与键长和离子电荷数有关，MgO中键长最短，离子电荷数最高，故离子键最强。,二、分子晶体(1)定义：分子间通过 相结合形成的晶体叫分子晶体。如：干冰、碘晶体、冰等。(2)构成粒子： 。(3)微粒间的作用力： 。(4)物理性质：分子晶体的熔、沸点 ，密度 ，硬度较小，较易熔化和挥发。固体和熔化状态不导电，部分溶于水能导电。 (5)熔化破坏的作用力： 。(6)常见的典型的分子晶体有：所有非金属氢化物，如水、氨、甲烷等； ，如卤素、O2、S8、P4、C60等；部分非金属氧化物，如 等；几乎所有的酸；绝大多数 的晶体。（有机盐除外）(7)分子晶体熔、沸点高低的比较规律分子晶体分子间作用力 ，物质熔、沸点 ，反之 ；具有氢键的分子晶体，熔、沸点 。如H2OH2TeH2SeH2S。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔沸点越高。例如SnH4GeH4SiH4CH4。,分子间作用力,分子,分子间作用力（氢键）,较低,较小,分子间作用力（氢键）,部分非金属单质,干冰、冰、SO3、P2O5,有机物,越大,越高,越低,反常,在分子晶体中，分子内的原子间以共价键结合，分子间靠分子间作用力相互吸引。稀有气体单质是单原子分子，在固态时属于分子晶体，但不存在共价键，不包含化学键。,B,2下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是 ()ANH3、HD、C10H8 BPCl3、CO2、H2SO4CSO2、SiO2、P2O5 DCCl4、Na2S、H2O2,解析A中HD是单质，不是化合物；C中SiO2为原子晶体，不是分子晶体；D中Na2S是离子晶体，不是分子晶体。,3下列物质，按沸点降低顺序排列的一组是 ()AHF、HCl、HBr、HI BF2、Cl2、Br2、I2CH2O、H2S、H2Se、H2Te DCI4、CBr4、CCl4、CF4,解析A、C中HF和H2O分子间含有氢键，沸点反常；对结构相似的物质，B中沸点随相对分子质量的增加而增大；D中沸点依次降低。,D,4下表列举了几种物质的性质，据此判断属于分子晶体的是_。,解析分子晶体熔、沸点一般比较低，硬度较小，固态不导电。M的熔点高，肯定不是分子晶体；N是金属钠的性质；其余X、Y、Z、W均为分子晶体。,X、Y、Z、W,D,4干冰熔点很低是由于 ()ACO2是非极性分子 BC=O键的键能很小CCO2化学性质不活泼 DCO2分子间的作用力较弱,5SiCl4的分子结构与CCl4相似，对其进行的下列推测不正确的是()ASiCl4晶体是分子晶体B常温、常压下SiCl4是气体CSiCl4的分子是由极性键形成的非极性分子DSiCl4的熔点高于CCl4,解析由于SiCl4具有分子结构，所以一定属于分子晶体。影响分子晶体熔、沸点的因素是分子间作用力的大小，在这两种分子中都只有范德华力，SiCl4的相对分子质量大于CCl4，所以SiCl4的分子间作用力更大一些，熔、沸点更高一些。CCl4的分子是正四面体结构，SiCl4与它结构相似，因此也应该是正四面体结构，是含极性键的非极性分子。,B,B,6下列有关分子晶体熔点高低的叙述中，正确的是 ()A氯气碘单质 B四氯化硅四氟化硅CNH3正戊烷,解析A、B选项属于无氢键存在，分子结构相似的情况，相对分子质量大的物质熔、沸点高；C选项属于有氢键存在，分子结构相似的情况，存在氢键的物质熔、沸点高；D选项属于相对分子质量相同的同分异构体，支链多的物质熔、沸点低。,7下列物质在室温下均是分子晶体的是 ()AH2O、CH4、HFB红磷、硫、碘CCO2、SO2、NO2DH2SO4、CH3CH2OH、HCHO,B,三、原子晶体(1)概念：相邻原子间以 相结合形成的具有 结构的晶体，称为原子晶体。(2)构成微粒： ；(3)微粒间的作用力： ；(4)常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、 等。某些非金属化合物，如 、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。(5)原子晶体中不存在单个 ，化学式仅仅表示的是物质中的 关系，不是分子式。(6)熔化时破坏的作用力： 。(7)物理性质：熔、沸点 ，硬度 ，一般 导电， 溶于溶剂。(8)原子晶体熔沸点的比较：由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石石英碳化硅硅。,共价键,空间网状,原子,共价键,晶体硅(Si),碳化硅(SiC),分子,原子个数比,共价键,很高,大,不,难,8下列关于原子晶体和分子晶体的说法不正确的是 ()A原子晶体硬度通常比分子晶体大B原子晶体的熔、沸点较高C分子晶体中有的水溶液能导电D金刚石、水晶和干冰都属于原子晶体,解析由于原子晶体中粒子间以共价键结合，而分子晶体中分子间以分子间作用力结合，故原子晶体比分子晶体的熔、沸点高，硬度大。有些分子晶体溶于水后能电离出自由移动的离子而导电，如H2SO4、HCl等；D选项中的干冰(CO2)是分子晶体，D错。,D,9下列晶体性质的比较中不正确的是 ()A熔点：金刚石碳化硅晶体硅 B沸点：NH3PH3C硬度：白磷冰二氧化硅 D熔点：SiI4SiBr4SiCl4,解析A项中三种物质都是原子晶体，因原子半径r(C)r(Si)，所以键长：CCCSiCSiSiSi。键能越大，原子晶体的熔点越高，A项正确；因为NH3分子间存在氢键，所以NH3的沸点大于PH3的沸点，B项正确；二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点越高，D项正确。,C,10氮化硼(BN)是一种新型结构材料，具有超硬、耐磨、耐高温等优良特性，下列各组物质熔化时，所克服的微粒间作用与氮化硼熔化时克服的微粒间作用都相同的是 ()A硝酸钠和金刚石 B晶体硅和水晶C冰和干冰 D苯和萘,解析因为BN为原子晶体，熔化时克服的微粒间的相互作用是共价键。A中硝酸钠为离子晶体；C、D中物质均为分子晶体，只有B中物质均为原子晶体。,B,11固体熔化时，必须破坏非极性共价键的是 ()A冰 B晶体硅 C溴 D二氧化硅,解析冰在融化时克服的是分子间作用力，晶体硅克服的是非极性共价键，溴克服的是分子间作用力，二氧化硅克服的是极性共价键。选项B符合题意。,B,12下列物质熔点的比较正确的是 ()AF2Cl2Br2 B金刚石P4O2CSHBr金刚石 DI2CH4冰,解析A项中F2、Cl2、Br2均是分子晶体，由相对分子质量可知熔点：F2Cl2离子晶体分子晶体。金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等沸点很高，如汞、镓、铯等沸点很低，金属晶体一般不参与比较。2原子晶体由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如熔点：金刚石石英碳化硅硅。3离子晶体一般地说，阴、阳离子所带电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgOMgCl2NaClCsCl。4分子晶体(1)分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常得高。如H2OH2TeH2SeH2S。(2)组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高，如SnH4GeH4SiH4CH4，F2Cl2Br2N2，CH3OHCH3CH3。,晶体熔、沸点高低的比较,(4)同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。例如：CH3CH2CH2CH2CH3(5)同分异构体的芳香烃，其熔、沸点高低顺序是邻间对位化合物。5金属晶体金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如熔、沸点：NaMgNaKRbCs。,注意(1)金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔点很高，如汞、镓、铯等熔点很低。(2)金属晶体的熔点不一定比分子晶体的熔点高，如金属晶体Na晶体的熔点(98)小于分子晶体AlCl3晶体的熔点(190)。,【例1】下列物质的熔、沸点高低顺序中，正确的是 ()A.金刚石晶体硅二氧化硅碳化硅 B.CI4CBr4CCl4CH4C.MgOH2OO2Br2 D.金刚石生铁纯铁钠,解析:对于A选项，同属于原子晶体，熔沸点高低主要看共价键的强弱，显然对键能而言，晶体硅离子晶体分子晶体，MgO(H2O、O2、Br2)，