新课程分子晶体与原子晶体讲课用

第二节分子晶体,回顾:1、什么叫晶体？什么叫非晶体？2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目,观察思考,请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：,水晶,碘晶体结构,干冰晶体结构,观察与思考：下列两种晶体有什么共同点？,NaCl晶体结构,一、分子晶体,一概念分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体。构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力。,结合表格和已有知识,分析:分子晶体有哪些物理特性？为什么?,思考与交流,原因：分子间作用力较弱,2、物理特性：,(1)较低的熔点和沸点，易升华；,(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。有些在水溶液中可以导电.,(2)较小的硬度；,注:分子间作用力越大,熔沸点越高(相对分子质量,分子极性,氢键)分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力,不破坏化学键,也有例外,如S8,5、典型的分子晶体：,（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60（3）部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖（6）稀有气体,分子的密堆积,氧（O2）的晶体结构,碳60的晶胞,分子的密堆积,（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个）,干冰的晶体结构图,冰中个水分子周围有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,分子的非密堆积,6、分子晶体结构特征,（1）密堆积,有分子间氢键氢键具有方向性,使晶体中的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不具有分子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。,（2）非密堆积,只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2。,许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl28H20的水合物晶体。20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷，因而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”,科学视野：天然气水合物一种潜在的能源,4、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（H2O）n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析：1mol冰中有mol氢键？H2O的熔沸点比H2S高还是低？为什么？,2,氢键,讨论,CO2和SiO2的一些物理性质如下所示，通过比较，判断SiO2晶体是否属于分子晶体。,结论：SiO2不是分子晶体。,那么SiO2是什么晶体呢？,在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。,可燃冰,二、原子晶体1、定义：原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。2、构成微粒：原子3、微粒之间的作用：4、气化或熔化时破坏的作用力：5、物理性质：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大）,共价键,共价键,6、常见原子晶体（1）某些非金属单质：硼（B）、硅（Si）、锗（Ge）、金刚石（C）等（2）某些非金属化合物：SiC、BN等（3）某些氧化物：SiO2、等,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,思考：（1）在金刚石晶体中,C采取什么杂化方式？每个C与多少个C成键？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？（2）在金刚石晶体中，C原子个数与CC键数之比为多少？（3）12克金刚石中CC键数为多少NA？,7、典型的原子晶体,金刚石的结构特征：在金刚石晶体里每个碳原子都采取SP3杂化，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，。这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。金刚石晶体中所有的CC键长相等，键角相等（10928）；晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；晶体中C原子与CC键数之比为：1：2,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,下一页,共价键,10928,金刚石的晶体结构示意图,返回,共价键,思考1：在SiO2晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个？每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？思考2：1mol二氧化硅的晶体含几摩的Si-O键3:在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子构成?,SiO2的结构特征：在SiO2晶体中每个Si原子周围结合4个O原子；每个O原子跟2个Si原子相结合。SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。1molSiO2中含4molSiO键,解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗,学与问,1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？,2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？,小结1：分子晶体与原子晶体的比较,相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构,分子间以分子间作用力结合,原子,分子,共价键,分子间作用力,很大,较小,很大,较小,不溶于任何溶剂,部分溶于水,不导电，个别为半导体,固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电,石墨晶体结构,知识拓展石墨,石墨,1、石墨为什么很软？2、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？,3、石墨属于哪类晶体？为什么？,石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。,石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键，故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,7、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是。,解析：由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。答案为：Ti14C13,小结2：判断晶体类型的方法,1、依据组成晶体的微粒和微粒间的作用力判断：构成原子晶体的微粒是原子，原子间的作用力是共价键，构成分子晶体的微粒是分子，分子之间的作用力是分子间作用力。2、依据物质的分类判断3、依据晶体的熔点判断：原子晶体的熔点高，一般在1000以上，分子晶体的熔点低，常在几百度以下甚至更低4、依据导电性判断：分子晶体为非导体，部分分子溶于水能导电，原子晶体多为非导体，有些为半导体