化学竞赛辅导第四讲晶体结构

1、第四讲第四讲 晶体结构晶体结构 晶胞：晶胞：晶体的最小重复单元晶体的最小重复单元，通过晶，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。 由晶胞参数由晶胞参数a，b，c，表示，表示， a，b，c 为六面体边长，为六面体边长， ， 分别是分别是bc ， ca , ab 所组所组成的夹角。成的夹角。一、一、晶体结构的特征与晶格理论晶体结构的特征与晶格理论晶胞的两个要素：晶胞的两个要素：1. 晶胞的大小与形状：晶胞的大小与形状：ABCDEFGH2.原子坐标原子坐标ABCDEFGHABCDEFGH（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0

2、）（0，0，0）（0，0，0）体心体心（1/2，1/2，1/2）下面心下面心（1/2，1/2，0）（1/2，0，1/2）右面心右面心3. 晶胞的内容：晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置（胞中的相对位置（原子坐标原子坐标）。 按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。晶 系边 长夹 角晶 体 实 例立 方 晶 系a = b = c= 900NaCl三 方 晶 系a = b = c=900A l2O3四 方 晶 系a = bc= 900SnO2六 方 晶 系a = bc= 900, = 1200A gI正 交 晶 系abc= 9

3、00HgCl2单 斜 晶 系abc= 900, 900KClO3三 斜 晶 系abc 900CuSO4 5H2O 按带心型式分类，将七大晶系分为按带心型式分类，将七大晶系分为14种种型式。例如，立方晶系分为型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心简单立方、体心立方和面心立方立方和面心立方三种型式。三种型式。二、晶体结构的密堆积原理 所谓密堆积结构是指在由无方向性的金属键力、离子键力及范德华力等结合力的晶体中, 原子、离子或分子等微粒总是倾向于采取相互配位数高、能充分利用空间的堆积密度大的那些结构。这样的结构由于充分利用了空间, 从而使体系的势能尽可能降低, 使体系稳定。这就是密堆积原理。1. 面

4、心立方最密堆积(A1)和六方最密堆积(A3)同一层上等径圆球的最密堆积只有一种形式 两层等径圆球的最密堆积也只有一种形式, 如右图:A1型最密堆积A3型最密堆积 三层等径圆球的最密堆积有两种形式, 如下图:A1和A3堆积的异同 A1是ABCABCA B C型 式 的 堆 积 ，从 这 种 堆 积 中 可 以 抽 出 一 个 立 方 面 心 点阵 ， 因 此 这 种 堆 积 型 式 的 最 小 单 位 是 一个立方面心晶胞。 A 3 是 A B A B A B A B 型 式 的 堆 积 ，这 种 堆 积 型 式 的 最 小 单 位 是 一 个 六 方 晶胞。A1最密堆积形成晶胞的两要素 A1堆

5、积晶胞是立方面心, 因此晶胞的大小可以用等径圆球的半径r表示出来, 即晶胞的边长a与r的关系为: 该晶胞中有4个圆球, 各个圆球的分数坐标分别为: ra, ra22 42)21,21,(0 ),21, 0 ,21( ),0 ,21,21( ),0 , 0 , 0(空间利用率的计算: A1堆积用圆球半径r表示的晶胞体积为:%.rrVVArVr)r(V05742312163441344 42162233333晶胞圆球圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中 A1堆积中堆积中, 每个晶胞每个晶胞正圆球的个数、四面体空正圆球的个数、四面体空隙、正八面体空隙分别为隙、正八面体空隙分别为:

6、4, 8, 4, 即它们的比是即它们的比是1 :2:1。a rA42 1堆积中，四面体空隙四面体空隙 八面体空隙八面体空隙金属半径与晶胞参数的关系正四面体空隙、正八面体空隙及多少A3最密堆积形成晶胞的两要素 A3堆积晶胞是六方晶胞, 因此晶胞的大小可以用等径圆球的半径r表示出来, 即晶胞的边长a,c与r的关系为: 该晶胞中有2个圆球, 各个圆球的分数坐标分别为: r.a. arr, ca26636331382382)21,31,32( ),0 , 0 , 0(A3堆积的一个六方晶胞空间利用率的计算: A3堆积用圆球半径r表示的晶胞体积为:%.rrVVArVrr)r(rV057423128342

7、3342 228232383333晶胞圆球圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中a120ocaa120ocacra rA323 ,21 3堆积中，A3堆积中堆积中, 每个晶胞圆每个晶胞圆球的个数、正四面体球的个数、正四面体空隙、正八面体空隙空隙、正八面体空隙分别为分别为: 2, 4, 2, 即它即它们的比也是们的比也是1 :2:1。四面体空隙四面体空隙 八面体空隙八面体空隙金属半径与晶胞参数的关系正四面体空隙、正八面体空隙及多少2. A2堆积形成晶胞的两要素 A2堆积晶胞是立方体心, 因此晶胞的大小可以用等径圆球的半径r表示出来, 即晶胞的边长a与r的关系为: 该晶胞中有2个圆

8、球, 各个圆球的分数坐标分别为: ar , ra, ra43 34 43)21,21,21( ),0 , 0 , 0(A2堆积的空间利用率的计算: A2堆积用圆球半径r表示的晶胞体积为:%.rrVVArVr)r(V02688333643422342 233643433333晶胞圆球圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中3. A4堆积形成晶胞的两要素 A4堆积晶胞是立方面心点阵结构, 因此晶胞的大小可以用等径圆球的半径r表示出来, 即晶胞的边长a与r的关系为: 该晶胞中有8个圆球, 各个圆球的分数坐标分别为: ar , ra, rra83 38 8243)434143( ),43

9、4341( )414343( )414141()2121(0 ),21021( 0)2121( )000(,A4堆积的空间利用率的计算: A4堆积用圆球半径r表示的晶胞体积为:%01.34163335123484348 833512)38(33333rrVVArVrrV晶胞圆球圆球晶胞堆积的空间利用率为：个圆球的体积为：每个晶胞中4. 常见金属的堆积型式：常见金属的堆积型式： 碱金属元素一般都是碱金属元素一般都是A2型堆积；型堆积； 碱土金属元素中碱土金属元素中Be，Mg属于属于A3型堆积；型堆积；Ca既有既有A1也也A3型堆积；型堆积；Ba属于属于A2型堆积；型堆积； Cu，Ag，Au属于属

10、于A1型堆积；型堆积； Zn，Cd属于属于A3型堆积；型堆积； Ge，Sn属于属于A4型堆积。型堆积。练习练习1: 碘晶胞结构如图所示，问碘晶胞结构如图所示，问一个碘晶中有几个碘分子？一个碘晶中有几个碘分子？练习练习2: 2001年报道硼和镁形成的化合物年报道硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。刷新了金属化合物超导温度的最高记录。图示的是该化合物的晶体结构单元：镁图示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面各有一个镁原子；六个硼原子位于棱面各有一个镁原子；六个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为柱内。则该化合

11、物的化学式可表示为 （ ）A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg3B2B练习练习3: 如图：石墨晶体结构示意图，每一层都是由碳如图：石墨晶体结构示意图，每一层都是由碳原子构成的正六边形平面网状结构，分析每一个正六原子构成的正六边形平面网状结构，分析每一个正六边形占有多少个碳原子？边形占有多少个碳原子？1mol 石墨包含多少石墨包含多少mol CC键？键？2个1.5mol练习练习4: 晶体硼的基本结构单元晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面都是由硼原子组成的正二十面体，其中含有体，其中含有20个等边三角形个等边三角形的面和一定数目的顶角，每个的面和一定数目的顶角，每个顶角各有

12、一个硼原子。如图所顶角各有一个硼原子。如图所示，回答：示，回答：（1）键角）键角_；（2）晶体硼基本结构单元中）晶体硼基本结构单元中的硼原子数的硼原子数_个；个；BB键键_条。条。601230练习练习5: C60分子是形如椭球状的多面体，分子是形如椭球状的多面体，该结构的建立基于以下考虑：该结构的建立基于以下考虑：（1）C60分子中每个碳原子只跟相邻的分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；个碳原子形成化学键；（2）C60分子中只含有五边形和六边形；分子中只含有五边形和六边形；（3）多面体的顶点数、面数和棱边数的）多面体的顶点数、面数和棱边数的关系遵循欧拉定理：关系遵循欧拉定理： 顶点

13、数顶点数+面数面数-棱边数棱边数=2。根据以上所述确定：根据以上所述确定：（1）C60分子中所含的单键数和双键数；分子中所含的单键数和双键数；（2）C60分子中的五边形和六边形各有分子中的五边形和六边形各有多少？多少？90301220练习练习6：有一种钛原子和碳：有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，心和体心的原子是碳原子，它的化学式为它的化学式为( )A. Ti14C13B. TiCC. Ti4C4D. Ti4C3A练习练习7: 下图为一个金属铜的晶胞，请

14、完成以下各题。下图为一个金属铜的晶胞，请完成以下各题。该晶胞该晶胞“实际实际”拥有的铜原子数是拥有的铜原子数是_个。个。该晶胞称为该晶胞称为_（填序号）。（填序号）。A.六方晶胞六方晶胞B.体心立方晶胞体心立方晶胞 C.面心立方晶胞面心立方晶胞 此晶胞立方体的边长为此晶胞立方体的边长为a cm，Cu的相对原子质量的相对原子质量为为64g/mol，金属铜的密度为，金属铜的密度为 g/cm3，则阿伏加德，则阿伏加德罗常数为罗常数为 _（用（用a、表示）。表示）。4C当当 a = 361.49 pm，计算，计算等于多少？等于多少？256 / (a3)= 8.92 g/cm3四种晶体结构的对比四种晶体

15、结构的对比晶体的另一种分类晶体的另一种分类根据构成晶体的作用力的类别，可划分为：分子晶体原子晶体离子晶体金属晶体分子间作用力共价键离子键金属键一分子晶体一分子晶体 、定义、定义 分子晶体中存在的分子晶体中存在的微粒微粒：分子分子间以间以分子间作用力分子间作用力（范德华力，氢键）相结合（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体。的晶体叫分子晶体。分子分子粒子间的粒子间的相互作用相互作用是分子间作用力是分子间作用力2.2.常见的分子晶体常见的分子晶体非金属氢化物非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX酸酸：H2SO4、HNO3、H3PO4（碱和盐则是离子晶体）（碱和盐则是离子晶体）大多数非

16、金属单质大多数非金属单质：X2、O2、H2、 S8、P4、C60 、稀有气体稀有气体大多数非金属氧化物：大多数非金属氧化物：CO2、SO2、NO2、 P4O6、 P4O10所有的有机化合物所有的有机化合物：乙醇、冰醋酸、蔗糖、：乙醇、冰醋酸、蔗糖、 苯、萘、苯、萘、蒽、苯甲酸等蒽、苯甲酸等（）只有范德华力，无分子间氢键（每个分子周围有（）只有范德华力，无分子间氢键（每个分子周围有1212个个紧邻的分子，如：紧邻的分子，如：C C6060、干冰、干冰 、I I2 2、O O2 2） 分分子密堆积子密堆积3.分子晶体结构特征分子晶体结构特征干冰的晶体结构图氢键具有方氢键具有方向性向性 当冰刚刚融化

17、为液态水时，当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度反而增大体，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过超过4 时，时，才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。才由于热运动加剧，分子间距离加大，密度渐渐减小。 ( m=v )分子晶体分子晶体溶于水溶于水时，水溶液时，水溶液有的能导电有的能导电，如，如HCl溶于溶于水，水，有的不导电有的不导电，如，如C2H5OH溶于水。溶于水。思考：思考： 1、分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？、分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？ 由于构成分子晶体的由于构成分子晶体的粒子粒子是分子，不管是晶体

18、或是分子，不管是晶体或晶体熔化成的液体，都晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子没有带电荷的离子存在，存在，因此，分子晶体以及它熔化成的液体因此，分子晶体以及它熔化成的液体都不导电都不导电。2、怎样判断分子晶体的溶解性？、怎样判断分子晶体的溶解性？组成分子晶体的分子不同，分子晶体的性质也不组成分子晶体的分子不同，分子晶体的性质也不同，同，如在溶解性上，不同的晶体存在着较大差异。如在溶解性上，不同的晶体存在着较大差异。通过对实验的观察和研究，人们得出了一个经验通过对实验的观察和研究，人们得出了一个经验性的性的“相似相溶相似相溶”结论：非极性溶质一般能溶于结论：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极性溶

19、质一般溶于极性溶剂。非极性溶剂；极性溶质一般溶于极性溶剂。当某些分子晶体溶于水时，若能与水分子之间当某些分子晶体溶于水时，若能与水分子之间形成氢键，则溶质的溶解度会显著增大。形成氢键，则溶质的溶解度会显著增大。如如NH3极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与极易溶于水，甲醇、乙醇、甘油、乙酸等能与混溶，就是它们与水形成了分子间氢键的缘故。混溶，就是它们与水形成了分子间氢键的缘故。分子晶体一般具有：分子晶体一般具有：较较低低的熔点和沸点的熔点和沸点 (有的有升华的特性：如硫、碘、干冰、萘、蒽、苯甲有的有升华的特性：如硫、碘、干冰、萘、蒽、苯甲酸等）酸等）较较小小的硬度。的硬度。一般都是一般都是

20、绝缘体，绝缘体，熔融状态也不导电。熔融状态也不导电。组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越大，其熔点越高。分子间存在氢键的分子晶间作用力越大，其熔点越高。分子间存在氢键的分子晶体，比组成和结构相似的其他分子晶体熔点要高。体，比组成和结构相似的其他分子晶体熔点要高。溶解性溶解性:相似相溶相似相溶总结分子晶体的物理性质：总结分子晶体的物理性质：金刚石：金刚石： 熔点高（熔点高（3550） 自然界中天然存在的最坚硬的物质。自然界中天然存在的最坚硬的物质。19131913年英国的物理学家年英国的物理学家威威廉廉布拉布拉格格和他的儿子用

21、和他的儿子用X X射线衍射法射线衍射法观察观察金刚石，研究金刚石，研究出了出了金刚石晶体内原金刚石晶体内原子的排列方式。子的排列方式。在金刚石晶体内部，每一个碳原子在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的都与周围的4 4个碳原子紧密结合，个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。正是这形成一种致密的三维结构。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。大的硬度。“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？解释：解释：不对不对。分子晶体分子内部也是含有共价键的。分子晶体分子内部也是含有共价键的。例：冰

22、晶体，干冰等。例：冰晶体，干冰等。定义：相邻定义：相邻原子原子间以间以共价键共价键相结合而形成相结合而形成空间空间立体网状结构立体网状结构的晶体。的晶体。 注意注意：构成原子晶体的粒子是原子构成原子晶体的粒子是原子； 原子间以较强的共价键相结合。原子间以较强的共价键相结合。原子晶体（共价晶体） 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，所以原子晶体具有以下特性：（1）熔点和沸点高（2）硬度大（3）一般不导电（4）且难溶于一些常见的溶剂 A. A.熔点熔点27002700 ，导电性好，延展性强，导电性好，延展性强 B. B.无色晶体，熔点无色晶体，熔点3500350

23、0 ，不导电，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂质硬，难溶于水和有机溶剂 C C无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为点为800 800 ，熔化时能导电，熔化时能导电 D D熔点熔点56.6 56.6 ，微溶于水，硬度小，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电固态或液态时不导电 根据下列性质判断，最有可能属于根据下列性质判断，最有可能属于原子晶体的是原子晶体的是SiOSi ：O =化学式：SiO21 : 2常见的原子晶体常见的原子晶体（1 1）某些单质：某些单质： 金刚石（金刚石（C C）、硅）、硅(Si)(Si) 、锗、锗(Ge)(Ge)、灰锡（、灰锡（SnSn）、

24、）、硼（硼（B B）等，以）等，以IVAIVA族居多族居多（2 2）某些非金属化合物：某些非金属化合物： 碳化硅（碳化硅（SiCSiC）、氮化硼（）、氮化硼（BNBN）、二氧化硅）、二氧化硅（ SiOSiO）等）等金刚石晶体硅碳化硅 结构相似结构相似的原子晶体，成键原子半径越小，键的原子晶体，成键原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。离子晶体：离子晶体：1、定义：、定义：阴阳离子通过离子键结合而形成的晶体阴阳离子通过离子键结合而形成的晶体2、范围：、范围：常见的常见的 、 、 的固的固体都是离子晶体。体都是离子晶体。强碱、活泼金属氧化物、大部分

25、盐类强碱、活泼金属氧化物、大部分盐类1.离子键和典型的离子化合物 (1)离子键 在离子化合物中, 正、负离子之间存在一种强烈的相互作用, 这种强烈的相互作用就是离子键。 离子化合物中, 正、负离子的电子云近似球形对称, 因此离子键没有方向性。在离子晶体中, 正、负离子的大小不同, 因此可以看成是不等径圆球的密堆积, 在堆积中每种离子与尽量多的异号离子接触, 从而使体系的能量尽可能低。应当注意: 单纯的离子键几乎没有, 一般都含有一定的共价键成分。【问题探究问题探究】1、什么是晶格能？晶格能与离子键强弱有何关系？、什么是晶格能？晶格能与离子键强弱有何关系？2、观察以下表格数据，分析晶格能与离子晶

26、体的熔沸点有、观察以下表格数据，分析晶格能与离子晶体的熔沸点有何关系？何关系？3、离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性有哪些？、离子晶体的结构决定着离子晶体具有一系列特性有哪些？二二.晶格能晶格能衡量离子键的强弱：衡量离子键的强弱： 1. 定义：定义：拆开拆开1mol 1mol 离子晶体，使之形成离子晶体，使之形成完全气态完全气态阴离子和气态阳阴离子和气态阳离子所吸收的能量离子所吸收的能量. . 3 3. . 规律：规律：晶格能越大，离子晶体的离子键越强，晶体的熔沸点晶格能越大，离子晶体的离子键越强，晶体的熔沸点越高，硬度越大。越高，硬度越大。晶格能晶格能 ：2、影响因素：、影响因素：与

27、阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离与阴、阳离子所带电荷的乘积成正比，与阴、阳离子间的距离成反比子间的距离成反比4.4.离子晶体的特性：离子晶体的特性：（1 1）熔点、沸点较高，硬而脆。）熔点、沸点较高，硬而脆。（2 2）一般易溶与水，难溶于非极性溶剂。）一般易溶与水，难溶于非极性溶剂。（3 3）固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电）固态时不导电，熔融状态或在水溶液中能导电(1)离子晶体：密堆积空隙的填充。离子晶体：密堆积空隙的填充。阴离子：阴离子：大球，密堆积，形成空隙。大球，密堆积，形成空隙。阳离子：阳离子：小球，填充空隙。小球，填充空隙。规则：规则：阴阳离子相互接触稳定；阴阳离

28、子相互接触稳定；配位数大，稳定。配位数大，稳定。离子晶体的特征结构离子晶体的特征结构(2)几种典型的离子晶体几种典型的离子晶体 离子晶体的结构多种多样离子晶体的结构多种多样, 而且有的很而且有的很复杂。但复杂离子晶体一般都是几种典型复杂。但复杂离子晶体一般都是几种典型简单结构形式的变形简单结构形式的变形, 因此需要了解几种因此需要了解几种离子晶体的几种典型结构离子晶体的几种典型结构, 这包括这包括CsCl、NaCl、立方、立方ZnS、CaF2 、 TiO2等。等。 离子半径是指离子在离子晶体中的离子半径是指离子在离子晶体中的“接触接触”半半径径, 即离子键的键长是相邻正负离子的半径之和。即离子

29、键的键长是相邻正负离子的半径之和。 正、负离子半径的相对大小直接影响着离子正、负离子半径的相对大小直接影响着离子的堆积方式和离子晶体结构型式。的堆积方式和离子晶体结构型式。一般的离子晶一般的离子晶体是负离子按一定方式堆积起来体是负离子按一定方式堆积起来, 较小的正离子较小的正离子嵌入到负离子之间的空隙中去嵌入到负离子之间的空隙中去, 这样一个正离子这样一个正离子周围的负离子数周围的负离子数(即正离子的配位数即正离子的配位数)将受正、负将受正、负离子半径离子半径 r+/r比的限制。比的限制。例如例如: 若三个负离子堆积成一个若三个负离子堆积成一个正三角形正三角形, 在空隙中嵌入一个正在空隙中嵌入

30、一个正离子离子, 恰好与三个负离子相切时恰好与三个负离子相切时, 正、负离子的半径比最小值为正、负离子的半径比最小值为:155. 0132rr ,32rr1rrr,2330cosrrr所以：由于ZnSZnS的晶体结构示意图的晶体结构示意图 根据硫化锌的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每根据硫化锌的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有个晶胞中有 个个ZnZn2+2+，有，有 个个S S2-2-44结构型式结构型式化学组成比化学组成比 n+/n-负离子堆积方式负离子堆积方式正负离子配位数比正负离子配位数比CN+/CN-正离子所占空隙种类正离子所占空隙种类正离子所占空隙分数正离子所占空隙分数

31、立方立方ZnS型型1:1立方最密堆积立方最密堆积4:4正四面体正四面体1/2离离子子堆堆积积描描述述 立方立方ZnS型晶体型晶体结构结构的两种描述的两种描述-Cl- Na+ 每个每个ClCl- -周围与它最近且距离相等的周围与它最近且距离相等的ClCl- -共有共有_个个 每个每个NaNa+ +周围与它最近且距离相等的周围与它最近且距离相等的NaNa+ +共有共有_个个1212【知识小结知识小结】1、每个、每个Na+周围同时吸引周围同时吸引 个个Cl-，每个，每个Cl-周围同时吸周围同时吸引引 个个Na+。2、在每个、在每个Cl-（Na+）周围与它最近的且距离相等的）周围与它最近的且距离相等的

32、Cl-（Na+）有）有 个个3、在、在NaCl晶体的一个晶胞中实际拥有晶体的一个晶胞中实际拥有Na+：_个，个，Cl-：_个，所以个，所以Na+、Cl-个数之比为个数之比为_，化，化学式学式NaCl是表示是表示_ _。常见的常见的NaCl型离子晶体有碱金属元素（铯除外）的卤化型离子晶体有碱金属元素（铯除外）的卤化物、银的卤化物（碘化银除外）、碱土金属元素（铍除外）物、银的卤化物（碘化银除外）、碱土金属元素（铍除外）的氧化物、硫化物和硒化物的晶体等。的氧化物、硫化物和硒化物的晶体等。6 661 1：1 144 41212阴阳离子最简个数比阴阳离子最简个数比NaCl型晶体结构型晶体结构【学以致用学

33、以致用】1 1、每个、每个CsCs+ +同时吸引同时吸引 个个 ClCl- -，每个，每个ClCl- -同时吸引同时吸引 个个CsCs+ +，而，而CsCs+ +数目与数目与ClCl- -数目之为数目之为 化学式为化学式为 2 2、根据氯化铯的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶、根据氯化铯的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有胞中有 CsCs+ +，有，有 个个ClCl- -3 3、在每个、在每个CsCs+ +周围与它最近的且距离相等的周围与它最近的且距离相等的CsCs+ +有有 个个8 88 81 1：1 1CsClCsCl11 161、CsCl型：型： 正离子所占空隙分数正离子

34、所占空隙分数1结构型式结构型式化学组成比化学组成比 n+/n-负离子堆积方式负离子堆积方式正负离子配位数比正负离子配位数比CN+/CN-正离子所占空隙种类正离子所占空隙种类CsCl型型1:1简单立方堆积简单立方堆积8:8立方体立方体 CsCl型晶体结构型晶体结构的描述的描述离子半径比与配位数的关系: r/r 配位数 配位多面体的构型 0.1550.225 3 三角形 0.2250.414 4 四面体 0.4140.732 6 八面体(NaCl型) 0.7321.000 8 立方体(CsCl型) 1.000 12 最密堆积半径比规则半径比规则结构型式结构型式化学组成比化学组成比 n+/n-负离子

35、堆积方式负离子堆积方式正负离子配位数比正负离子配位数比CN+/CN-正离子所占空隙种类正离子所占空隙种类正离子所占空隙分数正离子所占空隙分数CaF2型型1:2简单立方堆积简单立方堆积8:4立方体立方体1/2CaF2离子堆积描述离子堆积描述产地产地: :甘肃省肃北县甘肃省肃北县金金红红石石型型晶晶体体结结构构离子极化和键型变异现象 实际离子晶体中, 纯粹属于离子键的很少。一般离子键中都含有共价键成分, 共价键成分的多少与什么有关呢? 离子的极化 我们知道对于正离子来说, 若离子所带电荷越多, 体积越小, 产生的电场越强, 其极化力就越大;一般来说与 成正比。过渡金属的极化力较强。 离子的变形性与

36、该离子的极化率成正比, 带负电荷越多, 半径越大的离子越容易变形。 rZ2键型变异现象 离子极化对离子晶体的键型和结构型式影响很大。当极化力强的离子与变形性强的离子结合时, 会产生较大的极化作用, 从而导致离子键向共价键过渡, 这种现象称为键型变异现象。 当离子键向共价键过渡时, 会伴随着配位数降低, 键长变短, 键能和晶体的点阵能增大, 晶体的稳定性增加, 离子晶体的溶解度降低等现象, 这是由共价键的所占比例增大决定的。 不过, 实际晶体中键型还是很复杂的。晶体密度相关计算：晶体密度相关计算：例：已知例：已知CsCl晶体的相对分子质量为晶体的相对分子质量为M gmol-1，NA为阿伏加德罗常

37、数，相邻的两个为阿伏加德罗常数，相邻的两个Cs+的核间距的核间距为为a cm(如图所示如图所示)，试求，试求CsCl的密度。的密度。例：例：CaO与与NaCl的晶胞同为面心立方结构，已知的晶胞同为面心立方结构，已知CaO晶体密度为晶体密度为a gcm-3，NA表示阿伏加德罗常数，则表示阿伏加德罗常数，则CaO晶胞体积为晶胞体积为 cm3。金属样品金属样品 容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。金属为什么具有这些共同性质呢金属为什么具有这些共同性质呢? ?一一、金属共同的物理性质金属共同的物理性质 金属单质中金属原子之间怎样结合的？金属单质中金属原子之间

38、怎样结合的？ 二、金属的结构二、金属的结构 组成粒子：组成粒子：金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子金属原子脱落来的价金属原子脱落来的价电子形成遍布整个晶体电子形成遍布整个晶体的的“自由流动的电子自由流动的电子”, ,被所有原子所共用，从被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在而把所有的原子维系在一起。一起。2. 2.( (无方向性、无方向性、无饱和性无饱和性自由电子被许多金属离子所共有，即被整个自由电子被许多金属离子所共有，即被整个金属所共有金属所共有 ；无方向性、饱和性；无方向性、饱和性【讨论讨论1 1】 金属为什么易导电？金属为什么易导电？ 在金属晶体中，存在着许多自由电在金属晶体中

39、，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下向的，但在外加电场的条件下自由电子自由电子就会就会发生定向运动发生定向运动，因而形成电流，所，因而形成电流，所以金属容易导电。以金属容易导电。三、金属键及金属性质三、金属键及金属性质【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？金属为什么易导热？ 金属容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子自由电子运动时与金属离子碰撞把能量从温运动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度低的部分度高的部分传到温度低的部分，从，从而使整块金属达到相同的温度。而使整块金属达到相同的温度。【讨论【讨论3

40、3】金属为什么具有较好的延展性？金属为什么具有较好的延展性？ 金属晶体中由于金属离子与自由电子间金属晶体中由于金属离子与自由电子间的的相互作用没有方向性相互作用没有方向性，各原子层之间发生，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。而即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。金属的延展性金属的延展性自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位错位错+ + + + + + +自由电子在自由电子在外加电场的外加电场的作用下发生作用下发生定向移动定向移动自由电子自由电子与金属离与金属离子碰撞传子碰撞传递热量

41、递热量晶体中各原晶体中各原子层相对滑子层相对滑动后仍保持动后仍保持相互作用相互作用原因原因性质性质“自由电子自由电子”能够吸收所有能够吸收所有频率的光并很频率的光并很快放出，使得快放出，使得金属不透明并金属不透明并有金属光泽。有金属光泽。金属晶体的物理通性：金属晶体的物理通性：金属晶体熔、沸点与硬度取决于金属晶体熔、沸点与硬度取决于金属键的强弱：金属键的强弱：金属离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，熔、金属离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强，熔、沸点越高，硬度越大。沸点越高，硬度越大。非密置层非密置层密置层密置层简单立方堆积简单立方堆积体心立方堆积体心立方堆积六方晶胞六方晶胞A3型型最

42、最密堆积密堆积A2型密堆积型密堆积面心立方面心立方A1型型最最密堆积密堆积金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：六方密堆积六方密堆积(Hexgonal close Packing)；面心立方密堆积面心立方密堆积(Face-centred Cubic clode Packing)；体心立方堆积体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。 【小结小结】常见金属晶体的四种堆积方式常见金属晶体的四种堆积方式CaCa、Cu, Al,Cu, Al,NaNa、K K、FeFeMgMg、ZnZn 图 2 钋钋12 12 12 12 8 8 6 6

43、 4 4 2 2 2 2 1 1 晶体的分类晶体的分类物理性质组成粒子粒子间作用力熔沸点硬度熔融导电性例金属晶体原子离子金属键高低大小好Cr,K原子晶体原子共价键高大差离子晶体离子离子键高大好NaCl分子晶体分子分子间力低小差干冰2SiO6.1.3 晶体类型晶体类型3.某些混合键型晶体的结构 晶体结构中含有两种或两种以上键型(结合形式)的晶体, 称为混合键型晶体。石墨是典型的混合键型晶体。 (1)石墨的结构碳原子采取sp2杂化,同一层中, 碳原子之间形成共价键, 不同层之间的结合力是分子间力。3.39石墨晶体密度的计算： 石墨的一个晶胞如右图, 两个最紧邻碳原子之间的距离为0.142nm,层与

44、层之间的距离为0.339nm,每个晶胞中含有4个碳原子, 因此其密度为：)cmg(25. 2 )mkg(1025. 2 1078. 660sin)30cos42. 12(1010022. 601.12433330O2O323(2)不同键型晶体的结构及性质比较不同键型晶体的结构及性质比较金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60晶体的性质比较晶体的性质比较晶体晶体 晶体类型晶体类型 晶体中粒子间的作用力晶体中粒子间的作用力 晶体的密度晶体的密度 软硬顺序软硬顺序金刚石金刚石 原子晶体原子晶体 共价键力共价键力 3.51g/cm3 最硬最硬石墨石墨 混合键型混合键型 共价键力和范德华力共价键力和范德华力

45、2.25g/cm3 较软较软C60 分子晶体分子晶体 范德华力范德华力 1.69 g/cm3 最软最软从上面可以看出不同键型晶体性质的不同。从上面可以看出不同键型晶体性质的不同。1. 经X射线分析鉴定, 某一离子晶体属于立方晶系, 其晶胞参数a=403.1pm。晶胞顶点为Ti4+占据, 体心为Ba2+占据,所有棱心为O2-占据。据此回答或计算: (a)写出各个离子的分数坐标; (b)写出该晶体的化学式; (c)指出该晶体的点阵型式 (d)指出Ti4+, Ba2+及O2-的配位情况;2. NiO晶体为NaCl型结构, 将它在氧气中加热, 部分Ni2+将氧化为Ni3+, 成为NixO (x1)。今

46、有一批NixO, 测得密度为6.47gcm-3, 晶胞参数为a=416pm, Ni的相对原子质量为58.70。 (a)求出x的值, 并写出标明Ni价态的化学式; (b)在NixO晶体中, O2-的堆积方式怎样? Ni在此堆积中占据哪种空隙? 占有率(即占有分数)是多少? (c)求在NixO晶体中, Ni-Ni间的最短距离是多少?6.4 典型例题典型例题2. 答案答案:(a)由于由于NixO晶体属于晶体属于NaCl型型, 其密度为其密度为: d=4M/(N0a3), 因此可以求因此可以求出出NixO的摩尔质量的摩尔质量M, M=70.1 gmol-1。M=58.7 x+16.0=70.1, 得到

47、得到: x=0.92 。 设设0.92mol Ni中有中有ymol Ni2+, 根据电荷平衡有根据电荷平衡有: 2y+3(0.92-y)=2, y=0.76, 所以该所以该NixO的化学式为的化学式为: (b)O2-为立方最密堆积型式为立方最密堆积型式(A1), Ni占据八面体空隙占据八面体空隙, 占有率为占有率为92% 。(c)Ni-Ni间的最短距离是间的最短距离是:ONiNiIII0.16II0.76pm2944162222a3. AgO晶体属于立方晶系晶体属于立方晶系, 晶胞中原子的分数坐标为晶胞中原子的分数坐标为:(a)若把若把Ag原子放在晶胞原点原子放在晶胞原点, 请重新写出原子的分

48、数坐标请重新写出原子的分数坐标;(b)说明说明Ag和和O原子的配位数原子的配位数;答案答案(a)(b) Ag原子的配位数为原子的配位数为2, 直线形直线形; O原子的配位数为原子的配位数为4, 四面体形。四面体形。)43,43,41(),43,41,43( ),41,43,43( , )41,41,41(Ag)21,21,21( (0,0,0),O为为)21,21,(0),21, 0 ,21( ),0 ,21,21( , )0 , 0 ,(0Ag)43,43,43( ),41,41,41(O为为4. 由于生成条件的不同由于生成条件的不同, C60分子可以堆积成不同的晶体分子可以堆积成不同的晶体结构结构, 如立方最密堆积和六方最密堆积结构。前者的晶如立方最密堆积和六方最密堆积结构。前