(立体图,好理解)分子晶体与原子晶体.ppt

1、第二节 分子晶体,回顾 ：晶体和非晶体的差异,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,立方晶胞,体心：,1,面心：,1/2,棱边：,1/4,顶点：,1/8,晶胞：描述晶体结构的基本单元,晶胞中原子个数的计算均摊法,下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图，其中有多少个分子？原子？ 每个CO2分子相邻的分子有多少个？,碘晶体结构,干冰晶体结构,观察与思考：下列两种晶体有什么共同点？,NaCl晶体结构,一、分子晶体,2、组成微粒：,分子,3、粒子间作用力：,分子内原子

2、间以共价键结合，相邻分子间靠分子间作用力或氢键相互吸引,有单个分子存在，化学式就是分子式不能使用均摊法,分子晶体有时无化学键，例如稀有气体是单原子分子,注意：,例：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。,Ti14C13,结合表格和已有知识,分析:分子晶体有哪些物理特性？为什么?,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

3、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:分子间作用力越大,熔沸点越高(相对分子质量,分子极性,氢键) 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力和氢键,不破坏化学键,也有例外,如S8,(4) 符合相似相溶；,干冰,干冰（CO2的晶体）硬度与冰相似，但熔点比冰低，常压下极易升华，用作制冷剂。干冰分子间只存在范德华力不存在氢键，是分子密堆积，故密度比冰的高。,5、典型的分子晶体：,（1）所有非金属氢化物：H2O，NH3，CH4， HX （2）部分非金属单质:X2，O2， S8，P4，C60 （3）部分非金属氧化物: CO2， NO2，P4O6，

4、（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 （5）绝大多数有机物：乙醇，冰醋酸， 蔗糖,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,冰中个水分子周围有个水分子,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,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

5、：C60、干冰 、I2、O2。,许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl28H20的水合物晶体。20世纪末，科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷， 因而又称甲烷水合物。它的外形像冰，而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷，因而又称“可燃冰”,科学视野：天然气水合物一种潜在的能源,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)

6、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。 晶体分子结构特征 （）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 （）有分子间氢键不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）,1、下列物质属于分子晶体的化合物是（ ） A、石英 B、硫磺 C、干冰 D、食盐,C,练习,2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是 A、分子内共价键 B、分子间作用力 C、分子键距离 D、分子间的氢键,BC,3、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ ） A、离子键 B、极性键 C、非极性键 D、范德华力,A,4、水分子间存在着氢键的作用，使水分

7、子彼此结合而成（H2O）n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析： 1mol 冰中有 mol氢键？ H2O的熔沸点比H2S高还是低？为什么？ 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？,2,氢键,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4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,回顾:,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，

8、 (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。 晶体分子结构特征 （）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 （）有分子间氢键不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）,1996年诺贝尔化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体，分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；C60分子只含有五边形和六边形；碳与碳之间既有单键又有双键，每个碳原子仍然满足四个价键饱和；多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2。 请

9、回答： (1)一个C60分子中有几个五边形和几个六边形？ (2)一个C60分子中有多少个C=C？ (3)已知C70分子的结构模型也遵循C60的那些规律，请确定C70分子结构中上述几项参数。,先求棱边数：每个顶点伸出三条棱，而每条棱又总是由两个顶点共有，所以，每个顶点单独伸出的棱有31/2=1.5条，60个顶点共伸出的棱为601.5=90条。,依据欧拉定理可写出：60+x+y-90=2 ,依据棱边数守恒：（5x+6y）/2=90 ,联立解得 x=12，y=20,解析： (1)设C60分子中含有x个五边形和y个六边形,也可根据顶点数守恒：5/3x+2y=60 ,（2）设一个C60分子中含的C-C单

10、键数和C=C双键数分别为a、b，,则根据棱边守恒有：a+b=90 ,利用价电子守恒：2a+4b=60 4 联立解得：a=60，b=30,即C60中含的双键数为30,第二节 原子晶体,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。,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（

11、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,7、原子晶体结构 无单个分子，原子间以共价键相连,无分子式，只有化学式； 化学式为原子个数比,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图,8、典型的原子晶体 (1) 金刚石 每个C周围有 个C，围成空间 图形 C的杂化轨道类型是 。 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。 C原子与碳碳键之比为（ ） 最小碳环为（ ）且不共面 一个C-C键被 个环共用，每个环平均有 个C-C键 一个C原子被 个环共用，每个环平均有 个C原子

12、,4,正四面体,SP3杂化,1：2,六元环,6,12,1/2,1,金刚石是 晶胞，一个晶胞中平均含有 个原子。,面心立方,8,晶体硅结构与金刚石相似，键长不同,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,（2）SiO2原子晶体 每个Si周围有 个O,每个O周围有 个Si Si周围的Si围成空间 图形 1mol SiO2中共价键为（ ）mol 最小环上有（ ）个原子 每个Si被 个环共用，每个氧被 个环共用 每个最小环平均拥有 个Si 个O原子,4,2,正四面体,4,12,12,6,1/2,1,1、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

13、晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗?为什么?,探究思考,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,莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，1824年由德国矿物学家莫斯（Fre

14、derich Mohs）首先提出。确定这一标准的方法是，用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物的表面而产生划痕，用测得的划痕的深度来表示硬度。,资料 莫氏硬度,小结1：分子晶体与原子晶体的比较,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,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（大键），故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,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CC数为_,石墨中CC夹角为120， CC键长为 1.421010 m层间距 3.35 1010