分子晶体与原子晶体[共46页]

1、1 第 四 节 分 子 晶 体 与 原 子 晶 体第 四 节 分 子 晶 体 与 原 子 晶 体 2 3 什么是晶体？下列图片中所示是晶体吗？什么是晶体？下列图片中所示是晶体吗？ 雪花雪花 冰糖冰糖 水晶水晶 金刚石金刚石 你知道它们它们都有什么样的物理性质吗？是否属于同种类型？你知道它们它们都有什么样的物理性质吗？是否属于同种类型？ 4 冰和冰糖分别是由水分子、蔗糖分子构成的冰和冰糖分别是由水分子、蔗糖分子构成的分子晶体分子晶体； 水晶和金刚石是由水晶和金刚石是由Si Si、O O原子和原子和C C原子构成的原子构成的原子晶体原子晶体。 v分子晶体：是分子之间通过分子间作用力结合， 从而在三

2、维空间呈有序排列形成的。 一、分子晶体一、分子晶体 5 一、分子晶体一、分子晶体 回顾：分子间作用力（分子与分子之间的相互作用），存在于分子之间。回顾：分子间作用力（分子与分子之间的相互作用），存在于分子之间。 分子间作用力分子间作用力 范德华力范德华力 氢键氢键 分子间作用力大小的影响因素：分子间作用力大小的影响因素： 相对分子质量：同类型分子，相对分子质量越大，相对分子质量：同类型分子，相对分子质量越大， 分子间作用力越大。分子间作用力越大。 分子的极性：分子的极性影响分子间作用力，极性分子的极性：分子的极性影响分子间作用力，极性 非极性。非极性。 6 分子通常指的是小分子，不是指高分子。

3、分子通常指的是小分子，不是指高分子。 典型的分子晶体：典型的分子晶体： 非金属氢化物：非金属氢化物：H H2 2O O，H H2 2S S，NHNH3 3，CHCH4 4，HXHX 酸：酸：H H2 2SOSO4 4，HNOHNO3 3，H H3 3POPO4 4 部分非金属单质部分非金属单质: :X X2 2，O O2 2，H H2 2， S S8 8，P P4 4， C C60 60 大部分非金属氧化物大部分非金属氧化物: : COCO2 2， SOSO2 2， NONO2 2， P P4 4O O6 6， P P4 4O O10 10 大多数有机物：大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖，烃类

4、乙醇，冰醋酸，蔗糖，烃类 只要存在小分子，其固体就是分子晶体。只要存在小分子，其固体就是分子晶体。 7 以干冰为例，了解分子晶体的物理性质。以干冰为例，了解分子晶体的物理性质。 分子晶体中分子之间的作用力很微弱。所以熔沸点低、分子晶体中分子之间的作用力很微弱。所以熔沸点低、 易升华、硬度小、固态和熔融状态不导电。易升华、硬度小、固态和熔融状态不导电。 (1)8个个CO2分子构成立方体且在分子构成立方体且在6个面心又各占据个面心又各占据1个个CO2分子分子 (2)每个每个CO2分子周围等距紧邻的分子周围等距紧邻的CO2分子有分子有_个个 8 9 (1)每个水分子与每个水分子与_个水分子相邻个水分

5、子相邻 (2)分子以氢键相连接，含分子以氢键相连接，含1 mol H2O 的冰中，最多可形成的冰中，最多可形成_ mol “氢键氢键” 10 由干冰和冰的晶体结构可以看出，分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作由干冰和冰的晶体结构可以看出，分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作 用力，只需要外界提供较小的能量，因此分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小，用力，只需要外界提供较小的能量，因此分子晶体的熔点通常较低，硬度也较小， 具有较强的挥发性。具有较强的挥发性。 对于组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说，相对分子质量增大，对于组成和结构相似、晶体中又不含氢键的物质来说，相对分子质量增大， 分子间

6、作用力增强，熔沸点升高。分子间作用力增强，熔沸点升高。 对于分子间不含氢键的物质来说，由于分子间的作用力无方向性也使得分子对于分子间不含氢键的物质来说，由于分子间的作用力无方向性也使得分子 在堆积时会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，这一点与金属晶体和离子晶体在堆积时会尽可能利用空间并采取紧密堆积方式，这一点与金属晶体和离子晶体 相似，分子的形状、极性以及氢键的存在都会影响分子的堆积方式。相似，分子的形状、极性以及氢键的存在都会影响分子的堆积方式。 11 CO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2 晶体是否属于分子晶体。晶体是否属

7、于分子晶体。 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体晶体 的熔、沸点很低，而的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很高？晶体的熔沸点很高？ 12 180 10928 Si Si O O 共价键 二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅晶体结构示意图 13 二原子晶体（共价晶体）二原子晶体（共价晶体） 1 1概念概念：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结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。构的晶体。 构成原子晶体的粒子是原子，原子间以较强的构成原子晶体的粒子是原子，原子间以较强的 共价共价 键相结合。键相结合。 1

8、4 2 2、原子晶体的物理特性、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，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。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（熔化破坏的是共价键）熔点和沸点高（熔化破坏的是共价键） 硬度大硬度大 一般不导电一般不导电 且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂 15 3 3、常见的原子晶体、常见的原子晶体 晶胞晶胞 金刚石中每个C原子都以SP3杂化轨道与周围4个碳原子以共价键结合，构成正四面体。 CC键间的夹角为109.5109.5 。因为中心原子周围排列的原子的数目是。因

9、为中心原子周围排列的原子的数目是有限有限的，所以这种的，所以这种 比较比较松散松散的排列与金属晶体和离子晶体中的的排列与金属晶体和离子晶体中的紧密堆积紧密堆积排列有很大的不同。排列有很大的不同。 16 (1)每个碳与每个碳与_以共价键结合，形成正四面体结构以共价键结合，形成正四面体结构 (2)键角均为键角均为_ (3)最小碳环由最小碳环由_个个C组成且六原子不在同一平面内组成且六原子不在同一平面内 (4)每个每个C参与参与4条条CC键的形成，键的形成，C原子数与原子数与CC键之比为键之比为 _ 17 2SiO2晶体的结构晶体的结构 二氧化硅的晶体结构 水晶是由水晶是由Si和和O构成的空间立体网

10、状的构成的空间立体网状的 晶体，晶体， 一个硅原子与一个硅原子与 个氧原子形成个氧原子形成 个共价键，每个氧原子个共价键，每个氧原子 与与 个硅原子形成个硅原子形成 个共价键，从而形成以个共价键，从而形成以 为骨为骨 架的结构，且只存在架的结构，且只存在 键。二氧化硅晶体中硅原子键。二氧化硅晶体中硅原子 和氧原子个数比为和氧原子个数比为 ，不存在，不存在 ，可以把整，可以把整 个晶体看成个晶体看成 。 二氧化硅二氧化硅 44 22 硅氧四面体硅氧四面体 SiO 1:2 单个分子单个分子 巨型分子巨型分子 18 3SiC晶体的结构晶体的结构 交替交替 1:1 SiCSiC是人工合成的无机非金属材

11、料，是人工合成的无机非金属材料，SiC晶体的结构类似于晶体的结构类似于 金刚石晶体结构，其中金刚石晶体结构，其中C原子和原子和Si原子的位置是原子的位置是 的，的， 所以在整个晶体中所以在整个晶体中Si原子与原子与C原子个数比为原子个数比为 。 SiCSiC硬度大，而且具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性，它可以硬度大，而且具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性，它可以 做磨料、耐火材料、电热元件等，还可以用来制造机械工程做磨料、耐火材料、电热元件等，还可以用来制造机械工程 中的结构元件和化工中的密封件等。中的结构元件和化工中的密封件等。 19 晶体晶体金刚石金刚石碳化硅碳化硅晶体硅晶体硅 键能键能(kJm

12、ol(kJmol 1 1) ) （CC）347（CSi）301（SiSi）226 熔点()335026001415 硬度1097 观察下表中的数据可以发现，原子晶体大都具有较高的熔点和硬度，观察下表中的数据可以发现，原子晶体大都具有较高的熔点和硬度， 这是为什么？讨论表中所给出的结构相似的原子晶体的熔点差别较这是为什么？讨论表中所给出的结构相似的原子晶体的熔点差别较 大的原因？大的原因？ 思考与交流：思考与交流： 20 原子晶体具有 的熔点， 的硬度；对结构相似 的原子晶体来说，原子半径 ，键长 ，键能 ， 晶体的熔点就越高。 规律：规律： 越大越大 很高很高 越小越小越短越短 很大很大 高熔

13、点、高硬度是原子晶体的特性！高熔点、高硬度是原子晶体的特性！ 常见的原子晶体有（常见的原子晶体有（1 1）某些单质，如硼、硅、锗、灰锡等；）某些单质，如硼、硅、锗、灰锡等； （2 2）某些非金属化合物，如氮化硼等。）某些非金属化合物，如氮化硼等。 21 联想联想. .质疑质疑 实验测定，石墨的熔点高达实验测定，石墨的熔点高达38503850，高于金刚石的，高于金刚石的 熔点，这说明石墨晶体具有原子晶体的特点；但是，熔点，这说明石墨晶体具有原子晶体的特点；但是， 石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明 它又不同于原子晶体。那么石墨究竟属于哪种类型

14、它又不同于原子晶体。那么石墨究竟属于哪种类型 的晶体呢？的晶体呢？ 22 石墨晶体的结构石墨晶体的结构 研究发现，研究发现，石墨晶体石墨晶体具有具有呈层状结构。呈层状结构。同层内每个同层内每个C 原子原子用用sp2杂化轨道与邻近的三个杂化轨道与邻近的三个C原子以原子以共价键共价键相结相结 合，合，形成无限的形成无限的六边形平面网状结构六边形平面网状结构，共价键的键长，共价键的键长 为为0.142nm，键角为，键角为120；每个；每个C原子还有一个与碳原子还有一个与碳 环平面垂直的未参与杂化的环平面垂直的未参与杂化的2p轨道，并含有一个未成轨道，并含有一个未成 对电子。因此能够形成遍及整个平面的

15、大对电子。因此能够形成遍及整个平面的大键。键。电子电子 可以在整个可以在整个六边形网状平面上运动，因此石墨的大六边形网状平面上运动，因此石墨的大键键 具有具有金属键金属键的性质，这就是石墨沿层的平行方向上导的性质，这就是石墨沿层的平行方向上导 电性强的原因。电性强的原因。 23 而层与层之间以而层与层之间以_结合，层与层之间结合，层与层之间 的距离为的距离为0.335nm。层与层之间容易滑动，有滑腻感。层与层之间容易滑动，有滑腻感。 所以石墨晶体虽然熔、沸点很高，但硬度不大。所以石墨晶体虽然熔、沸点很高，但硬度不大。 在石墨晶体中平均每个正六边形拥有的碳原子个在石墨晶体中平均每个正六边形拥有的

16、碳原子个 数是数是2个。个。C原子与共价键的比值为原子与共价键的比值为2:3。 这样，石墨晶体中既有共价键，又有范德华力，这样，石墨晶体中既有共价键，又有范德华力， 同时还有金属键的特性。我们将这种晶体称为混合键同时还有金属键的特性。我们将这种晶体称为混合键 型晶体。型晶体。 分子间作用力分子间作用力 24 小结：怎么比较晶体的熔点呢？小结：怎么比较晶体的熔点呢？ 三、三、晶体熔、沸点的比较晶体熔、沸点的比较 (1)不同类型晶体熔、沸点的比较：不同类型晶体熔、沸点的比较： 不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律：不同类型晶体的熔、沸点高低的一般规律： _。 金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等

17、熔、沸点金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点 很高，汞、铯等熔、沸点很低。很高，汞、铯等熔、沸点很低。 分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体 25 (2)同种晶体类型熔、沸点的比较：同种晶体类型熔、沸点的比较： 原子晶体原子晶体： 如熔点：金刚石如熔点：金刚石_碳化硅碳化硅_硅。硅。 小小短短 大大高高 26 a一般地说，阴、阳离子的电荷数越一般地说，阴、阳离子的电荷数越_，离子半径越，离子半径越 _，则离子间的作用力就越，则离子间的作用力就越_，其离子晶体的熔、，其离子晶体的熔、 沸点就越沸点就越_， 如熔点：如熔点：MgO_MgCl2_NaCl_CsCl。 b衡量离子

18、晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越衡量离子晶体稳定性的物理量是晶格能。晶格能越_， 形成的离子晶体越形成的离子晶体越_，熔点越，熔点越_，硬度越，硬度越_。 离子晶体：离子晶体： 多多 小小强强 高高 大大 稳定稳定高高大大 27 a分子间作用力越分子间作用力越_，物质的熔、沸点越，物质的熔、沸点越_；具有；具有 氢键的分子晶体熔、沸点反常地氢键的分子晶体熔、沸点反常地_。 如如H2O_H2Te_H2Se_H2S。 b组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越_， 熔、沸点越熔、沸点越_，如，如SnH4_GeH4_SiH4_CH4。 分子晶体：分子晶体：

19、 大大高高 高高 大大 高高 28 c组成和结构不相似的物质组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近相对分子质量接近)，分子的极性越大，分子的极性越大， 其熔、沸点越高，如其熔、沸点越高，如CON2，CH3OHCH3CH3。 d同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。 金属晶体：金属晶体： 金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、 沸点就越高，如熔、沸点：沸点就越高，如熔、沸点：NaMg晶体硅晶体硅二氧化硅二氧化硅碳化硅碳化硅 CMgOH2OO2Br2 D金刚石金刚石生铁生铁纯铁纯铁钠钠 B

20、 B B B 三晶体熔沸点的比较三晶体熔沸点的比较 6下列各组物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是下列各组物质中，按熔点由高到低的顺序排列正确的是() HgI2O2 SiO2KClCO RbKNa AlMgNa 金刚石金刚石晶体硅晶体硅二氧化硅二氧化硅碳化硅碳化硅 CI4CBr4CCl4CF4CH4 生铁生铁纯铁纯铁钠钠冰冰 KClNaClBaOCaO A B C D 7回答下列问题：回答下列问题： (1)氯酸钾熔化，粒子间克服了氯酸钾熔化，粒子间克服了_的作用力；二氧化硅熔化，粒的作用力；二氧化硅熔化，粒 子间克服了子间克服了_的作用力；碘的升华，粒子间克服了的作用力；碘的升华，粒子间克

21、服了_ 作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是作用力。三种晶体的熔点由高到低的顺序是_。 (2)下列六种晶体：下列六种晶体：CO2NaClNaSiCS2金刚金刚 石，石， 它们的熔点从低到高的顺序为它们的熔点从低到高的顺序为_(填序号填序号)。 离子键离子键 共价键共价键分子间分子间 SiO2 KClO3I2 (3)在在H2、(NH4)2SO4、SiC、CO2、HF中，由极性键形成的非极性分中，由极性键形成的非极性分 子是子是_ _ _，由非极性键形成的非极性分子是，由非极性键形成的非极性分子是_，能形，能形 成分子晶体的物质是成分子晶体的物质是 ，含有氢键的晶体的化学式是，含有氢键的晶体的化

22、学式是 _，属于离子晶体的是，属于离子晶体的是 ，属于原子晶体的是，属于原子晶体的是_， 五种物质的熔点由高到低的顺序是五种物质的熔点由高到低的顺序是 。 CO2 H2 H2、CO2 、HF HF (NH4)2SO4 SiC SiC(NH4)2SO4HFCO2H2 总结提升总结提升 晶体类型的晶体类型的5种判断方法种判断方法 (1)依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断：依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断： 离子晶体的构成微粒是阴、阳离子离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。微粒间的作用是离子键。 原子晶体的构成微粒是原子原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。微粒间的作用是共价键。 分子晶体的构成微粒是分子分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。微粒间的作用为分子间作用力。 金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作微粒间的作 用是金属键。用是金属键。 (2)依据物质的分类判断：依据物质的分类判断： 金属氧化物金属氧化物(如如K2O、Na2O2等等) )、强碱、强碱( (NaOH、KOH等等)和绝和绝 大多数的盐类是离子晶体。大多数的盐类是离子晶体。 大