晶体结构与性质

1、晶体结构与性质晶体结构与性质 离子离子 晶体晶体 原子原子 晶体晶体 分子分子 晶体晶体 金属金属 晶体晶体 氯化钠氯化钠 不良不良 差差 较大较大 较高较高 离子键离子键 阴阳离子阴阳离子 铁铁 良良 好好 不等不等 不等不等 金属键金属键 原子（原子（阳阳离离 子和电子）子和电子） 金刚石金刚石 不良不良 差差 大大 高高 共价键共价键 原子原子 干冰干冰 不良不良 差差 小小 低低 分子间作用分子间作用 力力 分子分子 典型实例典型实例 导电性导电性 延展性延展性 硬度硬度 熔、沸点熔、沸点 晶体中粒子晶体中粒子 间作用力或间作用力或 化学键类型化学键类型 构成晶体的构成晶体的 粒子粒子

2、 离子晶体离子晶体金属晶体金属晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体 四类晶体的结构特征和宏观性质四类晶体的结构特征和宏观性质 一 离子晶体 NaCl型 CsCl型 (1)每个Na(Cl)周围等距且紧邻 的Cl(Na)有6个。每个Na周围 等距且紧邻的Na有12个 (2)每个晶胞中含4个Na和4个Cl (1)每个Cs周围等距且紧邻的Cl 有8个，每个Cs(Cl)周围等距且 紧邻的Cs(Cl)有6个 (2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1 个Cs，1个Cl 离子电荷愈多，离子半径愈小，配位数愈高，其晶格能愈大离子电荷愈多，离子半径愈小，配位数愈高，其晶格能愈大 原子晶体二 金刚石 SiO2 (1)(

3、1)每个碳与每个碳与4 4个碳以共价键结合，个碳以共价键结合， 形成正四面体结构，键角均为形成正四面体结构，键角均为 1091092828 (2)(2)最小碳环由最小碳环由6 6个个C C组成且六原子不组成且六原子不 在同一平面内在同一平面内 (3)(3)每个每个C C参与参与4 4条条CCCC键的形成，键的形成，C C 原子数与原子数与CCCC键之比为键之比为1212 (1)(1)每个每个SiSi与与4 4个个O O以共价键结合，形以共价键结合，形 成正四面体结构成正四面体结构 (2)(2)每个正四面体占有每个正四面体占有1 1个个Si,4Si,4个个 “2(1)2(1)O O”，(Si)(

4、Si)n n(O)(O)1 12 2 (3)(3)最小环上有最小环上有1212个原子，即个原子，即6 6个个O,6O,6 个个SiSi 三 分子晶体 干冰 (1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子 (2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个 金属晶体四 1 1、电子气理论、电子气理论：由于金属原子的最外层电子数 较少,容易失去电子成为金属离子,金属原子释 放出的价电子不专门属于某个特定的金属离子, 而为许多金属离子所共有,并在整个金属中自由 运动,这些电子又称为自由电子。金属脱落下来 的价电子几乎均匀分布在整个晶体中，像遍布 整块金属的“电子气”，从而把所有金

5、属原子 维系在一起。 2 2、电子气理论对金属的物理性质的解释电子气理论对金属的物理性质的解释 在金属晶体中，充满着带负电的“电子气”（自由 电子），这些电子气的运动是没有一定方向的，但在外加 电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容 易导电。不同的金属导电能力不同，导电性最强的三种金 属是：Ag、Cu、Al 金属导电性的解释 “电子气”（自由电子）在运动时经常与金属离子碰 撞，引起两者能量的交换。当金属某部分受热时，那个区 域里的“电子气”（自由电子）能量增加，运动速度加快， 通过碰撞，把能量传给金属离子。“电子气”（自由电子） 在热的作用下与金属原子频繁碰撞从而把能量从温度高的

6、部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 金属导热性的解释 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就会发生 相对滑动，但不会改变原来的排列方式，弥漫在金属原子 间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用， 所以在各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相 互作用，因而即使在外力作用下，发生形变金属键不易断 裂。因此，金属都有良好的延展性。 金属延展性的解释 自由电子 +金属离子金属原子 错位 + + + + + + + + + + + + + + (4)金属的熔点、沸点及硬度 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后很快释放出 各种频率的光，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰 色

7、光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于较 易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂乱、晶格 排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。 (5)金属光泽和颜色 【思考1】已知碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减， 试用金属键理论加以解释。 【思考2】试判断钠、镁、铝三种金属熔沸点和硬度的大小。 同周期元素，从左到右，价电子数依次增大，原子（离子）半 径依次减弱，则单质中所形成金属键依次增强，故钠、镁、铝 三种金属熔沸点和硬度的大小顺序是：钠镁铝。 同主族元素价电子数相同（阳离子所带电荷数相同），从上到 下，原子（离子）半径依次增大，则单质中所

8、形成金属键依次 减弱，故碱金属元素的熔沸点随原子序数的增大而递减。 资料 金属之最 熔点最低的金属是- 汞 -38.87 熔点最高的金属是- 钨 3410 密度最小的金属是- 锂 0.53g/cm3 密度最大的金属是- 锇 22.57g/cm3 硬度最小的金属是- 铯 0.2 硬度最大的金属是- 铬 9.0 最活泼的金属是- 铯 最稳定的金属是- 金 延性最好的金属是- 铂铂丝直径： mm 展性最好的金属是- 金金箔厚： mm 5000 1 10000 1 7474CuCu、AgAg、AuAu 面心立方面心立方 最密堆积最密堆积 7474MgMg、ZnZn、TiTi 六方最密堆积六方最密堆积

9、6868NaNa、K K、FeFe 体心立方堆积体心立方堆积 1212 1212 8 8 6 6 5252PoPo 简单立方堆积简单立方堆积 晶胞晶胞配位数配位数空间利用率空间利用率典型代表典型代表堆积模型堆积模型 3 3、金属晶体的基本堆积方式及特征、金属晶体的基本堆积方式及特征 （1）几个概念 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近， 使它们占有最小的空间 配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数 空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用它 来表示紧密堆积的程度 （2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型 金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等径圆球在 一平面上排列

10、，有两种排布方式，按（b）图方式排列，圆球 周围剩余空隙最小，称为密置层；按（a）图方式排列，剩余 的空隙较大，称为非密置层。 （a）非密置层 （b）密置层a:配位数4b :配位数6 （3）金属晶体的原子在三维空间堆积模型 配位数：8 镁型铜型 六方最密堆积 面心立方最密堆积 1 2 3 45 6 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 ) 1 2 3 45 6 AB ， 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。 下图是此种六方 紧密堆积的前视图 A B A B A 第一种是将球对准第一层的球。

11、1 2 3 45 6 于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧密堆 积。 配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 )，空间利用率为74% (3)、镁型 第三层的另一种排列方式， 是将球对准第一层的 2， 4，6 位，不同于 AB 两 层的位置，这是 C 层。 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 1 2 2 3 3 4 45 5 6 6 此种立方紧密堆积的前视图 A B C A A B C 第四层再排 A，于是形 成 ABC ABC 三层一 个周期。 得到面心立方 堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 ) 混合型晶体五 石墨晶体：SP