分子晶体与原子晶体课件

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1、回顾回顾:1 1、什么叫晶体？什么叫非晶体？、什么叫晶体？什么叫非晶体？2 2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？3 3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目、利用分摊法计算晶胞中粒子数目水晶碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构NaCl晶体结构晶体结构5 5、典型的分子晶体：、典型的分子晶体：6 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（2 2）非密堆积）非密堆积 只有范德华力，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

2、：C60、干冰、干冰、I2、O2。氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞6 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（2 2）非密堆积）非密堆积 只有范德华力，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。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用率不高的空间利用率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种晶体这种晶体不具有分子密堆积特征。如不具有分子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（、冰（每个水分子

3、周围只有每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。个紧邻的水分子）。在冰的晶体中，每个水分子周围只有在冰的晶体中，每个水分子周围只有4个紧邻的水分子。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分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大排列使冰晶体中的水分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

4、冰的结构部的空隙。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。时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。思考：思考：1mol冰周围有？冰周围有？mol氢键氢键冰中个水分子周围有个水分子形成冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型？什么空间构型？水分子间存在着氢键的水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结作用，使水分子彼此结合而成（合而成（H2O）n。在冰。在冰中每个水分子被中每个水分子被4个水分个水分子包围形成变形的正四子包围形成变形的正四

5、面体，通过面体，通过“氢键氢键”相相互连接成庞大的分子晶互连接成庞大的分子晶体体1mol 冰中有冰中有2mol氢键？氢键？6 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 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用率不高的空间利用率不高,留有相当大的空隙留有相当大的空隙.这种晶体这种晶体不具有分子密堆积特征。如不具有分子密堆积特征。如：HF、NH3、冰（、冰（每个水分子周围只有每个水分子周围只有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

6、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。（1）范德华力）范德华力（2）分子间氢键）分子间氢键讨论讨论COCO2 2和和SiOSiO2 2的一些物理性质如下所示，通过的一些物理性质如下所示，通过比较，判断比较，判断SiOSiO2 2晶体是否属于分子晶体晶体是否属于分子晶体。结论：结论：SiO2不是分子晶体。不是分子晶体。那么那么SiO2是什么晶体呢？是什么晶体呢？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

7、成微粒：原子、构成微粒：原子 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）共价键共价键共价键共价键原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。否否原子晶体是一个三维的网状结构，原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。无小分子存在。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（S

8、i）、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、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？最小碳环由多少个碳原子组键？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

9、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，以共价键跟杂化，以共价键跟4个碳原子结合，个碳原子结合，形成正四面体。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。联结的空间网状晶体。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，且不在同一平面内；个碳组成，且不在同一平面内；晶体中晶体中C原子与原子与CC键数之比为键数之比为1：2金刚石的多面体外形、晶体

10、结构和晶胞示意图金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图18010928Sio共价键共价键18010928Sio共价键10928 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2：1mol二氧化硅的晶体含几摩的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

11、征：在：在SiO2晶体中晶体中每个每个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子；每原子；每个个O原子跟原子跟2个个Si原子相结合。原子相结合。SiO2晶晶体是由体是由Si原子和原子和O原子按原子按1：2的比例所的比例所组成的立体网状的晶体。组成的立体网状的晶体。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原子原子组成的组成的12元环。元环。1mol SiO2中含中含4mol SiO键键解释：结构相似的原子晶体，原子半径越解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗金刚石硅锗学与问学与问 1 1、怎样从原子结构角

12、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？2 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么这种说法对吗？为什么？知识拓展石墨知识拓展石墨（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有）石墨晶体中最小环为六元环，含有C 2个，个，C-C键为键为 3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；可导电；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金刚石中）比金刚石中r（C-C）短。短。石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，石

13、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。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。它们都有很强的它们都有很强的C-CC-C共价键。在石墨中各共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大强的共价键（大键），键），C-CC-C键长比金刚键长比金刚石的短，键的强度大，石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。故其熔点金刚石高。例例4：石墨晶体的层状结构，层石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构，试回内为平面正六边形结构，试回答下列问题：答下列问题：（1）图中平均每个正六边形占）图中平均每个正六边形占

14、有有C原子数为原子数为_个、占有的碳个、占有的碳碳键数为碳键数为_个。个。（2）层内）层内7个六元环完全占有个六元环完全占有的的C原子数为原子数为_个，碳原子个，碳原子数目与碳碳化学键数目之比为数目与碳碳化学键数目之比为_.142:323例例1.氮化硅（氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于磨材料，在工业上有广泛用途，它属于 原子晶体原子晶体 B.分子晶体分子晶体 C.金属晶体金属晶体 D.离子晶体离子晶体答案：答案：A 典型例题典型例题例例2 碳化硅（碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中的结构

15、，其中C原子和原子和S原子的位置是交替的。在下原子的位置是交替的。在下列三种晶体列三种晶体金刚石金刚石 晶体硅晶体硅 碳化硅中，它们碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是的熔点从高到低的顺序是 （）A.B.C.D.分析：分析：C与与Si同为同为IVA族元素，它们的相似性表现族元素，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，形成共价键的键体。从碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si与与C之间。三种之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键

16、长原子晶体，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、与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。晶体硅。答案：答案：A例例3 3、单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据、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）晶体硼的晶体类型属于_晶体，晶体，理由是理由是_。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有个顶点上各有1个个B原子。通过视察图形及推算，此晶原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由体结构单元由_个硼原子构成。其中个硼原子构成。其中BB键的键键的键角为角为_。分析：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，且晶体B中有20个这样的三角形，因此，晶体B中这样的顶点（B原子）有3/520=12个。又因晶体硼中的三角形面为正三角形，所以键角为60。答案：答案：原子，晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度；12，60