(立体图好理解)分子晶体与原子晶体.ppt

第二节分子晶体,回顾：晶体和非晶体的差异,具有规则的几何外形,有,粒子在三维空间周期性有序排列,各向异性,固定,不具有规则的几何外形,没有,粒子排列相对无序,各向同性,不固定,微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列,立方晶胞,体心：,1,面心：,1/2,棱边：,1/4,顶点：,1/8,晶胞：描述晶体结构的基本单元,晶胞中原子个数的计算均摊法,下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个分子？原子？每个CO2分子相邻的分子有多少个？,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,2、组成微粒：,分子,3、粒子间作用力：,分子内原子间以共价键结合，相邻分子间靠分子间作用力或氢键相互吸引,有单个分子存在，化学式就是分子式不能使用均摊法,分子晶体有时无化学键，例如稀有气体是单原子分子,注意：,例：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。,Ti14C13,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,4、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和氢键,不破坏化学键,也有例外,如S8,(4)符合相似相溶；,干冰,干冰（CO2的晶体）硬度与冰相似，但熔点比冰低，常压下极易升华，用作制冷剂。干冰分子间只存在范德华力不存在氢键，是分子密堆积，故密度比冰的高。,5、典型的分子晶体：,（1）所有非金属氢化物：H2O，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，S8，P4，C60（3）部分非金属氧化物:CO2，NO2，P4O6，（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖,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,小结:,1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。3、常见分子晶体分类：(1)所有非金属氢化物(2)部分非金属单质，(3)部分非金属氧化物(4)几乎所有的酸(而碱和盐则是离子晶体(5)绝大多数有机物的晶体。晶体分子结构特征（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3）,1、下列物质属于分子晶体的化合物是（）A、石英B、硫磺C、干冰D、食盐,C,练习,2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是A、分子内共价键B、分子间作用力C、分子键距离D、分子间的氢键,BC,3、冰醋酸固体中不存在的作用力是（）A、离子键B、极性键C、非极性键D、范德华力,A,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？已知氢键也有方向性，试分析为什么冬季河水总是从水面上开始结冰？,2,氢键,由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上,回顾:,1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。3、常见分子晶体分类：(1)所有非金属氢化物(2)部分非金属单质，(3)部分非金属氧化物(4)几乎所有的酸(而碱和盐则是离子晶体(5)绝大多数有机物的晶体。晶体分子结构特征（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3）,1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体，分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；碳与碳之间既有单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。请回答：(1)一个C60分子中有几个五边形和几个六边形？(2)一个C60分子中有多少个C=C？(3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律，请确定C70分子结构中上述几项参数。,先求棱边数：每个顶点伸出三条棱，而每条棱又总是由两个顶点共有，所以，每个顶点单独伸出的棱有31/2=1.5条，60个顶点共伸出的棱为601.5=90条。,依据欧拉定理可写出：60+x+y-90=2,依据棱边数守恒：（5x+6y）/2=90,联立解得x=12，y=20,解析：(1)设C60分子中含有x个五边形和y个六边形,也可根据顶点数守恒：5/3x+2y=60,（2）设一个C60分子中含的C-C单键数和C=C双键数分别为a、b，,则根据棱边守恒有：a+b=90,利用价电子守恒：2a+4b=604联立解得：a=60，b=30,即C60中含的双键数为30,第二节原子晶体,思考与交流,比较CO2和SiO2的一些物理性质和结构，试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。,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：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）,原子,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、-Al2O3等,7、原子晶体结构无单个分子，原子间以共价键相连,无分子式，只有化学式；化学式为原子个数比,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,8、典型的原子晶体(1)金刚石每个C周围有个C，围成空间图形C的杂化轨道类型是。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。C原子与碳碳键之比为（）最小碳环为（）且不共面一个C-C键被个环共用，每个环平均有个C-C键一个C原子被个环共用，每个环平均有个C原子,4,正四面体,SP3杂化,1：2,六元环,6,12,1/2,1,C422=12,金刚石是晶胞，一个晶胞中平均含有个原子。,面心立方,8,晶体硅结构与金刚石相似，键长不同,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,（2）SiO2原子晶体每个Si周围有个O,每个O周围有个SiSi周围的Si围成空间图形1molSiO2中共价键为（）mol最小环上有（）个原子每个Si被个环共用，每个氧被个环共用每个最小环平均拥有个Si个O原子,4,2,正四面体,4,12,12,6,1/2,1,思考为何金刚石的熔沸点高于硅？C-C键能大于Si-Si和Ge-Ge键，难破坏思考6为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价健，而C-O键能Si-O键能，所以CO2分子更稳定。,原子晶体熔、沸点比较规律在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：金刚石碳化硅晶体硅,1、怎样从原子结构的角度理解金刚石、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?,探究思考,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，如：硅、锗5、依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小,莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，1824年由德国矿物学家莫斯（FrederichMohs）首先提出。确定这一标准的方法是，用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物的表面而产生划痕，用测得的划痕的深度来表示硬度。,资料莫氏硬度,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,一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。,知识拓展石墨,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（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（大键），故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,石墨中CC夹角为120，CC键长为1.421010m层间距3.351010m,2,3,（1）石墨中C原子以sp2杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有C2个，C-C键为3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。,2003年美国科学杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将CO2加热到1800K，成功制得了类似石英的CO2原子晶体。下列关于CO2晶体的叙述中不正确的是()A.晶体中C、O原子个数比为12B.该晶体的熔点、沸点高、硬度大C.晶体中COC键角为180D.晶体中C、O原子最外层都满足8电子结构,C,碳化硅（SiC）具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石晶体硅碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）A.B.C.D.,A,【拓展提高】1.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300反应获得。(1)氮化硅晶体属于_晶体。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出