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晶体初步知识 (2)


晶体的初步知识
宣城二中 郭文斌

明 矾

观察图片,这些固体在外形上有什 么区别?

玛瑙

一、晶体和非晶体
1、定义:晶体——具有规则几何外形的固体 非晶体——没有规则几何外形的固体 又称玻璃体 2、分类 思考 离子晶体 为什么晶体呈现规 原子晶体 则的几何外形,而非晶

晶体 分子晶体 体没有规则的几何外形 呢?你认为可能和什么 金属晶体 因素有关?

Cu晶 体结 构示 意图

NaCl晶 体结构 示意图

观察图片:构成晶体与非晶体的微粒在空间 的排列有何不同?

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
(2)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

(3)晶体具有固定的熔点

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? 你能列举哪些?

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、某同学在网站上找到一张 玻璃的结构示意图,如右图, 这张图说明玻璃是不是晶体? 为什么? 非晶体 玻璃的结构示意图 2、根据晶体的物理性质的各向异性的特点, 人们很容易识别用玻璃仿造的假宝石。你能列 举一些可能有效的方法鉴别假宝石吗? 观察对称性、刻划玻璃、加热、X—射线衍射

思考

6、鉴别晶体和非晶体
(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。

小结:晶体和非晶体
固体 外观 具有规 则的几 何外形 微观结构 粒子在三 维空间周 期性有序 排列 自范性 各向 异性 各向 异性 熔点

晶体



固定

非晶 不具有规 粒子排列 体 则的几何 相对无序 外形

没有

各向 不固 同性 定

本质 微观粒子在三维空间是否呈现周期性有序排列 区别

二﹑晶胞
1. 晶胞:描述晶体结构的基本单元 (没有说是最小单元)

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

金刚石 晶体结构

晶胞示意图

CO2晶胞

NaCl晶体结构和晶胞

思考与交流: 1.上述铜晶体、金刚石、CO2晶体、NaCl晶 体的晶胞的空间构形呈什么形状? 2.在上述晶体中,晶胞是如何排列的?晶胞 之间是否存在空隙?

无隙并置

平行六 面体

2、特点:晶胞都是 平行六面体.晶胞在 晶体中“无隙并置”.

3、三种典型立方晶体结构

简单立方

体心立方

面心立方

4.晶胞中原子个数的计算
分摊法:晶胞任意位置上的一个原子如果是 被x个晶胞所共有,那么,每个晶胞对这个 原子分得的份额就是1/x

体心:1

面心:1/2

棱边:1/4

顶点:1/8

1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推 知:甲晶体中A与B的离子个数比 为 1:1 ;乙晶体的化学式为 C2D ; EF 丙晶体的化学式为______;丁晶体的化 XY3Z 学式为______。

2、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?

Na

Zn I2 金刚石 2 2 8 8

3、钙-钛矿晶胞结构如图所示。观察 钙-钛矿晶胞结构,求该晶体中,钙、 钛、氧的微粒个数比为多少?

CaTiO3

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120?。分 析图中每个六边形含有 2 个碳原子。

5、下列是NaCl晶胞示意图,晶胞中 Na+和Cl?的个数比是多少?

6、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图, 其中有多少个原子?

1 (8× 8

+6

1 ×2

)×3 =12

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:

Ti14C13

小结:晶胞 1、概念:描述晶体结构的基本单元 2、晶胞中原子个数的计算——分摊法 顶点: 1/8 棱边:1/4 立方晶胞 面心:1/2

体心: 1

观察与思考: 下列两种晶体有什么共同点?

NaCl晶体结构

干冰晶体结构

碘晶体结构

三、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 力或氢键相互吸引

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?

4、物理特性:
(1)较低的熔点和沸点,易升华;
注:①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) 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S8

(2)较小的硬度; (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.

?原因:分子间作用力较弱

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, 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

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 12 有个
干冰的晶体结构图

分子的非密堆积
氢键具有方向性

冰中1个水分子周围有4个水分子

冰的结构

6、分子晶体结构特征
(1)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。

(2)非密堆积
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)。

科学视野:天然气水合物—一种潜在的能源 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Cl2· 20的水合 8H 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”………

思考
1、下列物质属于分子晶体的化合物是( C )

A、石英

B、硫磺

C、干冰

D、食盐

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

BC

C、分子键距离

D、分子间的氢键

3、冰醋酸固体中不存在的作用力是( A ) A、离子键 C、非极性键 B、极性键 D、范德华力

小结:分子晶体
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。 晶体分子结构特征
(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 )

4、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,其结构如 图:试分析: ①1mol 冰中有

2

mol氢键?

②H2O的熔沸点比H2S高还是低?为 什么? 氢键 ③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?
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

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 熔点 沸点

干冰 很低 很低

金刚石 3550℃ 4827℃

四、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:共价键 4、气化或熔化时破坏的作用力:共价键 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)

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

109? 28?

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 :(4 x ?)= 1:2

Si

o

180?

109? 28?

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?

思考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最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的 12元环。 ③1mol SiO2中含4mol Si—O键

探究思考
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?

资料 莫氏硬度
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(Frederich 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。

小结1:分子晶体与原子晶体的比较 晶体类型 概念 原子晶体 分子晶体

相邻原子间以共价键相结 合而形成空间网状结构
原子 共价键 很大

分子间以分子间 作用力结合
分子 分子间作用力 较小

组成微粒
作用力 熔沸点

硬度
溶解性 导电性

很大
不溶于任何溶剂

较小
部分溶于水 固体和熔化状态 都不导电,部分 溶于水导电

不导电,个别为半导体

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

知识拓展-石墨
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

石墨
1、石墨为什么很软?

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。 2、石墨的熔沸点为什么很高(高于金刚石)? 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。 3、石墨属于哪类晶体?为什么?
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`。 6 (2)晶体中最小环由____个C组成且不共面。
(3)晶体中C原子数与C-C 键数之比为: 6*1/4:6*1/2=1:2

2、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 2 为___,每个C 完全拥有C-C 数为___ 3

石墨中C-C夹 ☉ 角为120 , C-C键长为 1.42×10-10 m 层间距
3.35× 10-10 m

小结:金刚石、石墨的比较
项目 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 金刚石 石墨

正四面体空间网状 六边形平面层状 共价键 6个原子不同面 4 6*1/2=3 6*1/4=3/2 共价键与范德华力 6个原子同面 3 6*1/2=3 6*1/3=2

每 个 原子的平均数 环 中

利用金刚石的结构来推断SiO2的空间结构

金刚石的结构

SiO2平面结 构

白球表示 硅原子

SiO2最小的环有几个原子组成?

12个(6个硅 6个氧)

分析下列物质的物理性质,判断其晶体类型:

A、碳化铝,黄色晶体,熔点2200℃,熔融态 不导电;________________ B、溴化铝,无色晶体,熔点98 ℃,熔融态不 导电;________________ C、五氟化钒,无色晶体,熔点19.5℃,易溶 于乙醇、氯仿、丙酮中;_______________

D、物质A,无色晶体,熔融时或溶于水中都能 导电_____________

金属样品

五、金属晶体 1、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等

2、金属的结构
①电子气理论:由于金属原子的最外层电子数较

少,容易失去电子成为金属离子,金属原子释放 出的价电子不专门属于某个特定的金属离子,而 为许多金属离子所共有,并在整个金属中自由运 动,这些电子又称为自由电子.自由电子几乎均 匀分布在整个晶体中,像遍布整块金属的“电 子气”,从而把所有金属原子维系在一起。

②金属键:金属离子和自由电子之间的强烈的 相互作用叫做金属键(电子气理论)
特征:金属键可看成是由许多原子共用许多电子的一种特 殊形式的共价键,这种键既没有方向性,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

③金属晶体:通过金属键结合形成的单质 晶体。金属单质和合金都属于金属晶体

组成粒子: 金属阳离子和自由电子
微粒间作用力: 金属键

3、电子气理论对金属的物理性质的解释

①金属导电性的解释
在金属晶体中,充满着带负电的“电子气” (自由电子),这些电子气的运动是没有一 定方向的,但在外加电场的条件下,自由电 子定向运动形成电流,所以金属容易导电。 不同的金属导电能力不同,导电性最强的三 中金属是:Ag、Cu、Al

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? 晶体类型 导电时的状态 导电粒子 电解质 水溶液或 熔融状态下 金属晶体

晶体状态

自由移动的离子 自由电子 化学变化 物理变化 导电时发生的变化

导电能力随温度的 变化

增强

减弱

②金属导热性的解释 “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。

③金属延展性的解释
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。
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 自由电子 错位 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

+

金属离子

金属原子

④ 熔点和沸点 金属原子价电子越多,原子半径越 小,金属离子与自由电子的作用力就越 强,晶体的熔沸点就越高,反之越低。
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?

4、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

金属晶体中的原子可看成直径相等的 小球。将等径圆球在一平面上排列,有两 种排布方式,按(b)图方式排列,圆球 周围剩余空隙最小,称为密置层;按(a) 图方式排列,剩余的空隙较大,称为非密 置层。

(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

简单立方堆积
空间占有率如何计算?

②体心立方堆积—钾型A2(碱金属)
注意平面已经是非密置层

体心立方堆积A2

配位数:8

6+8

体心立方堆积A2
空间占有率如何计算?

前面的简单立方堆积和体心立方堆积都

不是最密堆积,在平面上已经是非密置层。
如果平面上是密置层。那么情况又将如何

变化呢?

我们选取其中的部分小球那讨论第二层的情况。

1 6 5

2 3 4

第二层的小球落 在那些位置呢?

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。 (
4,6 位,其情形是一样的 )

或对准 2,

1
6 5

2
3 4 6

1

2 3

5

4

A
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。



B

第一种是将球对准第一层的球。

下图是此种六方 紧密堆积的前视图

1 6 5

2
3 4

A

B
A

于是每两层形成一个周期, 即 AB AB 堆积方式,形成六 方紧密堆积。

B A

③六方最密堆积A3 镁型

配位数:

12

六方最密堆积A3 镁型
俯视图 找晶胞

六方最密堆积A3 镁型
空间利用率:
c

a=2r c=2· ) (
3 2

·3

· (

2 2

)· a=

2 3

6

a

3 VH=a · a · 3 c=8 2 r

Vs=2 · ·3 r
3

4?

a

VS/VH=

2 6

?=74.05%

第三层的另一种排列 方式,是将球对准第一层 1 6 5 4

2
3

的 2,4,6 位,不同于
AB 两层的位置,这是 C 层。

1 6 5

2 3 4

1 6
5

2

3
4

第四层再排 A,于是形 成 ABC ABC 三层一个周

A

期。 得到面心立方堆积。

C
B

1 6
5

2

A

3
4

C B

A
配位数 12 。 ( 同层 6, 上下层各 3 ) 此种紧密堆积的前视图

④面心立方最密堆积A1:铜型

C B A

面心立方最密堆积A1:铜型
ABC ABC 形式的堆积, 为什么是面心立方堆积? 我们来加以说明。

C B A

面心立方最密堆积:铜型

晶胞

面心立方最密堆积:铜型
空间利用率

4r = 2 a VS = 4?(4?/3)r3
4r 2

VC =

a3

=(

)3

VS/VC = ?/(3? 2 ) = 74.05%

镁型A3

铜型A1

金属晶体的两种最密堆积方式

堆积模型
简单立方堆积 体心立方堆积 钾型(bcp) A2 六方最密堆积 镁型(hcp) A3 面心立方最密堆积 铜型(ccp) A1

采纳这种堆积 空间利用 的典型代表 率 52.36% Po (钋)
K、Na、Fe Mg、Zn、Ti Cu, Ag, Au 68.02% 74.05% 74.05%

配位数
6 8 12 12

晶胞

回顾:三种晶体类型与性质的比较
晶体类型 概念 原子晶体 相邻原子之间以共价 键相结合而成具有空 间网状结构的晶体 共价键 原子 分子晶体 分子间以范 德华力相结 合而成的晶 体 范德华力 分子 金属晶体 通过金属键形成 的晶体 金属键 金属阳离子和自 由电子

作用力 构成微粒 物 理 性 质 实例

熔沸点 硬度
导电性

很高 很大
无(硅为半导体) 金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅

很低 很小
无 Ar、S等

差别较大 差别较大
导体 Au、Fe、Cu、 钢铁等

材料:
晶体 熔 点 (℃) 氯化钠 干冰 金刚石

801

-56.2

3550

思考:
为什么氯化钠的性质与干冰、 金刚石的不同?

2Na + Cl2 == 2NaCl
Na
+11

+17

Cl

Na+

+11

+17

Cl-

Na+ Cl-

六、离子晶体
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:强碱、活泼金属氧化 物、大部分的盐类。

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

NaCl的晶体结构模型

---Cl-

--- Na+

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: 1个
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)

CsCl晶体及晶胞结构示意图

---Cs+

---Cl-

(3)CaF2型晶胞
1°一个CaF2晶胞中含:
4个Ca2+和8个F?

2°Ca2+的配位数:8 F-的配位数:4

(4)立方ZnS 型晶胞

1°一个ZnS晶胞中含: 4个阳离子和4个阴离子 2°阳离子的配位数: 4 阴离子的配位数: 4

科学探究:
? 找出NaCl、CsCl两种离子晶体中阳离子和 阴离子的配位数,它们是否相等?
离子晶体 NaCl CsCl 阴离子的配位数 阳离子的配位数

6

6
8

8

科学探究:
? 你认为是什么因素决定了离子晶体中离子 的配位数?根据表3—5、表3—6分析影响 离子晶体中离子配位数的因素。
配位数 半径比 空间构型

4
0.2~0.4

6
0.4~0.7

8
0.7~1.0

ZnS

NaCl

CsCl

6、决定离子晶体结构的因素
(1)几何因素
晶体中正负离子的半径比

(2)电荷因素
晶体中正负离子的电荷比

(3)键性因素
离子键的纯粹因素

7、离子晶体的特点: (1)无单个分子存在;NaCl不表示分子式。 (2)熔沸点较高,硬度较大,难挥发难压 缩。且随着离子电荷的增加,核间距离的 缩短,熔点升高。 (3)一般易溶于水,而难溶于非极性溶剂。 (4)固态不导电,水溶液或者熔融状态下 能导电。

①定义:气态离子形成1mol离子晶体时释放

8、晶格能

的能量。 ②晶格能的大小的影响因素
分析晶格能的大小与离子晶体的熔点有什么关 系?离子晶体的晶格能与哪些因素有关? 氟化物 NaF MgF2 AlF3 晶格能/kJ· -1 mol 923 2957 5492

晶格能的大小:
离子电荷越大 ,阴、阳离子半径越小 , 即阴、阳离子间的距离越小 ,则晶格能越大 。 简言之,晶格能的大小与离子带电量成正比,与离 子半径成反比. ③晶格能对离子晶体性质的影响: 晶格能越大

(1)形成的离子晶体越稳定;(离子键越强)
(2)熔点越高;

(3)硬度越大。

小结:四种晶体的比较
晶体类型 晶体粒子 粒子间作 用力
熔沸点 硬度

离子晶体
阴、阳离子 离子键

原子晶体 分子晶体
原子 共价键 分子 分子间作用 力(氢键)

金属晶体
金属阳离子、 自由电子 金属键 一般较高,少部 分低 ,一般较硬, 少部分软 难溶

较高 较硬
易溶于水,难 溶于有机溶剂 固体不导电,熔化 或溶于水后导电

很高 很硬 难溶解 不导电 (除硅)

较低 一般较软

溶解性
导电情况

相似相溶 一般不 导电

良导体

离子晶体

原子晶体

分子晶体 1.大多数非金属单质: X2,O2,H2, S8,P4, C60 (除 金刚石、石墨、晶体硅、晶 体硼外) 2.气态氢化物: H2O,NH3,CH4,HX 3.非金属氧化物: CO2, SO2, NO2(除SiO2外) 3.酸:H2SO4,HNO3 4.大多数有机物:乙醇,蔗 糖(除有机盐)

1.金属氧化 1.金刚石、 物(K2O、 石墨、晶体 Na2O2) 硅、晶体硼 2.强碱 2. SiC 、 (NaOH、KOH、 SiO2晶体、 Ba(OH )2 BN晶体 3.绝大多数 的盐类

晶体熔沸点高低的判断
⑴不同晶体类型的熔沸点比较

一般:原子晶体>离子晶体>分子晶体(有例外)
⑵同种晶体类型物质的熔沸点比较

①离子晶体:
阴、阳离子电荷数越大,半径越小 熔沸点越高

②原子晶体:
原子半径越小→键长越短→键能越大

熔沸点越高

③分子晶体: 组成和结构相似的分子晶体 相对分子质量越大,分子的极性越大, 熔沸点越高
存在氢键

④金属晶体: 金属阳离子电荷数越高,半径越小

熔沸点越高

练习
3、将下列各组物质按熔沸点由高到低的顺序排列:

1、CaCl2、H2O 、KCl 、晶体硅 1、 晶体硅> CaCl2 >KCl >H2O 2、SiC 、晶体硅 、金刚石 2、 金刚石 > SiC> 晶体硅 3、CH4 > CCl > CF > CH 3、 CBr4 、CCl44、CBr4、CF4 4 4 4、CaCl2> NaCl > KCl > NH Cl 、NH4Cl 、KCl 、NaCl 4、 CaCl
2 4

5、Na 、Al 、Ar > Ar 5、 Al> Na > Hg、Hg 6、NH3 、Hg 、Br 、金刚石 6、 金刚石> Hg > 2Br > NH
2

3

7、 H2O 、I2 、H S 7、 I2 > H2O > H22S


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