晶体全章课件

1、金刚石氯化钠雪花硫硫黄铁矿黄铁矿干冰干冰明明矾矾定义定义思考思考 为什么晶体呈现规为什么晶体呈现规则的几何外形，而非晶则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形体没有规则的几何外形呢？呢？2 2、分类、分类石英石英非晶态石英非晶态石英石英晶体石英晶体非晶体原子排列非晶体原子排列晶体原子排列晶体原子排列 晶体中粒子在微观空间里呈现晶体中粒子在微观空间里呈现周期性周期性的的有序有序排列排列 非晶体中粒子在微观空间里呈现非晶体中粒子在微观空间里呈现相对无序相对无序的的排列排列自范性：自范性：自发自发各向异性各向异性固定的熔点固定的熔点均一性均一性生长的速率适当生长的速率适当思考：得到晶体的途思考：得到

2、晶体的途径，除了冷却的方法，径，除了冷却的方法，还有没有其它途径？还有没有其它途径？（1 1）物理性质差异）物理性质差异 如：外形、硬度、熔点、折光率如：外形、硬度、熔点、折光率（2 2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行体进行X-X-射线衍射射线衍射实验实验周期性有序周期性有序无形无形平行六平行六面体面体无隙并置无隙并置顶点、棱、面体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/42、下图依次是金属钠、下图依次是金属钠(Na)、金属锌、金属锌(Zn)、碘、碘(12)、金刚石金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均晶胞的示意图，

3、数一数，它们分别平均含有几个原子含有几个原子?NaZnI2金刚石金刚石金刚石金刚石金刚石金刚石4 4、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体、在碳单质的成员中还有一种混合型晶体石墨，如图所示。它是层状结构，层与层石墨，如图所示。它是层状结构，层与层之间依靠作用力相结合。每层内部碳原子与碳之间依靠作用力相结合。每层内部碳原子与碳原子之间靠作用力相结合，其键角为原子之间靠作用力相结合，其键角为120120 ? 4。分析图中每个六边形含有分析图中每个六边形含有 个碳原子。个碳原子。 25、下列是、下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中晶胞示意图，晶胞中Na+和和Cl的个数比是多少？的个数比是多少？(8 + 6

4、 )3 =1281216、下图是、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？其中有多少个原子？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：分子分子内内原子间以原子间以共共价键价键结合，相邻分结合，相邻分子子间间靠靠分子间作用分子间作用力（范德华力或氢力（范德华力或氢键）键）相互吸引相互吸引原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱(1)较低的熔点和沸点，易升华；较低的熔点和沸点，易升华；(3)(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。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有些在水溶液中可以导

5、电. .(2)(2)较小的硬度；较小的硬度；5 5、典型的分子晶体：、典型的分子晶体：称之为分子氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞配位数为配位数为12126 6、分子晶体结构特征、分子晶体结构特征（1 1）密堆积）密堆积( (大多数分子晶体大多数分子晶体) ) 有分子间氢键有分子间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

6、力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间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。小结小结: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)(

7、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。 比较比较CO2和和SiO2的一些物理性质和的一些物理性质和结构，试判断结构，试判断SiO2晶体是否属于分子晶体是否属于分子晶体。晶体。 二、原子晶体二、原子晶体 1 1、定义：原子间以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

8、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

9、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，

10、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 ：

11、（4 x ）= 1：218010928Sio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

12、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原子和原子和4个个O原子形成原子形成4个共价个共价键，每个键，每个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子；原子；同时，每个同时，每个O原子跟原子跟2个个Si原子相结合。原子相结合。实际上，实际上，SiO2晶体是由晶体是由Si原子和原子和O原子原子按按1：2的比例所组成的立体网状的晶的比例所组成的立体网状的晶体。体。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

13、SiO2中含中含4mol SiO键键1 1、怎样从原子结构的角度理解金、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刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降降? ? 2 2“具有共价键的晶体叫做原子具有共价键的晶体叫做原子晶体晶体”。这种说法对吗。这种说法对吗? ?为什么为什么? ?探究思考探究思考 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，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、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。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3

14、2.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。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，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。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。 知识拓展石墨知识拓展石墨知识拓展石墨知识拓展石墨石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，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。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（大存在很强的共价键（大键）键），故熔沸点，故熔沸点很高。很高。石墨为混

15、合键型晶体石墨为混合键型晶体。练习练习1、金刚石（晶体硅结构与此类似）、金刚石（晶体硅结构与此类似）（1）由图中观察可知：每个碳原子被）由图中观察可知：每个碳原子被相邻的相邻的4个碳原子包围，以共价键跟个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子接个，形成四面体。这些四个碳原子接个，形成四面体。这些四面体向空间发展，构成一个坚实的、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。每个彼此联结的空间网状晶体。每个 C-C键长相等，键角均为键长相等，键角均为109。28。（2）晶体中最小环由）晶体中最小环由_个个C组成且不共面。组成且不共面。6（3）晶体中）晶体中C原子数与原子数与C-C 键数之比为

16、：键数之比为：*/：*/：例、如右图所示，例、如右图所示，在石墨晶体的层在石墨晶体的层状结构中，每一状结构中，每一个最小的碳环完个最小的碳环完全拥有碳原子数全拥有碳原子数为为_，每个，每个C完全拥有完全拥有CC数为数为_石墨中石墨中CC夹夹角为角为120， CC键长为键长为 1.421010 m层间距 3.35 1010 m23小结：金刚石、石墨的比较小结：金刚石、石墨的比较每个环中每个环中正四面体空间网状正四面体空间网状六边形平面层状六边形平面层状共价键共价键共价键与范德华力共价键与范德华力个原子不同面个原子不同面个原子同面个原子同面6*1/6=16*1/2=36*1/12=1/26*1/3

17、=2白球表示 硅原子SiO2平面结构SiO2最小的环有几个原子组成？最小的环有几个原子组成？金刚石的结构12个（个（6个硅个硅 6个氧）个氧）金属样品金属样品思考思考1:1:从上述金属的应用来看，金属有哪些从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢共同的物理性质呢? ? 一、金属的物理通性一、金属的物理通性容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等思考思考2:2:金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢? ?二、金属的结构二、金属的结构1 1、电子气理论电子气理论：组成粒子：组成粒子： 金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子2 2、金属

18、键：、金属键：金属离子和自由电子之间的强烈金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用（静电作用）叫做金属键的相互作用（静电作用）叫做金属键3 3、金属晶体：、金属晶体：通过金属键结合形成的晶体。通过金属键结合形成的晶体。金属单质和合金金属单质和合金都属于金属晶体都属于金属晶体微粒间作用力：微粒间作用力：金属键金属键特征：特征：既既没有方向性没有方向性，也，也没有饱和性没有饱和性，金属键的特征是，金属键的特征是成成键电子可以在金属中自由流动键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属，使得金属呈现出特有的属性性4 4、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金属导电性

19、的解释金属导电性的解释思考：思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？电，这与金属导电的本质是否相同？ “ “电子气电子气”（自由电子）在运动时经常（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，那个区域里的金属某部分受热时，那个区域里的“电子气电子气”（自由电子）能量增加，运动速度加快，通（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。过碰撞，把能量传给金属离子。“电子气电子气”（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁（自由电子）在热的作用下与金属原子频繁

20、碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低碰撞从而把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 当金属受到外力作用时，晶体中的各原子层就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

21、形变也不易断裂。因此，金属都有力作用下，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。良好的延展性。金属延展性的解释金属延展性的解释自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子错位错位+ + + + + + +5 5、熔点和沸点、熔点和沸点 金属原子价电子越多，原子半径越小，金属原子价电子越多，原子半径越小，金属键就越强，晶体的熔沸点就越高，反金属键就越强，晶体的熔沸点就越高，反之越低。之越低。 范围很宽，差异很大范围很宽，差异很大思考：思考：为什么碱金属单质的熔沸点从上到下为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却逐渐降低，而卤素单质的熔沸点从上到下却逐渐

22、升高？逐渐升高？三、金属晶体的原子堆积模型三、金属晶体的原子堆积模型1 1、几个概念、几个概念 紧密堆积紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间的空间 配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密相：在晶体中与每个微粒紧密相邻的微粒个数邻的微粒个数 空间利用率空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体：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、金属晶体的原子在二维平面堆积模型（a a）非密置层）非密置层 （b b）密置层）密置层3、

23、金属晶体的原子在三维空间堆积模型、金属晶体的原子在三维空间堆积模型体心立方堆积体心立方堆积钾型（碱金属）钾型（碱金属）体心立方堆积体心立方堆积配位数：配位数：8镁型镁型铜型铜型123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准式是将球对准1 1，3 3，5 5 位。位。 ( ( 或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 ) )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。可以有两种最紧密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视

24、图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积。方紧密堆积。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 )，空间利用率为，空间利用率为74%3 3、镁型、镁型 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积。得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3