分子晶体与原子晶体

1、 .2 微观结构微观结构 性质特征性质特征 晶体晶体 原子在三维原子在三维 空间里呈周空间里呈周 期性有序排期性有序排 列列 自范性自范性熔点熔点异同表现异同表现 有有 固定固定各向异性各向异性 非晶体非晶体原子排列无原子排列无 序序 无无 不固定不固定各向同性各向同性 1.晶体和非晶体晶体和非晶体 .3 2.区别方法区别方法: 间接：看是否有间接：看是否有固定的熔沸点固定的熔沸点。 直接可靠：对固体进行直接可靠：对固体进行X射线衍射实验射线衍射实验 3.得到晶体一般有三种途径：得到晶体一般有三种途径： 1.熔融态物质凝固。熔融态物质凝固。 2.气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。气态物质冷

2、却不经液态直接凝固（凝华）。 3.溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出。 .5 无形无形 组成晶体的细胞组成晶体的细胞 .6 .7 CsCl晶体晶体 .8 碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构 .9 1.晶体中晶胞的排列：无隙并置。晶体中晶胞的排列：无隙并置。 （1）无隙：相邻晶胞间没有任何间隙。）无隙：相邻晶胞间没有任何间隙。 （2）并置：所有晶胞都是平行排列，）并置：所有晶胞都是平行排列， 取向相同。取向相同。 （3）均摊法求晶胞中原子数目。）均摊法求晶胞中原子数目。 （4）晶胞）晶胞8个顶点相同的最小平行六面个顶点相同的最小平行六面 体，晶胞的平行棱相同，晶胞的平体，晶胞的平行棱相同

3、，晶胞的平 行面相行面相 同。同。 棱边：棱边： 棱棱-1/4-1/4 面心：面心：面心 面心-1/2-1/2 体心：体心：体心体心-1-1 .13 1、体心、体心全部全部 2、面心、面心1/2 3、棱上的点、棱上的点1/4 4、顶点（具体问题具体分析）、顶点（具体问题具体分析） 立方体立方体1/8 三棱柱三棱柱1/12 注：上述贡献的计算仅适用于离子晶体注：上述贡献的计算仅适用于离子晶体 和原子晶体而不适用于分子晶体和原子晶体而不适用于分子晶体 .14 二、晶胞二、晶胞 （一）概念：描述晶体结构的基本单元（一）概念：描述晶体结构的基本单元 （晶体中无限重复的部分）（晶体中无限重复的部分） .

4、15 碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构 .16 组成晶体的细胞组成晶体的细胞 .17 晶体与晶胞 .18 NaCl晶体结构和晶胞晶体结构和晶胞 .19 干冰的晶体结构图干冰的晶体结构图 二氧化碳分子二氧化碳分子 将图中的将图中的CO2分子换成分子换成I2分子分子 即为碘晶体的结构图即为碘晶体的结构图 .20 CsCl晶体晶体 .21 1、体心、体心全部全部 2、面心、面心1/2 3、棱上的点、棱上的点1/4 4、顶点（具体问题具体分析）、顶点（具体问题具体分析） 立方体立方体1/8 三棱柱三棱柱1/12 注：上述贡献的计算仅适用于离子晶注：上述贡献的计算仅适用于离子晶 体和原子晶体

5、而不适用于分子晶体体和原子晶体而不适用于分子晶体 .22 甲甲乙乙 .23 配位数配位数 最近层的异号离子有最近层的异号离子有 6 个，则配位数为个，则配位数为 6 。 晶胞类型晶胞类型 观察同一种点，如观察空心圆点观察同一种点，如观察空心圆点 Cl ， ，正正 六面体的六面体的 8 个顶点和各面的中心，均有一个。所以为面心个顶点和各面的中心，均有一个。所以为面心 立方晶胞。立方晶胞。 .24 1、 晶胞是晶胞是晶体的最小结构最小结构重复单元。 2、 晶胞必须符合两个条件：晶胞必须符合两个条件： 一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性， 即与

6、晶体具有相同的对称元素即与晶体具有相同的对称元素 对称轴，对称面对称轴，对称面 和对称中心和对称中心 ) 。 晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完 全全 相同的平行六面体。相同的平行六面体。 晶体是晶胞晶体是晶胞“无隙并置无隙并置”而成而成 小结、晶体结构的基本单元小结、晶体结构的基本单元 晶胞晶胞 .25 乙乙 有有 对称轴；对称轴； 有与边垂直的对称面有与边垂直的对称面 黄色的面；黄色的面； 有对称中心有对称中心 对称性与晶体相同。对称性与晶体相同。 甲甲 乙乙 甲甲 没有与边垂直的对称面；没有与边垂直的对称面； 没有对称中心没有对称中心 对称性

7、不能代表晶体。对称性不能代表晶体。 所以乙为所以乙为 NaCl 的晶胞的晶胞 。 .26 晶胞代表整个晶体，晶胞代表整个晶体， 无数个晶胞堆积起来，无数个晶胞堆积起来， 则得到晶体则得到晶体 晶胞内微粒的组成反映整个晶体的组成，求出晶胞内微粒的组成反映整个晶体的组成，求出 晶胞中微粒的个数比就能写出晶体的化学式晶胞中微粒的个数比就能写出晶体的化学式 3、“切割法切割法”或或“均摊法均摊法”确定晶胞中的微粒数确定晶胞中的微粒数 切割示意图切割示意图 .27 A B 练习练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子

8、）表示阳离子） 化学式：化学式： AB .28 练习练习2：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子） A B 化学式：化学式： A2B BA2 .29 A B 化学式：化学式： 练习练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子） AB .30 B 化学式：化学式： A 练习练习4：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳

9、离子） C ABC3 .31 例题分析： 如图所示的晶体结构是一种具有优良的压 电、铁电、光电等功能的晶体材料的晶胞。 晶体内与每个“T T”紧邻的氧原子数和这 种晶体材料的化学式分别是（各元素所带 的电荷均已略去） O原子 Ti原子 Ba原子 .32 例题解析： 化学式为：BaTiO3 Ba：1x1 Ti：8x(1/8) O：12x(1/4) O原子 Ti原子 Ba原子 棱边：棱边： 棱棱-1/4-1/4 面心：面心：面心 面心-1/2-1/2 体心：体心：体心体心-1-1 A B 练习练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化

10、学式：（A表示阳离子）表示阳离子） 化学式：化学式： AB 练习练习2：根据离子晶体的晶胞结构，判断下根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子） A B 化学式：化学式： A2B A B 化学式：化学式： 练习练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子） AB B 化学式：化学式： A 练习练习4：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下 列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子） C A

11、BC3 练习练习5 5：下图为高温超导领域的一种化合物：下图为高温超导领域的一种化合物 钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性 的最小重复单元。的最小重复单元。 1 1）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与 它 最 接 近 且 距 离 相 等 的 钛 离 子 共 有它 最 接 近 且 距 离 相 等 的 钛 离 子 共 有 个个 2 2）该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的）该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的 个数比是个数比是 。 6 O O：12121/41/43 3 Ti: 8 Ti: 8 1/81/81 1 CaCa：1 1

12、1:1 XY2Z EF C2D 某晶胞结某晶胞结 构如图所示，构如图所示， 晶胞中各微粒晶胞中各微粒 个数分别为：个数分别为： 铜铜_个个 钡钡_个个 钇钇_个个 巩固练习：巩固练习： 2 3 1 、在、在CsCl晶体中晶体中,每个每个Cs+同时吸引着同时吸引着_个个Cl-? 每个每个Cl-同时吸引着同时吸引着_个个Cs+? 、在、在CsCl晶体中晶体中,每个每个Cs+周围与之等距离且最近的周围与之等距离且最近的Cs+ 有有_个个?这些这些Cs+可围成怎样的几何图形？可围成怎样的几何图形？ 、Cs+和和Cl-的数目之比为的数目之比为 、整个晶体中是否存在单个的、整个晶体中是否存在单个的CsCl

13、分子分子_ 5 5、找出、找出CsCl晶体的晶胞，并计算晶体的晶胞，并计算CsCl的一个晶胞中的一个晶胞中 的的Cs+和和Cl-个数？个数？ 8 8 11 否否 6 正八面体正八面体 均为均为1 练习：练习： 右图为氯右图为氯 化铯结构化铯结构 的一部分：的一部分： 1 1、概念：、概念： 2 2、组成微粒：、组成微粒： 3 3、粒子间作用力：、粒子间作用力： 记住记住 掌握特性及掌握特性及 原因原因 （4 4）溶解性：有相似相溶规律。）溶解性：有相似相溶规律。 5 5、典型的分子晶体：、典型的分子晶体：基本知道基本知道 问题问题 氧（O2）的晶体结构 碳60的晶胞 6 6、分子晶体结构特征、

14、分子晶体结构特征 （1 1）密堆积）密堆积 有有分子间分子间氢键氢键氢键具有方向性氢键具有方向性,使晶体中使晶体中 的空间利率不高的空间利率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种晶体不这种晶体不 具有分子密堆积特征。如具有分子密堆积特征。如：HF 、NH3、冰（每、冰（每 个水分子周围只有个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。个紧邻的水分子）。 （2 2）非密堆积）非密堆积 只有范德华力只有范德华力，无无分子间分子间氢键氢键分子密分子密 堆积。这类晶体每个分子周围一般有堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧个紧 邻的分子，如：邻的分子，如：C60、干冰、干冰 、I2、O2。 了解了解 小

15、结小结: 1 1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力 相互吸引。相互吸引。 2 2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。 3 3、常见分子晶体分类：、常见分子晶体分类：(1)(1)所有非金属氢化物所有非金属氢化物 (2)(2)部分部分 非金属单质，非金属单质， (3)(3)部分非金属氧化物部分非金属氧化物(4)(4)几乎所有的酸几乎所有的酸( (而而 碱和盐则是离子晶体碱和盐则是离子晶体 (5)(5)绝大多数有机物的晶体。绝大多数有机物的晶体。 二、原子晶体二、原子晶体 1 1、定义：原子间以

16、共价键相结合而形成、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。的空间网状结构的晶体。 2 2、构成微粒：、构成微粒： 3 3、微粒之间的作用：、微粒之间的作用： 4 4、气化或熔化时破坏的作用力：、气化或熔化时破坏的作用力： 5 5、物理性质：、物理性质： 熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。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）（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大） 原子原子 共价键共价键 共价键共价键 掌握掌握 6、常见原子晶体、常见原子晶体 （1）某些非金属单质：硼（）某些非金属单质：硼（B）、硅）、硅 （Si）、锗（）、锗（Ge）、金

17、刚石（）、金刚石（C）等）等 （2）某些非金属化合物：）某些非金属化合物：SiC、BN等等 （3）某些氧化物：）某些氧化物：SiO2、Al2O3等等 10928 共价键 共价键 10928 共价键共价键 思考：思考： （1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C采取什采取什 么杂化方式？每个么杂化方式？每个C与多少个与多少个C成成 键？形成怎样的空间结构？每个键？形成怎样的空间结构？每个 碳原子周围紧邻的碳原子有多少碳原子周围紧邻的碳原子有多少 个？最小碳环由多少个碳原子组个？最小碳环由多少个碳原子组 成？它们是否在同一平面内？成？它们是否在同一平面内？ （2）在金刚石晶体中，）在金刚石晶体中，C

18、原子原子 个数与个数与CC键数之比为多少？键数之比为多少？ （3）12克金刚石中克金刚石中CC键数键数 为多少为多少NA？ 7 7、典型的原子晶体、典型的原子晶体 金刚石的结构特征金刚石的结构特征：在金刚石晶体里：在金刚石晶体里 每个碳原子都采取每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的杂化，被相邻的4个碳原子包个碳原子包 围，以共价键跟围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包个碳原子结合，形成正四面体，被包 围的碳原子处于正四面体的中心。围的碳原子处于正四面体的中心。这些正四面体向这些正四面体向 空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶

19、体。体。金刚石晶体中所有的金刚石晶体中所有的CC键长相等，键角相等键长相等，键角相等 （10928）；）；晶体中最小的碳环由晶体中最小的碳环由6个碳组成，且个碳组成，且 不在同一平面内；不在同一平面内；晶体中每个晶体中每个C参与了参与了4条条CC键键 的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与原子与 CC键数之比为：键数之比为：1 ：（4 x ）= 1：2 180 10928 Si o 共价键共价键 思考思考1：在：在SiO2晶体中每个硅原子周围紧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氧原子有多少个？每个氧原子周围紧 邻的硅原

20、子有多少个？在邻的硅原子有多少个？在SiO2晶体中硅晶体中硅 原子与氧原子个数之比是多少？原子与氧原子个数之比是多少？ 思考思考2：在：在SiO2晶体中每个硅原子连接有晶体中每个硅原子连接有 几个共价键？每个氧原子连接有几个共价几个共价键？每个氧原子连接有几个共价 键？硅原子个数与键？硅原子个数与SiO共价键个数之比共价键个数之比 是多少？氧原子个数与是多少？氧原子个数与SiO共价键个数共价键个数 之比是多少？之比是多少？ 3:在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由最小的环由 几个原子构成几个原子构成? SiO2的结构特征的结构特征：在：在SiO2晶体中晶体中 1个个Si原子

21、和原子和4个个O原子形成原子形成4个共价个共价 键，成为正四面体结构，硅原子处于正键，成为正四面体结构，硅原子处于正 四面体的中心。四面体的中心。同时，每个同时，每个O O原子跟原子跟2 2个个 SiSi原子相结合。原子相结合。正四面体向空间发展，正四面体向空间发展， 形成立体网状结构。晶体中形成立体网状结构。晶体中Si原子和原子和O 原子的个数比为原子的个数比为1：2最小的环是由最小的环是由6 个个Si原子和原子和6个个O原子组成的原子组成的12元环。元环。 1mol SiO2中含中含4mol SiO键键 结论结论：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键

22、长 越短，键能越大，晶体熔点越高越短，键能越大，晶体熔点越高 金刚石金刚石 碳化硅碳化硅 晶体硅晶体硅 交流与研讨交流与研讨 1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅、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？和锗的熔点和硬度依次下降？ 解释解释：从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多，从碳到锗，核电荷数增大，电子层数增多， 原子半径依次增大，原子半径依次增大，C-CC-C键、键、Si-SiSi-Si键、键、Ge-GeGe-Ge键的键键的键 长依次增大，键长越长，共价键键能越小，根据键长依次增大，键长越长，共价键键能越小，根据键 能：能：C-CC-C键键Si-SiSi-Si键键

23、Ge-GeGe-Ge键，而熔化时破坏的是共键，而熔化时破坏的是共 价键，所以金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。价键，所以金刚石、硅、锗的熔点和硬度依次下降。 1 1、下列物质属于分子晶体的化合物是（、下列物质属于分子晶体的化合物是（ ） A A、石英、石英 B B、硫磺、硫磺 C C、干冰、干冰 D D、食盐、食盐 C 练习练习 2 2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是 A A、分子内共价键、分子内共价键 B B、分子间作用力、分子间作用力 C C、分子间距离、分子间距离 D D、分子间的氢键、分子间的氢键 BC 3 3、冰醋酸固体中不存在的作用力是

24、（、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ ） A A、离子键、离子键 B B、极性键、极性键 C C、非极性键、非极性键 D D、范德华力、范德华力 A 3、分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型： A、碳化铝，黄色晶体，熔点、碳化铝，黄色晶体，熔点2200，熔融态，熔融态 不导电；不导电；_ B、溴化铝，无色晶体，熔点、溴化铝，无色晶体，熔点98 ，熔融态不，熔融态不 导电；导电；_ C、五氟化钒，无色晶体，熔点、五氟化钒，无色晶体，熔点19.5，易溶，易溶 于乙醇、氯仿、丙酮中；于乙醇、氯仿、丙酮中；_ D、物质、物质A，无色晶体，熔融时或溶于水中都能，无

25、色晶体，熔融时或溶于水中都能 导电导电_ 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 分子晶体分子晶体 离子晶体离子晶体 4、水分子间存在着氢键的作用，使、水分子间存在着氢键的作用，使 水分子彼此结合而成（水分子彼此结合而成（H2O）n。在。在 冰中每个水分子被冰中每个水分子被4个水分子包围形个水分子包围形 成变形的正四面体，通过成变形的正四面体，通过“氢键氢键”相相 互连接成庞大的分子晶体，其结构如互连接成庞大的分子晶体，其结构如 图：试分析：图：试分析： 1mol 冰中有冰中有 mol氢键？氢键？ H2O的熔沸点比的熔沸点比H2S高还是低？为高还是低？为 什么？什么？ 已知氢键也有方向性，试分析为什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？么冬季河水总是从水面上开始结冰？ 2 氢键氢键 由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体 顶点的顶点的4 4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度个分子相互吸引，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比水小，所以结的冰会浮在水面上 1 1、四氯化硅的结构和四氯化碳类似，对其性质的、四氯化硅的结构和四氯化碳类似，对其性质的 推断，正确的是：推断，正确的是： 四氯化碳晶体是分子晶体；四氯化碳晶体是分子晶体； 通常情况下为液态；通常情况下为液态； 熔点高于