晶体结构与性质复习PPT

第三章晶体结构与性质1、结构特征：晶体——结构微粒在微观空间里呈周期性有序排列

非晶体——结构微粒无序排列一、晶体和非晶体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<2>.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）<3>.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。）<4>.当一波长的ｘ－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：对固体进行X—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:241页深度思考1天然水晶球里的玛瑙和水晶玛瑙和水晶都是SiO2的晶体，不同的是玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是熔融态SiO2缓慢冷却形成的。玛瑙水晶1.晶胞的定义：晶体结构的最小重复(或基本单元)单元2.晶胞的特征：通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最小单元（即晶胞）完全重合

二:晶胞:3.晶体和晶胞的关系：晶体可以看作是完全等同数量巨大的晶胞“无隙并置”而成.(蜂巢和蜂室的关系教材66页图3-7)“并置”指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动“无隙”指相邻的晶胞之间没有任何间隙；一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共棱边、共面请理解：“完全等同”指所有晶胞的形状、内部的原子种类、个数及几何排列完全相同平行六面体无隙并置体心：1面心：1/2顶点：1/8棱边：1/44.晶胞中原子个数的计算均摊法：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/x12437685122134请看:1体心：1面心：1/2顶点：1/8棱边：1/45、三种典型立方晶体结构体心立方简单立方面心立方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：顶----1/8棱----1/4面----1/2心----1（1）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。微粒数为：8×1/8+6×1/2=4(2)体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。微粒数为：8×1/8+1=2在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：12×1/6+2×1/2+3=6

(3)六方晶胞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

；乙晶体的化学式为

；丙晶体的化学式为______；丁晶体的化学式为______。1∶1C2DEFXY3Z2、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?NaZnI2金刚石

8.NiO晶体结构如图，Ni2＋与邻近的O2-核间距为a×10-8㎝，计算NiO晶体密度（已知NiO摩尔质量为74.7g·mol-1)练习:241页第三题3分子晶体1.定义：只含分子的晶体称为分子晶体如碘晶体只含I2分子，属于分子晶体。构成粒子：分子构成晶体中粒子间的相互作用：分子间作用力(范德华力和氢键)注：分子内原子间以共价键结合，除稀有气体因为稀有气体分子为单原子分子，无共价键。碘晶体结构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S82、属于分子晶体的化合物类别举例（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除金刚石

,石墨,晶体硅,晶体硼等（3）部分非金属氧化物

CO2,SO2,NO2,P4O6,P4O10除碳化硅（4）几乎所有的酸H2SO4,HNO3,H3PO4（5）绝大多数有机物晶体乙醇，冰醋酸，蔗糖(6)其他的:氯化铝,氯化铍分子晶体的物理特性：较低的熔点和沸点（为什么？）较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）一般都是绝缘体，固态或熔融状态也不导电,部分溶于水后导电(举例)。溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关——相似相溶(讲)。原因：分子间作用力很弱分子晶体熔沸点变化规律P243-244页注: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）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3

）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（若以一个分子为中心,其该分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2）分子的密堆积（与每个分子距离最近的相同分子共有12个）氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞分子的密堆积晶体中与某一CO2分子等距离且最近的CO2分子有

个

干冰的晶体结构图12冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构氢键具有方向性分子的非密堆积氢键具有饱和性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

mol氢键？②H2O的熔沸点比H2S高还是低？为什么？冰晶胞中水分子的空间排列方式与金刚石晶胞（其晶胞结构如右图）相似，其中空心所示原子位于立方体的顶点2氢键一、原子晶体概念：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。构成粒子：原子粒子之间的作用：共价键熔化时需克服的作用：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①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）A、①③②B、②③①C、③①②D、②①③A3、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、

等2、原子晶体的物理性质熔点和沸点很高硬度很大一般不导电（硅和锗是半导体）且难溶于一些常见的溶剂原因：在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构4、典型的原子晶体（1）金刚石109º28´154pm键能： 347.7kj/mol熔点：大于35500C硬度：很大109º28´金刚石的晶体结构示意图键能： 347.7kj/mol熔点：大于35500C硬度：很大154pm4、典型的原子晶体在金刚石晶体里每个碳原子结合了

个碳原子形成4个σ键

，即每个碳原子被

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

夹角为

所以在金刚石中碳原子的杂化方式为

金刚石晶体中所有的C—C键长

4109。28，4正四面体sp3相等晶体中最小的碳环由个碳组成，且不在同一平面内,；晶体中每个C原子被

12

个六元环所共有,每个环平均拥有：

1

个C－C键，1/2个C原子。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：61:23、典型的原子晶体（1）金刚石109º28´154pm键能： 347.7kj/mol熔点：大于35500C硬度：很大金刚石晶胞中含8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___________g·cm-3？各为4个180º109º28´SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图SiO2的结构特征在SiO2晶体中①每个Si原子周围结合个O原子；所以Si原子均以sp3杂化分别与4个O原子成键

,同时，每个O原子跟个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按的比例所组成的立体网状的晶体。。421：2③1molSiO2中含Si—O键

4mol②最小的环是由个

Si原子和个O原子组成的12元环,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1：2,66

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

，每个C完全拥有C－C数为

。石墨中C－C夹角为：1200，

C－C键长：1.42×10－10m层间距：

3.35×10－10m石墨及其结构（混合型晶体）空间层状结构空间结构俯视图离子晶体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、离子键的特征：无饱和性和方向性5、常见的离子晶体：强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。离子晶体的物理性质，，难挥发难压缩。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。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电。熔沸点较高硬度较大晶格能1、晶格能的定义：气态离子形成1mol离子晶体释放的能量。2、影响晶格能大小的因素：阴、阳离子的半径越小，晶格能越大,形成的离子晶体越稳定，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,形成的离子晶体越稳定，而且熔点越高，硬度越大。练习：比较下列晶体熔沸点高低：(1)NaFKCl

NaCl(2)MgOAl2O3(1)NaF>NaCl>KCl(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：在NaCl晶体中，钠离子、氯离子按一定的规律在空间排列成立方体。主页5、晶胞类型：（1）氯化钠型晶胞

每个Na+周围有六个Cl-

每个Cl-周围有六个Na+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、几种离子晶体(1)NaCl晶体每个Na+周围最近且等距离的Cl-有

个，每个Cl-周围最近且等距离的Na+有

个；在每个Na+周围最近且等距离的Na+有

个，在每个Cl-周围最近等距离的Cl-有

个。Na+和Cl-的配位数分别为

、

。一个NaCl晶胞中含

个Na+和

个Cl-。NaCl晶体中

NaCl分子，化学式NaCl表示

。6612446无126Na+和Cl-的最简个数比同类习题重现在氯化钠晶胞中，若Na+和Cl-间的最近距离为0.5ax10-10m，则晶体的密度多少g/cm3？

---Cs+---Cl-CsCl的晶体结构及晶胞构示意图(2)CsCl晶体每个Cs+周围最近且等距离的Cl-有

个，每个Cl-周围最近且等距离的Cs+有

个；在每个Cs+周围最近且等距离的Cs+有

个，在每个Cl-周围最近等距离的Cl-有

个。一个CsCl晶胞中含

个Cs+和

个Cl-。Cs+和Cl-的配位数分别为

、

。88661188(3)CaF2型晶胞①Ca2+的配位数：8②F-的配位数：4③一个CaF2晶胞中含：

4个Ca2+和8个F-Ca2+F-(3)CaF2晶体每个Ca2+周围最近且等距离的F-有

个，每个F-周围最近且等距离的Ca2+有

个；在每个Ca2+周围最近且等距离的Ca2+有

个，在每个F-周围最近等距离的F-有

个。一个CaF2晶胞中含

个Ca2+和

个F-；Ca2+和F-的配位数分别为

、

。841264884Ca2+F-(4)ZnS型晶胞①阳离子Zn2+的配位数：4②阴离子S2-的配位数：4③一个ZnS晶胞中含：

4个阳离子和4个阴离子黄颜色的为Zn2+

黑色的为S2-2012高考题节选

ZnS在荧光体、光导体材料、涂料、颜料等业中应用广泛，立方ZnS晶体结构如图所示，其晶胞边长为540.0pm,则密度为多少g/cm-34.1g/cm-3课后思考（2）Zn2+与S2-距离为的多少？决定离子晶体结构的因素几何因素晶体中正负离子的半径比电荷因素晶体中正负离子的电荷比键性因素离子键的纯粹因素金属键：金属阳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）

1）金属键的成键微粒是金属阳离子和自由电子。（2）金属键存在于金属单质和合金中。特征：（3）金属键没有方向性也没有饱和性。影响金属键强弱的因素金属阳离子所带电荷越多、离子半径越小，金属离子与自由电子的作用力就越强，即金属键越强,

金属晶体熔点就相应越高，硬度也越大。

组成粒子：金属阳离子和自由电子3、金属晶体：通过金属键结合形成的晶体。金属单质和合金都属于金属晶体微粒间作用力：金属键金属晶体性质⑴金属导电性⑶金属延展性⑵金属导热性(4)、金属光泽和颜色三维空间里非密置层的

金属原子的堆积方式（1）第二层小球的球心正对着第一层小球的球心

（2）第二层小球的球心正对着第一层小球形成的空穴

简单立方晶胞（1）简单立方堆积Po①配位数：12341234566同层4，上下层各1（2）金属原子半径r与正方体边长a的关系：aaaaa=2r体心立方晶胞（2）体心立方堆积（碱金属）①