晶体全章课件

第三章晶体结构与性质金刚石氯化钠雪花硫黄铁矿干冰明矾玛瑙

1、定义：晶体非晶体(玻璃体)一、晶体和非晶体思考为什么晶体呈现规则的几何外形，而非晶体没有规则的几何外形呢？？2、分类晶体离子晶体

原子晶体

分子晶体

金属晶体混合晶体Cu晶体结构示意图NaCl晶体结构示意图石英非晶态石英石英晶体非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周期性的有序排列本质原因与区别：非晶体中粒子在微观空间里呈现相对无序的排列3、特点和性质：（1）自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质——是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表现（3）物理性质表现各向异性（强度、导热性、光学性质）：——同样反映了晶体内部粒子排列的有序性（4）晶体具有固定的熔点（2）均一性：晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分是相同的。4、晶体自范性的条件之一是生长的速率适当天然水晶球里的玛瑙和水晶思考：得到晶体的途径，除了冷却的方法，还有没有其它途径？5、晶体形成的途径(1)熔融态物质凝固(2)气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）(3)溶质从溶液中析出许多固体粉末用肉眼看不到晶体外形,但在光学显微镜下可观察到规则的晶体外形（1）物理性质差异如：外形、硬度、熔点、折光率（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验。6、鉴别晶体和非晶体小结：晶体和非晶体的差异固体外观微观结构自范性各向异性熔点晶体非晶体本质区别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二﹑晶胞1.晶胞：描述晶体结构的基本单元蜂巢与蜂室铜晶体铜晶胞晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻然而蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。铜晶体铜晶胞晶体结构晶胞示意图NaCl晶体结构和晶胞干冰晶胞平行六面体无隙并置2、特点：晶胞都是平行六面体.晶胞在晶体中“无隙并置”.无隙——相邻晶胞之间没有缝隙，即顶点、棱、面共用并置——将一个晶胞保持取向不变（即不发生旋转）平移，通过顶点、棱、面的共用排列开来。无隙并置宏观的晶体在三维空间无限“无隙并置”体心：1面心：1/2顶点：1/8棱边：1/43.晶胞中粒子个数的计算均摊法：晶胞任意位置上的一个粒子如果是被x个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个粒子分得的份额就是1/x2、下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子?NaZnI2金刚石金刚石金刚石4、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120ْ。分析图中每个六边形含有

个碳原子。25、下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯的个数比是多少？(8×+6×)×3=126、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个原子？7、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。答案为：Ti14C133、三种典型立方晶体结构体心立方简单立方面心立方一、分子晶体1、概念：只含分子的晶体叫分子晶体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（范德华力或氢键）相互吸引思考与交流原因：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:①分子间作用力越大,熔沸点越高(氢键,相对分子质量,分子极性)②分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力,不破坏化学键,也有例外,如S85、典型的分子晶体：（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4，C60

（3）部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖称之为分子分子的密堆积氧（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）干冰的晶体结构图配位数为12冰中１个水分子周围有４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(大多数分子晶体)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。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。晶体结构特征（１）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（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3

）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。

物质干冰金刚石熔点很低3550℃沸点很低4827℃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109º28´金刚石的晶体结构示意图共价键思考：（1）在金刚石晶体中,C采取什么杂化方式？每个C与多少个C成键？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个？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？（2）在金刚石晶体中，C原子个数与C—C键数之比为多少？（3）12克金刚石中C—C键数为多少NA？7、典型的原子晶体金刚石的结构特征：在金刚石晶体里①每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4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。②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。③金刚石晶体中所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；④晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；⑤晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：1：（4x½）=1：2180º109º28´Sio二氧化硅的晶体结构示意图共价键思考1：在SiO2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硅原子有多少个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？思考2：在SiO2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键？硅原子个数与Si－O共价键个数之比是多少？氧原子个数与Si－O共价键个数之比是多少？3:在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子构成?SiO2的结构特征：在SiO2晶体中①1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。②最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。③1molSiO2中含4molSi—O键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1：分子晶体与原子晶体的比较晶体类型原子晶体分子晶体概念组成微粒

作用力熔沸点硬度溶解性导电性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π键），故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体。练习1、金刚石（晶体硅结构与此类似）（1）由图中观察可知：每个碳原子被相邻的4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C-C键长相等，键角均为109。28`。（2）晶体中最小环由____个C组成且不共面。6（3）晶体中C原子数与C-C键数之比为：６*１/４：６*１/２＝１：２例、如右图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为___，每个C完全拥有C－C数为___石墨中C－C夹角为120☉，C－C键长为1.42×10－10m层间距

3.35×10－10m23小结：金刚石、石墨的比较项目金刚石石墨晶体形状晶体中的键或作用力由最少碳原子形成环的形状与个数碳原子成键数键的平均数原子的平均数每个环中正四面体空间网状六边形平面层状共价键共价键与范德华力６个原子不同面６个原子同面４３6*1/6=16*1/2=36*1/12=1/26*1/3=2白球表示硅原子SiO2平面结构利用金刚石的结构来推断SiO2的空间结构SiO2最小的环有几个原子组成？金刚石的结构12个（6个硅6个氧）金属样品思考1:从上述金属的应用来看，金属有哪些共同的物理性质呢?

一、金属的物理通性容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等思考2:金属为什么具有这些共同性质呢?二、金属的结构1、电子气理论：组成粒子：金属阳离子和自由电子2、金属键：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3、金属晶体：通过金属键结合形成的晶体。金属单质和合金都属于金属晶体微粒间作用力：金属键特征：既没有方向性，也没有饱和性，金属键的特征是成键电子可以在金属中自由流动，使得金属呈现出特有的属性4、电子气理论对金属的物理性质的解释⑴金属导电性的解释晶体类型电解质金属晶体导电时的状态导电粒子导电时发生的变化导电能力随温度的变化水溶液或

熔融状态下晶体状态自由移动的离子自由电子思考：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？化学变化物理变化增强减弱“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部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。⑵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，发生形变也不易断裂。因此，金属都有良好的延展性。⑶金属延展性的解释自由电子+金属离子金属原子错位+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5、熔点和沸点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，反之越低。范围很宽，差异很大思考：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升高？三、金属晶体的原子堆积模型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（a）非密置层

（b）密置层3、金属晶体的原子在三维空间堆积模型①简单立方堆积（Po）简单立方堆积②体心立方堆积—钾型（碱金属）体心立方堆积配位数：8镁型铜型123456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)123456AB，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ABABA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，即ABAB

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。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC

第四层再排A，于是形成

ABCABC

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

)④面心立方:铜型

BCA镁型铜型金属晶体的两种最密堆积方式堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞简单立方52%6钾型(bcp)K、Na、Fe68%8镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74%12铜型(ccp)Cu,Ag,Au74%12Po(钋)强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。1、定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。2、成键粒子：阴、阳离子3、相互作用力：离子键4、常见的离子晶体：四、离子晶体5、晶胞类型：（1）氯化钠型晶胞1°钠离子和氯离子的位置：①钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。②钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或反之。2°每个晶胞含钠离子、氯离子的个数：3°与Na+等距离且最近的Na+

有：12个---Cl----Na+NaCl的晶体结构模型4°与Na+等距离且最近的Cl¯有：6个（配位数）NaCl晶体中阴、阳离子配位数（2）氯化铯型晶胞1°铯离子和氯离子的位置：铯离子：体心氯离子：顶点；或者反之。2°每个晶胞含铯离子、氯离子的个数：3°与铯离子等距离且最近的铯离子、氯离子各有几个？铯离子：6个；氯离子：8个

(配位数)1个---Cs+---Cl-CsCl晶体及晶胞结构示意图(3)CaF2型晶胞2°Ca2+的配位数：F-的配位数：1°一个CaF