晶体结构与性质复习PPT

1、结构特征结构特征2 晶体与非晶体的性质特征说明： 晶体自范性的本质：是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。 晶体自范性的条件之一：生长速率适当。自范性微观结构晶体有（能自发呈封闭的规则的多面体外形）原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有（不能自发呈现多面体外形）原子排列相对无序晶体的特性 .有固定的熔沸点（非晶体有固定的熔沸点）（常用于区分晶体和非晶体） .各向异性（强度、导热性、光学性质等）（不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。）.当一波长的射线通过晶体时，会在记录仪上看到分立的斑点或者普线 区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：区

2、分晶体和非晶体最可靠的科学方法是： 对固体进行对固体进行X射线衍射实验射线衍射实验3、晶体形成的途径 熔融态物质凝固。(注) 气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。 溶质从溶液中析出。练习练习:241页深度思考页深度思考1天然水晶球里的玛瑙和水晶1.晶胞的定义：晶胞的定义：晶体结构的最小晶体结构的最小重复重复(或基本或基本单元单元)单元单元2 .晶胞的特征：晶胞的特征：通过上、下、左、右、前、后的通过上、下、左、右、前、后的平移平移能与下一个最能与下一个最小单元（即晶胞）完全重合小单元（即晶胞）完全重合 二二:晶胞晶胞:3.晶体和晶胞的关系：晶体和晶胞的关系：晶体可以看作是晶体可以看作是完全等

3、同完全等同数量巨大的晶胞数量巨大的晶胞“无隙并置无隙并置”而成而成.(蜂巢和蜂室蜂巢和蜂室的关系教材的关系教材66页图页图3-7)“并置并置”指所有晶胞都是平行排指所有晶胞都是平行排列列的，的，取向相同。取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动“无隙无隙”指相邻的晶胞之间没有任何间指相邻的晶胞之间没有任何间隙；隙；一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共请理解：“完全等同完全等同”指所有晶胞的形状、指所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排列完全内部的原子种类、个数及几何排列完全相同相同平行六平行六面体面体无隙并置无

4、隙并置体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/44.4.晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算1 12 24 43 37 76 68 85 51 12 22 21 13 34 4请看请看:1 1体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/45、三种典型立方晶体结构、三种典型立方晶体结构常见晶胞中微粒数的计算常见晶胞中微粒数的计算: 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶顶 -1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-1（1 1）面心立方面心立方：在立方体顶点的微粒为

5、：在立方体顶点的微粒为8 8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2 2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：8 81/8 + 61/8 + 61/2 = 41/2 = 4(2)(2)体心立方体心立方：在立方体顶点的微粒为：在立方体顶点的微粒为8 8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：8 81/8 + 1 = 21/8 + 1 = 2 在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在个晶胞共有，在面心的为面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。属于该晶胞。 微粒数为

6、：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 (3)六方晶胞六方晶胞1 1C2DEFXY3Z2、下图依次是金属钠、下图依次是金属钠(Na)、金属锌、金属锌(Zn)、碘、碘(12)、金刚石金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含有几个原子含有几个原子?NaZnI2金刚石金刚石 8.NiO晶体结构如图，晶体结构如图，Ni2与邻近的与邻近的O2-核间距核间距为为a10-8 ，计算，计算NiO晶体密度（已知晶体密度（已知NiO摩摩尔质量为尔质量为74.7gmol-1)练习:241页第三题3分子晶体分子晶体 1.定义定义：只含分子的晶体称为分子晶体只含分

7、子的晶体称为分子晶体如碘晶体只含如碘晶体只含I2分子，属于分子晶体。分子，属于分子晶体。构成粒子构成粒子：分子构成晶体中粒子间的相互作用：构成晶体中粒子间的相互作用：分子间作用力分子间作用力 (范德华力和氢键范德华力和氢键)注：分子内原子间以共价键结合，除稀有气体注：分子内原子间以共价键结合，除稀有气体 因为因为 稀有气体分子为单原子分子，无共价键。稀有气体分子为单原子分子，无共价键。碘晶体结构碘晶体结构2、属于分子晶体的化合物类别举例、属于分子晶体的化合物类别举例（1）所有非金属氢化物）所有非金属氢化物 H2O,H2S,NH3,CH4,HX（2）部分非金属单质）部分非金属单质 X2,O2,H

8、2, S8,P4, C60 除金刚石除金刚石 ,石墨石墨,晶体硅晶体硅,晶体硼等晶体硼等（3）部分非金属氧化物）部分非金属氧化物 CO2, SO2, NO2, P4O6, P4O10除碳化硅除碳化硅（4）几乎所有的酸）几乎所有的酸 H2SO4,HNO3,H3PO4（5）绝大多数有机物晶体）绝大多数有机物晶体 乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖(6)其他的其他的:氯化铝氯化铝,氯化铍氯化铍分子晶体熔沸点变化规律 P243-244页（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如：HF HF 、冰、冰、NHNH3 3 ）晶体分子结构特征晶体分子结构特征（）只有范德

9、华力，无分子间氢键分子密（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（若以一个分子为中心堆积（若以一个分子为中心,其该分子周围有其该分子周围有12个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C60、干冰、干冰 、I2、O2）氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞晶体中与某一晶体中与某一CO2分子分子等距离且最近的等距离且最近的CO2分分子有子有 个个 干冰的晶体结构图12氢键具有方向性氢键具有方向性氢键具有饱和性氢键具有饱和性4、水分子间存在着氢键的作用，使、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（水分子彼此结合而成（H2O）n。在。在冰中每个水分子被冰中每个水分子被4个水分子包围形个水分子包围形成变形

10、的正四面体，通过成变形的正四面体，通过“氢键氢键”相相互连接成庞大的分子晶体，其结构如互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析：图：试分析：1mol 冰中有冰中有 mol氢键？氢键？H2O的熔沸点比的熔沸点比H2S高还是低？为高还是低？为什么？什么？冰晶胞中水分子的空间排列方式与金冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其刚石晶胞（其 晶胞结构如右图）相晶胞结构如右图）相似，其中空心所示原子位于立方体的似，其中空心所示原子位于立方体的 顶点顶点2氢键氢键 一、原子晶体一、原子晶体概念：概念：相邻原子间相邻原子间以共价键相结合以共价键相结合而形成而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体。

11、的晶体。构成粒子：构成粒子：原子原子粒子之间的作用：粒子之间的作用：共价键共价键熔化时需克服的作用：熔化时需克服的作用：共价键共价键原子晶体中，成键元素原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高。P243原子晶体熔原子晶体熔沸点高低比较沸点高低比较练习1、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Si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、 A3、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（Si）、锗（）、锗（Ge）、金刚石（）、金刚石（C）等）等（2）某些非金属

12、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2、原子晶体的物理性质原子晶体的物理性质熔点和沸点很高熔点和沸点很高硬度很大硬度很大一般不导电（硅和锗是半导体）一般不导电（硅和锗是半导体）且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂原因：在原子晶体中，由于原子间以原因：在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构立体网状结构4、典型的原子晶体、典型的原子晶体（1）金刚石）金刚石 10928 154pm键能：键能： 347.7kj/mol熔点：熔点： 大于大于35500C硬度：很大硬度：很大10

13、928 金刚石的晶体结构示意图键能：键能： 347.7kj/mol熔点：熔点： 大于大于35500C硬度：很大硬度：很大154pm4、典型的原子晶体、典型的原子晶体在金刚石晶体里在金刚石晶体里每个碳原子结合了每个碳原子结合了 个碳原子形成个碳原子形成4个个键键 ，即每，即每个碳原子被个碳原子被 个碳原子包围着，被包围的碳原子个碳原子包围着，被包围的碳原子和四个相邻的碳原子形成的空间构型为和四个相邻的碳原子形成的空间构型为 夹角为夹角为 所以在金刚石中所以在金刚石中碳原子的杂化方式为碳原子的杂化方式为 金刚石晶体中所有的金刚石晶体中所有的CC键长键长 4109。28， 4正四面体正四面体sp3相

14、等相等 晶体中最小的碳环由晶体中最小的碳环由 个碳组成，且不在同一平面内个碳组成，且不在同一平面内,；晶体中每个晶体中每个C原子被原子被12个六元环所共有个六元环所共有,每个环平均拥每个环平均拥有：有：1个个CC键，键， 1/2个个C原子。原子。 晶体中每个晶体中每个C参与了参与了4条条CC键的形成，而在每条键中的键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故贡献只有一半，故C原子与原子与CC键数之比为：键数之比为：61:23、典型的原子晶体、典型的原子晶体（1）金刚石）金刚石 10928 154pm键能：键能： 347.7kj/mol熔点：熔点： 大于大于35500C硬度：很大硬度：很大金刚石晶胞

15、中含金刚石晶胞中含8个碳原子个碳原子 2011高考题节选】 六方氮化硼（BN)在高温高压下可以转化为立方氮化硼（BN) ，其结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，晶胞边长为361.5pm,问立方氮化硼晶胞中含多少个氮原子，多少个硼原子,立方氮化硼的密度是_ gcm-3 ？各为各为4个个18010928SiO共价键共价键SiO2的结构特征的结构特征在在SiO2晶体中晶体中每个每个Si原子周围结合个原子周围结合个 O原子；所原子；所以以 Si原子均以原子均以sp3杂化分别与杂化分别与4个个O原原子成键子成键 ,同时，每个同时，每个O原子跟个原子跟个 Si原原子相结合。实际上，子相结合。实际上，SiO

16、2晶体是由晶体是由Si原原子和子和O原子按原子按 的比例所组成的立的比例所组成的立体网状的晶体。体网状的晶体。421：21mol SiO2中含中含 SiO键键4mol最小的环是由个最小的环是由个 Si原子和原子和 个个O原子组成原子组成的的12元环元环,含有含有12个个Si-O键；每个键；每个Si原子被原子被12个十二元环共有，每个个十二元环共有，每个O原子被原子被6个十二元环个十二元环共有共有,每个十二元环所拥有的每个十二元环所拥有的Si原子数为原子数为61/12=1/2，拥有的，拥有的O原子数为原子数为61/6=1拥拥有的有的Si-O键数为键数为121/6=2，则，则Si原子数与原子数与O

17、原子数之比为原子数之比为1：2 , 66 练习：如图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一练习：如图所示，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为个最小的碳环完全拥有碳原子数为 ，每个，每个C完全拥有完全拥有CC数为数为 。石墨中石墨中CC夹角为：夹角为： 1200， CC键长：键长： 1.421010 m层间距：层间距： 3.353.35 10 101010 m m石墨及其结构（混合型晶体）石墨及其结构（混合型晶体）空间层状结构空间层状结构空间结构俯视图空间结构俯视图离子晶体离子晶体1、定义：、定义：由阳离子和阴离子通过离由阳离子和阴离子通过离 子键结合而成的晶体。子键结合而成

18、的晶体。2、成键粒子：、成键粒子：阴、阳离子阴、阳离子3、相互作用力：、相互作用力：离子键离子键4、离子键的特征：无饱和性和方向性、离子键的特征：无饱和性和方向性5、常见的离子晶体：、常见的离子晶体： 强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。离子晶体的物理性质离子晶体的物理性质 ， ， 难挥发难难挥发难压缩。且随着离子电荷的增加，核间距离压缩。且随着离子电荷的增加，核间距离的缩短，晶格能增大，熔点升高。的缩短，晶格能增大，熔点升高。一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂。固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导固态不导电，水溶液或者熔融状

19、态下能导电。电。熔沸点较高熔沸点较高硬度较大硬度较大晶格能晶格能1、晶格能的定义：、晶格能的定义： 气态气态离子形成离子形成1mol离子晶体离子晶体释放释放的的能量。能量。2、影响晶格能大小的因素：、影响晶格能大小的因素： 阴、阳离子的半径越小，晶格能越大阴、阳离子的半径越小，晶格能越大,形成的形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。 阴、阳离子所带电荷越多，晶格能越大阴、阳离子所带电荷越多，晶格能越大,形成形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。大。练习：比较下列晶体熔沸点高低：练习：比较下列晶体熔沸点

20、高低：(1)NaF KCl NaCl (2)MgO Al2O3(1)NaFNaClKCl(2) Al2O3 MgONa+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+可见：可见：在在NaClNaCl晶晶体中，钠离子、体中，钠离子、氯离子按一定的氯离子按一定的规律在空间排列规律在空间排列成立方体。成立方体。5、晶胞类型：晶胞类型

21、：（1）氯化钠型晶胞）氯化钠型晶胞 每个每个NaNa+ +周围有六个周围有六个ClCl- -与Na+最近且等距的Cl- 的连线构成的图形为正八面体，反之亦然5 5、几种离子晶体、几种离子晶体(1)NaCl(1)NaCl晶体晶体每个每个NaNa+ +周围最近且等距离的周围最近且等距离的ClCl- -有有 个，每个个，每个ClCl- -周周围最近且等距离的围最近且等距离的NaNa+ +有有 个；在每个个；在每个NaNa+ +周围最近且周围最近且等距离的等距离的NaNa+ +有有 个，在每个个，在每个ClCl- -周围最近等距离的周围最近等距离的ClCl- -有有 个。个。 NaNa+ +和和ClC

22、l- -的配位数分别为的配位数分别为 、 。一。一个个NaClNaCl晶胞中含晶胞中含 个个NaNa+ +和和 个个ClCl- -。 NaClNaCl晶体晶体中中 NaClNaCl分子，化学式分子，化学式NaClNaCl表示表示 。6612446无无126NaNa+ +和和ClCl- -的最简个数比的最简个数比同类习题重现同类习题重现在氯化钠晶胞中，若在氯化钠晶胞中，若NaNa+ +和和ClCl- -间间的最近距离为的最近距离为0.5a0.5ax1010-10-10m m， 则晶体的密度则晶体的密度多少多少g/cmg/cm3 3？ -Cs+-Cl-CsClCsCl的晶体结构及晶胞构示的晶体结构

23、及晶胞构示意图意图(2)CsCl(2)CsCl晶体晶体每个每个CsCs+ +周围最近且等距离的周围最近且等距离的ClCl- -有有 个，每个个，每个ClCl- -周周围最近且等距离的围最近且等距离的CsCs+ +有有 个；在每个个；在每个CsCs+ +周围最近且周围最近且等距离的等距离的CsCs+ +有有 个，在每个个，在每个ClCl- -周围最近等距离的周围最近等距离的ClCl- -有有 个。一个个。一个CsClCsCl晶胞中含晶胞中含 个个CsCs+ +和和 个个ClCl- -。 CsCs+ +和和ClCl- -的配位数分别为的配位数分别为 、 。88661188(3)CaF(3)CaF2

24、 2型晶胞型晶胞Ca2+的配位数：的配位数：8F- -的配位数：的配位数：4一个一个CaFCaF2 2晶胞中含：晶胞中含： 4 4个个CaCa2+2+和和8 8个个F F- -Ca2+F-(3)CaF(3)CaF2 2晶体晶体每个每个CaCa2+2+周围最近且等距离的周围最近且等距离的F F- -有有 个，每个个，每个F F- -周围周围最近且等距离的最近且等距离的CaCa2+2+有有 个；在每个个；在每个CaCa2+2+周围最近且周围最近且等距离的等距离的CaCa2+2+有有 个，在每个个，在每个F F- -周围最近等距离的周围最近等距离的F F- -有有 个。一个个。一个CaFCaF2 2

25、晶胞中含晶胞中含 个个CaCa2+2+和和 个个F F- -； CaCa2+2+和和F F- -的配位数分别为的配位数分别为 、 。841264884Ca2+2+F- -(4)ZnS(4)ZnS型晶胞型晶胞阳离子阳离子Zn2+的配位的配位数：数：4阴离子阴离子S2-的配位数：的配位数：4一个一个ZnS晶胞中含：晶胞中含：4 4个阳离子和个阳离子和4 4个阴离子个阴离子黄颜色的为Zn2+ 黑色的为S2-2012高考题节选ZnSZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等业在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等业中应用广泛，立方中应用广泛，立方ZnSZnS晶体结构如图所示，晶体结构如图所示，其晶胞边长为其晶胞边长为540.0pm,540.0pm