分子晶体与原子晶体.ppt

1、第二节 分子晶体,回顾: 1、什么叫晶体？什么叫非晶体？ 2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？ 3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目,观察思考,请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：,水晶,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,一、概念 分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体。 构成分子晶体的粒子:分子， 粒子间的相互作用:分子间作用力。,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S8,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,2、物理特性：,(1)较低

2、的熔点和沸点，易升华；,分子晶体熔、沸点高低的比较规律 分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。 因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。,（1）组成和结构相似的物质， _烷烃、烯烃、炔烃、饱和一元醇、醛、羧酸等同系物的沸点均随着碳原子数的增加而升高。 分子间有氢键的物质（HF、H2O、NH3等）熔、沸点反常。形成分子内氢键的物质，其熔、沸点低于形成分子间氢键的物质。,相对分子量越大，熔沸点越高。,（2）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，_。如沸点：正戊烷 异

3、戊烷 新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“_”的顺序。,熔沸点越低,邻位 间位 对位,原因：分子间作用力较弱,2、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: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,不破坏化学键,也有例外,如S8,5、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，N2 P4， C60 （3）部分非金属氧化物: CO2， SO2，

4、 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 （6）稀有气体,思考1是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？ 不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存着范德华力和氢键。,6、分子晶体结构特征,（1）密堆积,（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。,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,6、分子晶体结构特征,（

5、1）密堆积,（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。,有分子间氢键氢键具有方向性,使晶体中的空间利用率不高,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）。,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,在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。尽管氢键比共价键弱得多，不属于化学键，却跟共价键一样具有方向性，即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分

6、子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。,思考：1mol冰周围有？mol氢键,冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型？,水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（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,1mol 冰中有2mol氢键？,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,使晶体中的空间利用率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不具有分子密堆积特征。如：HF 、NH

7、3、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。,思考2为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？ 由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。 由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大 由于CO2分子的相对分子质量H2O，所以干冰的密度大。,归纳要点分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：,（1）范德华力 （2）分子间氢键,讨论,CO2和SiO

8、2的一些物理性质如下所示，通过比较，判断SiO2晶体是否属于分子晶体。,结论：SiO2不是分子晶体。,那么SiO2是什么晶体呢？,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：原子 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）,共价键,共价键,原子晶体具备以上物理性质的原因: _ 原子晶体的化学式是否可以代表其分子式_ 原因_,原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。,否,原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。,4、原子晶体熔、沸点比较规律 在共价

9、键形成的原子晶体中，原子半径小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如：金刚石 碳化硅 晶体硅,思考为何金刚石的熔沸点高于硅？ C-C键能大于Si-Si和Ge-Ge键，难破坏 思考为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？ 因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。 破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价健，而C-O键能Si-O键能，所以CO2分子更稳定。,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：S

10、iO2、 等,10928,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？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CC键数之比为多少？ （3）12克金刚石中CC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 每个碳原子都采取SP3杂化，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体。 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。 金刚石晶体中所有的CC键长相等，键角相等（10928）； 晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内； 晶体中C原子与CC键

11、数之比为1：2,金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,10928,金刚石的晶体结构示意图,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2：1mol二氧化硅的晶体含几摩的Si-O 键 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 每个Si原子周围结合4个O原子；每个O原子跟2个Si原子相结合。SiO2晶体是由S

12、i原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。 最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。 1mol SiO2中含4mol SiO键,解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高 金刚石硅锗,学与问,1、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？,2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？,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

13、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,石墨晶体结构,知识拓展石墨,（1）石墨中C原子以sp2杂化； （2）石墨晶体中最小环为六元环，含有C

14、2个，C-C键为 3； （3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电； （4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。,石墨,1、石墨为什么很软？ 2、石墨的熔沸点为什么很高（熔点高于金刚石）？,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。,石墨为混合键型晶体。,它们都有很强的C-C共价键。在石墨中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）， C-C键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。,例4：石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构，试回答下列问题： （1）图中平均每个正六边形占有C原子数为_个、占有的碳碳键

15、数为_个。 （2）层内7个六元环完全占有的C原子数为_个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_.,14,2:3,2,3,例1. 氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于 原子晶体 B. 分子晶体 C. 金属晶体D. 离子晶体 答案：A,典型例题,例2 碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石 晶体硅 碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是 （ ） A. B. C. D. 分析：C与Si同为IVA族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的

16、键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与C之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。 答案：A,例3、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据,（1）晶体硼的晶体类型属于_晶体， 理由是_。,（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由_个硼原子构成。其中BB键的键角为_。,分析：晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶体。晶体硼每个三角形的顶点被5个三角形所共有，所以，此顶点完全属于一个三角形的只占到1/5，每个三角形中有3个这样的点