分子晶体与原子晶体ppt课件.pptx
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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?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、O原子和原子和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, 从而在三维空间呈有序排列形成的。一、分子晶体一、分子晶体
2、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。分子通常指的是小分子,不是指高分子。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
3、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 C6060 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 O1010 大多数有机物:大多数有机物:乙醇,冰醋酸,蔗糖,烃类乙醇,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
4、是分子晶体。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(1)每个水分子与每个水分子与_个水分子相邻个水分子相邻 (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
5、成_ mol “氢键氢键” 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
6、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。 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
7、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?18010928SiO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。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
8、。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109.5。因为中心原子周围排列的原子的数目是。因为中心原子周围排列的原子的数目是有限有限的,所以这的,所以这种比较种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。(1)每个碳与每个碳
9、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_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
10、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4422硅氧四面体硅氧四面体SiO1:2单个分子单个分子巨型分子巨型分子3SiC晶体的结构晶体的结构交替交替1:1SiC是人工合成的无机非金属材料,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 。SiC硬度大,而且具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性
11、,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。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(kJmol1)(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
12、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: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)某些单质,如硼、硅、锗、灰锡等;)某些单质,如硼、硅、锗、灰锡等; (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。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3850,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
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