分子晶体和原子晶体精.ppt

分子晶体和原子晶体第1页，本讲稿共46页一、分子晶体一、分子晶体、概念、概念 分子间以分子间作用力（分子间以分子间作用力（范德华力范德华力,氢键氢键）相结）相结合的晶体叫分子晶体。合的晶体叫分子晶体。构成分子晶体的粒子是构成分子晶体的粒子是分子分子，粒子间的相互作用是粒子间的相互作用是分子间作用力分子间作用力 第2页，本讲稿共46页分子晶体有哪些物理特性,为什么？第3页，本讲稿共46页由于分子由于分子由于分子由于分子间间作用力很弱作用力很弱作用力很弱作用力很弱，所以分子晶体一般所以分子晶体一般具有：具有：较低的熔点和沸点低的熔点和沸点较小的硬度。小的硬度。一般都是一般都是绝缘体，熔融状体，熔融状态也不也不导电。2.2.分子晶体的物理特性分子晶体的物理特性第4页，本讲稿共46页(1)(1)所有非金属氢化物：所有非金属氢化物：所有非金属氢化物：所有非金属氢化物：H H2 2O,HO,H2 2S,NHS,NH3 3,CH,CH4 4,HX,HX(2)(2)部分非金属单质部分非金属单质部分非金属单质部分非金属单质:X X2 2,N,N2 2,O,O2 2,H,H2 2,S,S8 8,P,P4 4,C,C6060 (3)(3)部分非金属氧化物部分非金属氧化物部分非金属氧化物部分非金属氧化物:COCO2 2,SO,SO2 2,N,N2 2OO4 4,P P4 4OO6 6,P,P4 4OO10 10(4)(4)几乎所有的酸：几乎所有的酸：几乎所有的酸：几乎所有的酸：H H2 2SOSO4 4,HNO,HNO3 3,H,H3 3POPO4 4(5)(5)大多数有机物：大多数有机物：大多数有机物：大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖3.典型的分子晶体第5页，本讲稿共46页思考思考1是不是在分子晶体中分子间只是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？存在范德华力？不对，分子间氢键也是一种分子间作不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存着范德华力和氢键。用力，如冰中就同时存着范德华力和氢键。第6页，本讲稿共46页思考思考2为何干冰的熔沸点比冰低，密度却为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？比冰大？由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，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，所以熔沸点比干冰破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。高。由于分子间作用力特别是氢键的方向性，由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大况下体积较大 由于由于CO2分子的相对分子质量分子的相对分子质量H2O，所，所以干冰的密度大。以干冰的密度大。第7页，本讲稿共46页4.4.晶体分子结构特征晶体分子结构特征（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（积（每个分子周围有每个分子周围有12个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C60、干冰、干冰、I2、O2）类似晶体）类似晶体（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如如：HF、冰、冰、NH3）有空隙）有空隙第8页，本讲稿共46页分子的密堆积分子的密堆积（与每个分子距离最近的相同分子分子共有（与每个分子距离最近的相同分子分子共有（与每个分子距离最近的相同分子分子共有（与每个分子距离最近的相同分子分子共有12121212个个个个 ）第9页，本讲稿共46页由此可见，与由此可见，与由此可见，与由此可见，与COCOCOCO2 2 2 2分子距离最近的分子距离最近的分子距离最近的分子距离最近的COCOCOCO2 2 2 2分子共有分子共有分子共有分子共有12121212个个个个。分子的密堆积分子的密堆积干干冰冰的的晶晶体体结结构构图图第10页，本讲稿共46页冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰的结构冰的结构氢键具有方向性分子的非密堆积分子的非密堆积第11页，本讲稿共46页第12页，本讲稿共46页5、分子晶体熔、沸点高低的比较规律、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、沸点就越化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实因此，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）际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。的大小。第13页，本讲稿共46页（1）组成和结构相似的物质，）组成和结构相似的物质，_烷烃、烯烃、炔烃、饱和一元醇、醛、羧烷烃、烯烃、炔烃、饱和一元醇、醛、羧酸等同系物的沸点均随着碳原子数的增加酸等同系物的沸点均随着碳原子数的增加而升高。而升高。分子间有氢键的物质（分子间有氢键的物质（HF、H2O、NH3等）等）熔、沸点反常增大。形成分子内氢键的物质，熔、沸点反常增大。形成分子内氢键的物质，其熔、沸点低于形成分子间氢键的物质。其熔、沸点低于形成分子间氢键的物质。分子量越大，熔沸点越高。分子量越大，熔沸点越高。第14页，本讲稿共46页（2）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，链数越多，_。如沸点：正戊烷。如沸点：正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照的同分异构体一般按照“_”的顺序。注意：的顺序。注意：分子的稳定性则决定于共价键的强弱分子的稳定性则决定于共价键的强弱例如冰与硫化氢的熔点、热分解温例如冰与硫化氢的熔点、热分解温度的比较？度的比较？熔沸点越低熔沸点越低邻位邻位间位间位对位对位第15页，本讲稿共46页笼状化合物笼状化合物第16页，本讲稿共46页COCO2 2和和和和SiOSiO2 2的一些物理性的一些物理性质如下表所示，通如下表所示，通过比比较试判断判断SiO2晶体是否属于分子晶体。晶体是否属于分子晶体。【思考与交流】【思考与交流】第17页，本讲稿共46页.概念：概念：相相邻原子原子间以共价以共价键相相结合而形成空合而形成空间立体立体网状网状结构的晶体构的晶体 构成原子晶体的构成原子晶体的粒子是原子粒子是原子，原子，原子间以以较强的的共价共价键相相结合。合。二原子晶体（共价晶体）二原子晶体（共价晶体）金金刚刚石石第18页，本讲稿共46页对比分子晶体和原子晶体的数据，对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？原子晶体有何物理特性？第19页，本讲稿共46页 在原子晶体中，由于在原子晶体中，由于原子原子间以以较强的的共价共价键相相结合，而且形成空合，而且形成空间立体网状立体网状结构，所以原构，所以原子晶体的子晶体的:（1 1）熔点和沸点高）熔点和沸点高（2 2）硬度大）硬度大（3 3）一般不）一般不导电（4 4 4 4）且）且）且）且难难溶于一些常溶于一些常溶于一些常溶于一些常见见的溶的溶的溶的溶剂剂 2.2.原子晶体的物理特性原子晶体的物理特性第20页，本讲稿共46页原子晶体具备以上物理性质的原因原子晶体具备以上物理性质的原因:_原子晶体的化学式是否可以代表其分子原子晶体的化学式是否可以代表其分子式式_原因原因_原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。原子晶体中存在较强的共价键不易被破坏。否否原子晶体是一个三维的网状结构，原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。无小分子存在。第21页，本讲稿共46页3.常见的原子晶体常见的原子晶体某些非金属某些非金属单质：金金刚石（石（C）、晶体硅）、晶体硅(Si)、晶体硼（晶体硼（B）、晶体）、晶体锗(Ge)等等某些非金属化合物：某些非金属化合物：碳化硅（碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（）晶体、氮化硼（BN）晶体）晶体某些氧化物：某些氧化物：二氧化硅（二氧化硅（SiO）晶体、）晶体、第22页，本讲稿共46页10928共价键第23页，本讲稿共46页18010928Sio共价键第24页，本讲稿共46页在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原最小的环由几个原子构成子构成?二氧化硅晶体中最小环由十二个原子构成二氧化硅晶体中最小环由十二个原子构成6个个si6个个o”正确，只是每个环占有的原子个数不同，原正确，只是每个环占有的原子个数不同，原子可能占据几个环，所以最简比为子可能占据几个环，所以最简比为Si:OSi:O1 1：2 2第25页，本讲稿共46页解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高越短，键能越大，晶体熔点越高越短，键能越大，晶体熔点越高越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石金刚石金刚石金刚石 碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅 晶体硅晶体硅晶体硅晶体硅学与问1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？的熔点和硬度依次下降？2 2、“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。这种。这种。这种说法对吗？为什么？说法对吗？为什么？说法对吗？为什么？说法对吗？为什么？第26页，本讲稿共46页 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。芯等。知识拓展石墨第27页，本讲稿共46页石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨第28页，本讲稿共46页石墨（混合型晶体、过度型晶体）1 1、石墨为什么很软？、石墨为什么很软？2 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？3 3、石墨属于哪类晶体？为什么？、石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。滑动，所以石墨很软。滑动，所以石墨很软。滑动，所以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，各层碳原子之间石墨各层均为平面网状结构，各层碳原子之间存在很强的共价键（大存在很强的共价键（大键）键），故熔沸点很高。，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。第29页，本讲稿共46页第30页，本讲稿共46页思考思考4以金刚石为例，说明原子晶以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？体的微观结构与分子晶体有哪些不同？组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子没有分子粒子间相互作用不同，原子晶体中存在的粒子间相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键是共价键第31页，本讲稿共46页思考思考5为何金刚石的熔沸点高于硅？为何金刚石的熔沸点高于硅？C-C键能大于键能大于Si-Si和和Ge-Ge键，难破坏键，难破坏思考思考6为何为何CO2熔沸点低？而破坏熔沸点低？而破坏CO2分分子却比子却比SiO2更难？更难？因为因为CO2是分子晶体，是分子晶体，SiO2是原子晶体，是原子晶体，所以熔化时所以熔化时CO2是破坏范德华力而是破坏范德华力而SiO2是破是破坏化学键。所以坏化学键。所以SiO2熔沸点高。熔沸点高。破坏破坏CO2分子与分子与SiO2时，都是破坏共价时，都是破坏共价健，而健，而C-O键能键能Si-O键能，所以键能，所以CO2分子更分子更稳定。稳定。第32页，本讲稿共46页4、原子晶体熔、沸点比较规律、原子晶体熔、沸点比较规律在共价键形成的原子晶体中，原子半径在共价键形成的原子晶体中，原子半径小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。小的，键长短，键能大，晶体的熔、沸点高。如如：金刚石金刚石碳化硅碳化硅晶体硅晶体硅第33页，本讲稿共46页原子晶体与分子晶体的比较原子晶体与分子晶体的比较 分 子 晶 体原子晶体构成微粒构成微粒分分 子子原原 子子晶体内相互作晶体内相互作用力用力分子间作用力分子间作用力（含极性、氢键）（含极性、氢键）共价键共价键硬度、熔沸点硬度、熔沸点低低高高熔、沸点熔、沸点变化规律变化规律1 1、对于组成结构相似的、对于组成结构相似的物质，相对分子质量物质，相对分子质量2 2、极性分子非极性分子、极性分子非极性分子3 3、氢键作用、氢键作用键长键长键能键能化学式能否表化学式能否表示分子结构示分子结构能能不能不能第34页，本讲稿共46页归纳归纳1：两个晶体的熔沸点的比较两个晶体的熔沸点的比较1、判断二者晶体类型：、判断二者晶体类型：一般情况下，原子晶体、离子晶体一般情况下，原子晶体、离子晶体的熔沸点都高于分子晶体。的熔沸点都高于分子晶体。2、如果是同种晶体，比较晶体内各微粒、如果是同种晶体，比较晶体内各微粒之间之间相互作用力的大小。相互作用力的大小。第35页，本讲稿共46页归纳归纳2：非金属单质是原子晶体还是分子晶非金属单质是原子晶体还是分子晶体，可从以下角度进行分析判断：体，可从以下角度进行分析判断：（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断）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晶体的粒子是_，质点间的作，质点间的作用是用是_；分子晶体的粒子是分子晶体的粒子是_，质点间的作，质点间的作用是用是_。（2）记忆常见的、典型的原子晶体）记忆常见的、典型的原子晶体a、单质：、单质：_b、化合物：、化合物：_原子原子共价键共价键分子分子分子间作用力分子间作用力分子间作用力分子间作用力(某些含有氢键某些含有氢键某些含有氢键某些含有氢键)金刚石、晶体硅、晶体硼金刚石、晶体硅、晶体硼SiO2、SiC、BN第36页，本讲稿共46页（3）依据晶体的熔点判断）依据晶体的熔点判断原子晶体熔、沸点高，常在原子晶体熔、沸点高，常在1000以上；以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。的温度。（4）依据导电性判断）依据导电性判断分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断）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。原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。第37页，本讲稿共46页【巩固练习】【巩固练习】1下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体下列晶体由原子直接构成，且属于分子晶体的是的是()A固态氢固态氢B固态氖固态氖C白磷白磷D三氧化硫三氧化硫2.2.共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是的是的是的是 ()()A.干冰干冰B.氯化钠氯化钠C.氢氧化钠氢氧化钠D.碘碘BB第38页，本讲稿共46页3在金在金刚刚石的晶体中，含有由共价石的晶体中，含有由共价键键形成的形成的碳原子碳原子环环，其中最小的，其中最小的环环上所需碳原子数及每上所需碳原子数及每个碳原子上任意两个个碳原子上任意两个CC键间键间的的夹夹角是角是()A6个个120B5个个108C4个个10928D6个个109284.支持固态氨是分子晶体的事实是支持固态氨是分子晶体的事实是()A.氮原子不能形成阳离子氮原子不能形成阳离子B.铵离子不能单独存在铵离子不能单独存在C.常温下，氨是气态物质常温下，氨是气态物质D.D.氨极易溶于水氨极易溶于水氨极易溶于水氨极易溶于水 DC第39页，本讲稿共46页5.石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一石墨晶体是层状结构，在每一层内；每一个碳原于都跟其他个碳原于都跟其他3个碳原子相结合，如图个碳原子相结合，如图是其晶体结构的俯视图，则图中是其晶体结构的俯视图，则图中7个六元环个六元环完全占有的碳原子数是完全占有的碳原子数是()A.10个个B.18个个C.24个个D.14个个D第40页，本讲稿共46页6.20036.2003年美国科学杂志报道：在超高压下，科学年美国科学杂志报道：在超高压下，科学年美国科学杂志报道：在超高压下，科学年美国科学杂志报道：在超高压下，科学家用激光器将家用激光器将家用激光器将家用激光器将COCO2加热到加热到1800K，成功制得了类似石，成功制得了类似石英的英的CO2原子晶体。下列关于原子晶体。下列关于CO2 2晶体的叙述中不正晶体的叙述中不正晶体的叙述中不正晶体的叙述中不正确的是确的是确的是确的是()()A.晶体中晶体中C、O原子个数比为原子个数比为1 2B.该晶体的熔点、沸点高、硬度大该晶体的熔点、沸点高、硬度大C.晶体中晶体中COC键角为键角为180D.晶体中晶体中C、O原子最外层都满足原子最外层都满足8电子结构电子结构C第41页，本讲稿共46页7、氮化硅是一种新合成的材料，它是一种超、氮化硅是一种新合成的材料，它是一种超硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化硬、耐磨、耐高温的物质。下列各组物质熔化时，所克服的作用力与氮化硅熔化所克服的微时，所克服的作用力与氮化硅熔化所克服的微粒间的作用力都相同的是粒间的作用力都相同的是()A、硝石和金刚石、硝石和金刚石B、晶体硅和水晶、晶体硅和水晶C、冰和干冰、冰和干冰D、萘和蒽、萘和蒽B第42页，本讲稿共46页8.碳化硅（碳化硅（SiC）具有类似金刚石的结构，）具有类似金刚石的结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三种晶体三种晶体金刚石金刚石晶体硅晶体硅碳化硅中，它们碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是的熔点从高到低的顺序是（）A.B.C.D.A第43页，本讲稿共46页【拓展提高】【拓展提高】1.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在纯硅与纯氮在1300反应获得。反应获得。(1)氮化硅晶体属于氮化硅晶体属于_晶体。晶体。(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且键相连，且N原子和原子和N原子，原子，Si原子与原子与Si原子不原子不直接相连，同时每个原子都满足直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式请写出氮化硅的化学式_.(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。加强热发生反应，可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为反应的化学方程式为_.原子原子Si3N43SiCl3SiCl4 4+2N+2N2 2+6H+6H2 2=Si=Si3 3N N4 4+12HCl+12HCl第44页，本讲稿共46页2.2.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据金刚石金刚石晶体硅晶体硅晶体硼晶体硼熔点熔点382338231683168325732573沸点沸点510051002628262828232823硬度硬度10107.07.09.59.5晶体硼的晶体类型属于晶体硼的晶体类型属于晶体硼的晶体类型属于晶体硼的晶体类型属于_晶体，理由晶体，理由晶体，理由晶体，理由是是是是_。已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有体，其中有体，其中有体，其中有2020个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个项点上各有个项点上各有个项点上各有个项点上各有1 1个个个个B B原子。通过视察图形及推算，此晶原子。通过视察图形及推算，此晶原子。通过视察图形及推算，此晶原子。通过视察图形及推算，此晶体体结构单元由体体结构单元由体体结构单元由体体结构单元由_个硼原子构成。其中个硼原子构成。其中个硼原子构成。其中个硼原子构成。其中BBBB键的键的键的键的键角为键角为键角为键角为_。共含有。共含有。共含有。共含有_个个个个BBBB原子原子熔点高、硬度大熔点高、硬度大12126030第45页，本讲稿共46页第46页，本讲稿共46页