分子晶体课件

1、 第二节第二节 分子晶体和原子晶体分子晶体和原子晶体 . .概念概念 构成分子晶体的粒子构成分子晶体的粒子: : 粒子间的相互作用粒子间的相互作用: : 一分子晶体一分子晶体碘晶体结构分子分子分子间作用力分子间作用力 分子间以分子间作用力（范德华力分子间以分子间作用力（范德华力,氢氢键）相结合的晶体叫分子晶体。键）相结合的晶体叫分子晶体。 由于分子间作用力很弱由于分子间作用力很弱 所以分子晶体一般具有：所以分子晶体一般具有：较低的熔点和沸点较低的熔点和沸点较小的硬度。较小的硬度。一般都是绝缘体，熔融状态也不导一般都是绝缘体，熔融状态也不导电电 . (4)溶解性符合相似相溶原理溶解性符合相似相溶

2、原理 思考：分子晶体是否导电？什么条件下可以导思考：分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？电？ 由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，因此，分子晶体以及它熔化成的液体都不导电。因此，分子晶体以及它熔化成的液体都不导电。 分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于水，有的不导电，如溶于水，有的不导电，如C2H5OH溶于水。溶于水。怎样判断分子晶体的溶解性？怎样判断分子晶体的溶解性？ 组成分子晶体的分子不同，分子晶体的组成分子

3、晶体的分子不同，分子晶体的性质也不同，性质也不同，如在溶解性上，不同的晶体存在如在溶解性上，不同的晶体存在着较大差异。通过对实验的观察和研究，人们着较大差异。通过对实验的观察和研究，人们得出了一个经验性的得出了一个经验性的“相似相溶相似相溶”结论：非极性结论：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般溶溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶质一般溶于极性溶剂。于极性溶剂。 当某些分子晶体溶于水时，若能与水分子当某些分子晶体溶于水时，若能与水分子之间形成氢键，则溶质的溶解度会显著增大。之间形成氢键，则溶质的溶解度会显著增大。如如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙

4、酸等能与混溶，就是它们与水形成了分子间氢键等能与混溶，就是它们与水形成了分子间氢键的缘故。的缘故。 (1)(1)非金属氢化物：非金属氢化物： H H2 2O,HO,H2 2S,NHS,NH3 3,CH,CH4 4,HX,HX (2)(2)酸：酸：H H2 2SOSO4 4,HNO,HNO3 3,H,H3 3POPO4 4 (3)(3)部分非金属单质部分非金属单质: : X X2 2,O,O2 2,H,H2 2, S, S8 8,P,P4 4,C,C6060 (4)(4)部分非金属氧化物部分非金属氧化物: : COCO2 2, SO, SO2 2, NO, NO2 2,P,P4 4O O6 6,

5、 P, P4 4O O1010 (5)(5)大多数有机物：大多数有机物： 乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖3.3.典型的分子晶体典型的分子晶体4.4.晶体分子结构特征晶体分子结构特征 （）只有范德华力，无分子间氢键分（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有子密堆积（每个分子周围有1212个紧邻的分个紧邻的分子，如：子，如：C C6060、干冰、干冰 、I I2 2、O O2 2） （）有分子间氢键不具有分子密堆积（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如特征（如：HF HF 、冰、冰、NHNH3 3 ）氢键具有方向性氢键具有方向性4 4、水分子间存在着氢键的、水分子间存在着氢

6、键的作用，使水分子彼此结合而作用，使水分子彼此结合而成（成（H H2 2OO）n n。在冰中每个。在冰中每个水分子被水分子被4 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”相互连接成庞大的相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分子晶体，其结构如图：试分析：分析：1mol 1mol 冰中有冰中有 molmol氢键？氢键？H H2 2OO的熔沸点比的熔沸点比H H2 2S S高还高还是低？为什么？是低？为什么？2氢键氢键 已知氢键也有方向性，试分析为什么冬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？季河水总是从水面上开始结冰？ 由于氢键

7、的方向性，使冰晶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中每个水分子与四面体顶点的4 4个个分子相互吸引，形成空隙较大的网分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，密度比水小，所以结的冰会状体，密度比水小，所以结的冰会浮在水面上浮在水面上小结小结:1 1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。作用力相互吸引。2 2、分子晶体特点：低熔点、升、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。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)部分非金属单质，部分非金属单质，

8、 (3) (3)部分非金属氧化物部分非金属氧化物(4)(4)几几乎所有的酸乎所有的酸( (而碱和盐则是离子晶体而碱和盐则是离子晶体 (5) (5)绝大多数有绝大多数有机物的晶体。机物的晶体。一、原子晶体（共价晶体）一、原子晶体（共价晶体）1、定义：相邻、定义：相邻原子原子间间均以共价键相结均以共价键相结合合而形成而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体。的晶体。构成微粒构成微粒：微粒间的相互作用微粒间的相互作用：熔化时需克服的作用：熔化时需克服的作用：原子原子共价键共价键共价键共价键在原子晶体中，由于原子间以在原子晶体中，由于原子间以较强较强的的共价键共价键相相结合，而且形成结合，而且形成

9、空间立体网状结构空间立体网状结构，所以原子，所以原子晶体的晶体的（1）熔点和沸点高（）熔点和沸点高（2）硬度大（）硬度大（3）一）一般不导电（般不导电（4）且难溶于一些常见的溶剂）且难溶于一些常见的溶剂3.3.常见的原子晶体常见的原子晶体某些非金属单质：金刚石（某些非金属单质：金刚石（C C）、晶体硅）、晶体硅(Si)(Si)、晶体硼（晶体硼（B B）、晶体锗）、晶体锗(Ge)(Ge)等等 某些非金属化合物：某些非金属化合物： 碳化硅（碳化硅（SiCSiC）晶体、氮）晶体、氮化硼（化硼（BNBN）晶体）晶体 某些氧化物某些氧化物 : : 二氧化硅（二氧化硅（ SiO SiO）晶体）晶体AlAl

10、2 2O O3 34、气化或熔化时破坏的作用力：、气化或熔化时破坏的作用力：共价键共价键1 1、典型的原子晶体、典型的原子晶体金刚石的结构特征：在金刚石晶体里金刚石的结构特征：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个碳个碳原子包围，以共价键跟原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，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。彼此联结的空间网状晶体。金刚石晶体中所金刚石晶体中所有的有的CC

11、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，且不在同一个碳组成，且不在同一平面内；平面内；晶体中每个晶体中每个C参与了参与了4条条CC键的形键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故成，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金刚石的结构特征：金刚石的结构特征：1、金刚石晶体中每个碳原子与它、金刚石晶体中每个碳原子与它直接相邻的个碳原子形成直接相邻的个碳原子形成 结构，其碳原子的杂化结构，其碳原子的杂化类型为，类型为，C-C-C的夹角为的夹角为2、金刚石晶体中平均每个碳原子形

12、成个金刚石晶体中平均每个碳原子形成个C-CC-C键，所以金刚石中碳原子数与键，所以金刚石中碳原子数与C-CC-C键数之比键数之比为为，12g12g金刚石中金刚石中CCCC键数为键数为 N NA A个个3、金刚石中最小的环是，环上有金刚石中最小的环是，环上有个碳原子个碳原子4正四面体正四面体sp310928 21:22六元环六元环6 若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便若以硅原子代替金刚石晶体结构中的碳原子，便可得到晶体硅的结构，不同的是硅晶体中的可得到晶体硅的结构，不同的是硅晶体中的Si-SiSi-Si键的键长比金刚石中的键的键长比金刚石中的C-CC-C键长键长作为晶体管材料10928S

13、iO共价键若在硅晶体结构中的每个若在硅晶体结构中的每个Si-SiSi-Si键中键中“插入插入”一一个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的个氧原子，便可得到以硅氧四面体为骨架的SiOSiO2 2晶晶体的结构体的结构SiOSiO2 2的结构特征：的结构特征：在在SiOSiO2 2晶体中晶体中1 1个个Si Si原子和原子和4 4个个OO原子形成原子形成4 4个共价键，个共价键，每个每个Si Si原子周围结合原子周围结合4 4个个OO原子；同时，原子；同时，每个每个OO原子跟原子跟2 2个个Si Si原子相结合。实际上，原子相结合。实际上，SiOSiO2 2晶体是由晶体是由Si Si原子和原子和OO

14、原子按原子按1 1：2 2的比的比例所组成的立体网状的晶体。例所组成的立体网状的晶体。最小的最小的碳环是由碳环是由6 6个个Si Si原子和原子和6 6个个OO原子组成的原子组成的1212元环。元环。1mol SiO1mol SiO2 2中含中含4mol SiO4mol SiO键键思考思考3:3: 在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中, ,最小的环是最小的环是， 1mol SiO1mol SiO2 2中含中含 mol SiOmol SiO键键SiO2的结构特征的结构特征思考思考1： 每个硅原子周围紧邻的氧原子有每个硅原子周围紧邻的氧原子有个，每个氧原子周围紧邻的硅原子有个，每个氧原子周

15、围紧邻的硅原子有个，在个，在SiO2晶体中硅原子与氧原子个晶体中硅原子与氧原子个数之比是数之比是 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个共价键，每个个共价键，每个氧原子连接有氧原子连接有个共价键，个共价键， 硅原子个数与硅原子个数与SiO共价共价键个数之比是键个数之比是氧原子个数与氧原子个数与SiO共价键个数之比共价键个数之比是是SiO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？ 由于金刚石、硅和锗的晶体都是原子晶体，形成晶体由于金刚石、硅和锗的晶体都是原子晶

16、体，形成晶体的粒子均为原子，粒子间的相互作用是共价键，所以熔点的粒子均为原子，粒子间的相互作用是共价键，所以熔点和硬度的大小由共价键的强弱决定。由于碳、硅、锗三种和硬度的大小由共价键的强弱决定。由于碳、硅、锗三种原子的原子半径依次增大，各个原子之间的共价键的键长原子的原子半径依次增大，各个原子之间的共价键的键长依次增大，键的强度依次减弱，所以金刚石、晶体硅和晶依次增大，键的强度依次减弱，所以金刚石、晶体硅和晶体锗的熔点和硬度依次下降。体锗的熔点和硬度依次下降。2 2、“含有共价键的晶体叫做原子晶体。含有共价键的晶体叫做原子晶体。”这这种说法对吗？为什么？种说法对吗？为什么？ 不对，不对，“具有

17、共价键具有共价键”并不是判定原子晶体的唯一条并不是判定原子晶体的唯一条件分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都件分子晶体的分子内部也有共价键，如冰和干冰晶体都是分子晶体，但是分子晶体，但H H2 2O O和和COCO2 2中存在共价键。对原子晶体的认中存在共价键。对原子晶体的认识处理要求识处理要求“具有共价键具有共价键”外，还要求形成晶体的粒子外，还要求形成晶体的粒子是原子是原子2、“具有共价键的晶体叫做原子晶具有共价键的晶体叫做原子晶体体”。这种说法对吗？为什么？。这种说法对吗？为什么？ 不对。如不对。如HCl、H2O、CO2、C2H5OH等分子中都有共价键，而它们是分子晶体等分子中

18、都有共价键，而它们是分子晶体;只有相邻原子间以共价键相结合形成空间只有相邻原子间以共价键相结合形成空间网状结构的晶体才是原子晶体。如金刚石、网状结构的晶体才是原子晶体。如金刚石、晶体晶体Si、SiC、晶体、晶体SiO2石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨知识拓展石墨同层内相邻碳同层内相邻碳原子之间以共原子之间以共价键结合，每价键结合，每个碳原子形成个碳原子形成3个个sp2杂化轨杂化轨道以道以键结合键结合3 3个碳原子。个碳原子。剩余的一个未剩余的一个未杂化的杂化的2p2p轨道轨道从侧面重叠形从侧面重叠形成大成大键，这键，这个电子可以在个电子可以在层内自由移动。层内自由移动。所以石墨能导所以石墨

19、能导电。层间碳原电。层间碳原子以范德华力子以范德华力相结合。相结合。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 m232石墨石墨 1、石墨为什么很软？、石墨为什么很软？ 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？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。石墨为混合键型晶体。石墨为混合键型晶体。 1不同晶体类型的熔、沸点高低规律不同晶体类型的熔、沸点高低规律 一般为：