离子晶体、分子晶体、原子晶体

1、复习总结：,微粒间作用,微粒为分子：,分子间作用力（或范德华力）或氢键；,微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；,微粒为离子：离子键。,一、离,子,晶,体,1.,定义,：,离子间通过离子键结合而成的晶体,2.,构成微粒：,阴、阳离子,微粒间的作用力：,离子键,.,离子晶体的结构,NaCl,晶体结构示意图：,Cl,-,Na,+,(1)NaCl,的晶体结构,立方结构（,基本结构单元是立方体,）,晶胞,:,讨论：,晶体中最小的重复单元,6,1,、每个,Na,离子周围有,_,个,Cl,离子，每,+,个,Cl,离子周围有,_,6,个,Na,离子。,+,2,、每个,Na,离子周围与,Na,最近且等距离的,

2、+,Na,有,_,12,个，每个,Cl,离子周围与,Cl,最近且,12,个。,等距离的,Cl,有,_,+,+,3,该晶胞中实际有几个,Na,？几个,Cl,？,+,有,1/8,属于,该立方体,有,1/4,属于,该立方体,有,1/2,属于,该立方体,完全属于该,立方体,.,晶体中结构单元微粒实际数目的计算、,离子晶体化学式的确定,(,均摊法,),位于顶点的微粒，晶胞完全拥有其,1/8,。,位于面心的微粒，晶胞完全拥有其,1/2,。,位于棱上的微粒，晶胞完全拥有其,1/4,。,位于体心上的微粒完全属于该晶胞拥有为,1,。,Na,+,Cl,-,1,晶胞中的氯离子数,=12,+1=4,4,1,1,钠离子

3、数,= 8,+ 6,= 4,。,2,8,即钠离子与氯离子个数比为,4:4=1:1,，,故氯化钠的化学式为,NaCl,CsCl,晶体的结构：,(2)CsCl,：体心立方结构（,基本结构单元是体心,立方体）,8,+,、每个,Cs,离子周围有,_,个,Cl,离子，每,+,8,个,Cl,离子周围有,_,个,Cs,离子,+,+,、每个离子周围与,Cs,最近且等距离的,Cs,有,_,个，每个,Cl,离子周围与,Cl,最近且等距离,个。,的,Cl,有,_,+,、该晶胞中有几个,Cs,？几个,Cl,？,化学式呢？,、,CsCl,例题分析,：,?,如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、,铁电、光电等功能的晶体

4、材料的最小结构单元,（晶胞）。,求晶体内与每个“,T,”紧邻的氧原子数、这,种晶体材料的化学式？（各元素所带的电荷均,已略去）,O,原子,Ti,原子,Ba,原子,例题解析,：,O,原子,Ti,原子,Ba,原子,Ba,：,1x1,Ti,：,8x(1/8),O,：,12x(1/4),化学式为：,BaTiO,3,离子晶体物理性质列表：,晶体质点,微粒间作用力,熔沸点,硬度,溶解性,导电性,易溶于,阴、阳,较,离子键,较高,极性溶,硬,离,子,剂,溶于水,或熔融,时导电,思考题：,离子晶体的熔、沸点，硬度与离子键强,弱有何关系？为什么,？,思考,2,比较,NaCl,、,CsCl,熔点和沸点的高低,熔点

5、,沸点,1413,C,0,NaCl,CsCl,801,C,0,645,C,0,1290,C,0,为什么,NaCl,的熔点和沸点比,CsCl,的高？,离子键的强弱与离子晶体的物理性质的关系,离子键越强,离子晶体的硬度越大、,熔沸点越高,Q,阴,XQ,F=K,2,R,阳,键长,阴、阳离子电荷越,大离子半径越小,结构决定性质,离子晶体的熔沸点高低与离子键强弱有关，,离子键越强其熔沸点越高。,阴阳离子的半径越小，离子键越强。,阴阳离子所带电荷越多，离子键越强。,r,Na,r,Cs,故熔沸点,NaClCsCl,+,+,练习,1,比较下列晶体熔沸点高低：,NaF KCl NaCl,KBr CsI,NaFN

6、aClKClKBrCsI,练,习,看图写化学式,A,2,BC,2,离子晶体,什么叫离子晶体？,离子间通过离子键结合而成的晶体。,离子晶体的特点？,无单个分子存在；,NaCl,是化学式。,熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。,水溶液或者熔融状态下均导电。,哪些物质属于离子晶体？,离子化合物：大部分盐类、强碱、铵盐、,活泼,金属的氧化物,、,思考与交流,石墨和金刚石同属于碳的单质，为什,么在硬度上会相差如此之大？,观察与思考：,下列两种晶体有什么共同点？,干冰晶体结构,碘晶体结构,二、分子晶体,、概念,结合的晶体叫分子晶体,1,）构成分子晶体的粒子是分子。,2,）粒子间的相互作用是分子间作用力。,

7、3,）范德华力远小于化学键的作用；,4,）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。,1,分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相,（,（,（,（,分子晶体有哪些物理特性，为什么？,2,、物理特性：,(1),较低的熔点和沸点，易升华；,(2),较小的硬度；,(3),一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。,?,原因：分子间作用力较弱,3,、典型的分子晶体：,非金属氢化物：,H,2,O,，,H,2,S,，,NH,3,，,CH,4,，,酸：,H,2,SO,4,，,HNO,3,，,H,3,PO,4,部分非金属单质,:,X,2,，,O,2,，,H,2,，,S,8,，,P,4,，,部分非金属氧化物,:,CO,2,，,

8、SO,2,，,NO,2,，,P,4,O,10,大多数有机物：,乙醇，冰醋酸，蔗糖,60,4,O,6,，,HX,C,P,4,、分子晶体结构特征,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：,C,60,、,干冰,、,I,2,、,O,2,有分子间氢键,不具有分子密堆积特,征,?,如：,HF,、冰、,NH,3,分子的密堆积,氧（,O,2,）的晶体结构,碳,60,的晶胞,（与每个分子距离最近的相同分子共有,12,个,）,分子的密堆积,（与,CO,2,分子距离最近的,CO,2,分子共有,12,个,）,干冰的晶体结构图,分子的非密堆积,氢键具有方向性,冰中个水分子周

9、围有个水分子,冰的结构,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？,?,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,5,、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，相对分子质量越,大，范德华力越大，熔沸点越高。如

10、：,O,2,N,2,，,HIHBrHCl,。,（,2,）分子量相等或相近，极性分子的范德华力,大，熔沸点高，如,CON,2,（,3,）含有氢键的，熔沸点较高。如,H,2,OH,2,TeH,2,SeH,2,S,，,HFHCl,，,NH,3,PH,3,（,4,）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链,数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷,异戊烷,新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构,体一般按照“邻位,间位,对位”的顺序,。,?,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，,如冰中就同时存在着范德华力和氢键。,?,思考,2,为什么冰融化为水时,密度增大

11、？,在冰晶体中,每个分子周围只有,4,个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价,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子的空间,利用率不变,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。,思考,3,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，,导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下,体积较大,由于,CO,2

12、,分子的相对分子质量,H,2,O,，所,以干冰的密度大。,科学视野：笼装化合物,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”,思考与交流,?,CO,2,和,SiO,2,的一些物理性质如下表所示，通过,比较试判断,SiO,2,晶体是否属于分子晶体。,?,碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，,为什么,CO,2,晶体的熔、沸点很低，而,SiO,2,晶体,的熔沸点很高？,二氧化硅晶体结构示意图,Si,O,109o,28,180o,共价键,金刚石的晶体结构

13、示意图,109o,28,共价键,三原子晶体（共价晶体）,1,、概念：,相邻原子间以共价键相结合而形成空间立,体网状结构的晶体。,（,1,）构成原子晶体的粒子是原子；,（,2,）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合；,（,3,）原子晶体熔化破坏的是共价键。,观察,思考,?,对比分子晶体和原子晶体的数据，原子,晶体有何物理特性？,2,、原子晶体的物理特性,在原子晶体中，由于原子间,以较强的共价键相结合，而,且形成空间立体网状结构，,所以原子晶体的,熔点和沸点高,硬度大,一般不导电,且难溶于一些常见的溶剂,?,在原子晶体中，由于原子间,以较强的共价键相结合，而且形,成空间立体网状结构，所以原子,晶体

14、有特殊的物理性质。,3,、常见的原子晶体,某些非金属单质：,金刚石（,C,）、晶体硅,(Si),、晶体硼（,B,）、晶,体锗,(Ge),等,某些非金属化合物：,碳化硅（,SiC,）晶体、,氮化硼（,BN,）晶体,某些氧化物：,二氧化硅（,SiO,）晶体,、,Al,2,O,3,?,?,?,109o,28,共价键,思考：在金刚石晶体中，每个碳与,周围多少个碳原子成键？形成怎样的,空间结构？最小碳环由多少个碳原子,组成？它们是否在同一平面内？,在金刚石晶体中，碳原子个数与,C-C,键数之比为多少？,12g,金刚石,C-C,键数为多少,N,A,？,金刚石中每个,C,原子以,sp,3,杂化，分别与,4,

15、个,相邻的,C,原子形成,4,个,键，故键角为,109,28；,每个,C,原子均可与相邻的,4,个,C,构成实心的正,四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚,石晶体，在一个小正四面体中平均含有,1+4,1/4 =2,个碳原子；,在金刚石中最小的环是六元环，,1,个环中平,均含有,6,1/12=1/2,个,C,原子，含,C-C,键数为,6,1/6=1,；,金刚石的晶胞中含有,C,原子为,8,个，内含,4,个,小正四面体，含有,C-C,键数为,16,。,Si,O,109o,28,180o,共价键,?,（,1,）二氧化硅晶体中最小环为,12,元环。,?,SiO2,晶体中,Si,原子的排列方式和金刚

16、石晶体中碳原子的排列,方式是相同的。在金刚石晶体中，每个最小环上有,6,个碳原子，,因此,SiO2,晶体中每个最小环上有,6,个,Si,原子，另外六边形的每,条边上都夹入了一个氧原子，所以最小环为,12,元环。,?,（,2,）每个硅原子被,12,个最小环共有。,?,如图可以看出，每个硅原子周围有四条边，而每条边又被,6,个,环所共有，同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的，,因此还要除以,2,以剔除重复。,?,所以最终计算式为（,4,6,）,/2=12,?,（,3,）每个最小环平均拥有,1,个氧原子，平均拥有的,0.5,个硅原,子。,?,由于每个硅原子被,12,个环共有，因此每个环只占有

17、该硅原子,的,1/12,，又因为每个最小环上有,6,个硅原子，所以每个最小环,平均拥有的硅原子数为：,6,（,1/12,）,=0.5,个。又因为,SiO2,晶,体是由硅原子和氧原子按,1:2,的比例所组成，因此氧原子的数,目为,0.5,2=1,个。,二氧化硅中,Si,原子均以,sp,3,杂化，分别,与,4,个,O,原子成键，每个,O,原子与,2,个,Si,原子,成键；,晶体中的最小环为十二元环，其中有,6,个,Si,原子和,6,个,O,原子，含有,12,个,Si-O,键；,每个,Si,原子被,12,个十二元环共有，每个,O,原,子被,6,个十二元环共有，每个,Si-O,键被,6,个,十二元环共

18、有；每个十二元环所拥有的,Si,原子数为,6,1/12=1/2,，拥有的,O,原子数为,6,1/6=1,，拥有的,Si-O,键数为,12,1/6=2,，,则,Si,原子数与,O,原子数之比为,1,：,2,。,思考,1,原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？,不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无,小分子存在,。,思考,2,以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分,子晶体有哪些不同？,（,1,）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有,分子。,（,2,）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键,。,4,、原子晶体熔、沸点比较规律,对于原子晶体，一般来说，,原子间键长越短，键能越大，共,价键越稳

19、定，物质的熔沸点越高，,硬度越大。,思考,3,为何,CO,2,熔沸点低？而破坏,CO,2,分子却比,SiO,2,更,难？,因为,CO,2,是分子晶体，,SiO,2,是原子晶体，所以,熔化时,CO,2,是破坏范德华力而,SiO,2,是破坏化学键。,所以,SiO,2,熔沸点高。破坏,CO,2,分子与,SiO,2,时，都是,破坏共价键，而,C,O,键能,Si-O,键能，所以,CO,2,分,子更稳定。,思考,4,怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的,熔点和硬度依次下降？,因为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，所以熔点和硬度,有如下关系：金刚石碳化硅锗。,分子晶

20、体、原子晶体结构与性质关系的比较,晶体类型,结构、性质,分子晶体,原子晶体,结,构成晶体粒子,构,粒子间的作用力,硬度,溶、沸点,分子,分子间作用力,较小,原子,共价键,较大,较低,固态和熔融状,态都不导电,相似相溶,很高,不导电,性,质,导电,溶解性,难溶于常见溶剂,【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的,判断方法,（,1,）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：,原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；,分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。,（,2,）记忆常见的、典型的原子晶体。,（,3,）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，,常在,1000,以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百,度以下至很低的温度。,（,4,）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部,分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导,体，但晶体硅、晶体锗是半导体。,（,5,）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，,分子晶体硬度小且较脆。,知识拓展石墨,石,墨,晶,体,结,构,（,1,）石墨中,C,原子以,sp2,杂化；,（,2,）石墨晶体