化学选修三第三章晶体结构复习.ppt

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1、一.分子晶体1 1、概念：、概念：分子间以分子间作用力（范德华力及氢分子间以分子间作用力（范德华力及氢键）相结合的晶体叫分子晶体。键）相结合的晶体叫分子晶体。构成粒子：构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）分子（构成分子的原子间以共价键结合）构成粒子间的相互作用：构成粒子间的相互作用：分子间作用力分子间作用力(范德华力范德华力及及氢氢键）键）气化或熔化时破坏的作用力：气化或熔化时破坏的作用力：分子间作用力分子间作用力稀有气体分子为单原稀有气体分子为单原子分子，无共价键。子分子，无共价键。组成和结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力组成和结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力越大

2、，熔沸点越高。分子间形成氢键时，熔沸点升高。越大，熔沸点越高。分子间形成氢键时，熔沸点升高。原因：分子间作用力很弱原因：分子间作用力很弱2.物理特性物理特性构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是互作用是范德华力力或氢键范德华力力或氢键较低的熔沸点（部分易升华）较低的熔沸点（部分易升华）较小的硬度较小的硬度固态或熔融状态下都不导电固态或熔融状态下都不导电分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的 分子的极性相关分子的极性相关 相似相溶相似相溶.所有非金属氢化物：所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4.部分非金属单质部分非金属单

3、质:X2，O2，H2，S8，P4，C60，稀有气体，稀有气体.部分非金属氧化物部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6，P4O10.几乎所有的酸：几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4.绝大多数有机物的晶体：绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖3.典型的分子晶体典型的分子晶体分子的密堆积分子的密堆积只有范德华力，无分子间氢键只有范德华力，无分子间氢键（与（与CO2分子距离最近的分子距离最近的CO2分子共有分子共有12个个）干冰的晶体结构图干冰的晶体结构图碘碘的的晶晶体体结结构构图图每个碘分子周围有每个碘分子周围有 个碘分子个碘分子12冰中个水分子周围有个

4、水分子冰中个水分子周围有个水分子冰的结构冰的结构分子的非密堆积分子的非密堆积存在存在分子间氢键分子间氢键科学视野科学视野天然气水合物天然气水合物一种潜在的能源一种潜在的能源最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是化学式是 。解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是解析：由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶

5、一个分子的具体结构，并不是晶一个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不体中的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数能采用均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可出该结构内两种原子的数目就可以了。答案为：以了。答案为：以了。答案为：以了。答案为：TiTi1414C C1313二.原子晶体1.1.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而形成成空间立体网状结构空间立体网状结

6、构的晶体。的晶体。构成粒子：构成粒子：原子原子构成粒子之间的作用：构成粒子之间的作用：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。小，共价键键能越大，熔点越高。2.物理特性物理特性.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，但一般不导电，但晶体硅、锗晶体硅、锗是半导体是半导体.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，由于原子间以较强原因：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的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构结

7、构3.常见的原子晶体常见的原子晶体某些非金属单质：某些非金属单质：金刚石（金刚石（C）、晶体硅）、晶体硅(Si)、晶体硼（、晶体硼（B）、晶）、晶体锗体锗(Ge)、灰锡（、灰锡（Sn）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（SiO2）晶体、）晶体、Al2O3（1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C采取什么杂化方式？采取什么杂化方式？每个每个C与多少个与多少个C成键？形成怎样的空间结构成键？形成怎样的空间结构？每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？

8、最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？同一平面内？（2）在金刚石晶体中，）在金刚石晶体中，C原子个数与原子个数与CC键数之比为多少？键数之比为多少？（3）12克金刚石中克金刚石中CC键数为多少键数为多少NA？（4）每个碳原子被多少个六元环所共用？）每个碳原子被多少个六元环所共用？每个六元环平均含有多少个碳原子？每个六元环平均含有多少个碳原子？（5）每个）每个CC键被多少个六元环所共用？键被多少个六元环所共用？每个六元环平均拥有的单键数是多少？每个六元环平均拥有的单键数是多少？（6）每个金刚石晶胞中含有多少个碳原子？）每个金刚石晶胞中含有多少个碳

9、原子？典型的原子晶体金刚石121/2168（1）在）在SiO2晶体中晶体中在在SiO2晶体中每个硅原子晶体中每个硅原子与几个氧原子成键？每个氧原子与几个与几个氧原子成键？每个氧原子与几个硅原子成键？硅原子成键？（2）在）在SiO2晶体中硅原子与氧原子晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？个数之比是多少？（3）在二氧化硅的晶体结构中）在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子构成最小的环由几个原子构成?每个硅原子被几个环共每个硅原子被几个环共用？每个氧原子被几个环共用？用？每个氧原子被几个环共用？（4）1molSiO2中含有几中含有几molSiO键？键？典型的原子晶体二氧化硅石墨及其结构（石墨及其

10、结构（混合型晶体混合型晶体）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（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，平均含有）石墨晶体中最小环为六元环，平均含有2个碳个碳原子，原子，3个个C-C键键，碳原子数目与碳碳化学键数目之碳原子数目与碳碳化学键数目之比为比为2：3；（3）石墨分层，层内为共价键，层间为范德华力，）石墨分层，层内为共价键，层间为范德华力，硬度小，可导电；硬度小，可导电；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金刚石中）比金刚石中r（C-C）短，故）短，故石墨更稳定石墨更稳定。1.1.定义定义:由阳离子由阳离子和和阴离子阴离子通过通过

11、离子键离子键结合而成的结合而成的晶体。晶体。2.2.成键粒子成键粒子:阴、阳离子阴、阳离子。3.3.相互作用力：相互作用力：离子键离子键。三三.离子晶体离子晶体5.5.常见的离子晶体常见的离子晶体:强碱强碱,活泼金属氧化物活泼金属氧化物,大部分大部分的盐类的盐类。化合物所含离子所带电荷化合物所含离子所带电荷(主要因素主要因素)越多越多、离、离子半径越小子半径越小，晶格能就越大，其熔沸点就越高，晶格能就越大，其熔沸点就越高，硬度就越大。硬度就越大。如如：NaClKCl;CaOBaO4.4.熔化所需克服作用力：熔化所需克服作用力：离子键离子键。晶格能：晶格能：气态离子气态离子形成形成1 1摩摩离离

12、子晶体时释放的能量，通常子晶体时释放的能量，通常取正值。取正值。或指拆开或指拆开1mol1mol离子离子晶体使之形成气态阴离子和晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子所吸收的能量。气态阳离子所吸收的能量。(2)硬度 ，难压缩。(1)熔沸点 ，难挥发。较高较高较大较大(3)水溶性(4)导电性一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂一般易溶于水，而难溶于非极性溶剂（如苯、汽油、（如苯、汽油、CCl4等）。等）。固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导电。固态不导电，水溶液或者熔融状态下能导电。6.6.离子晶体的物理性离子晶体的物理性质在在NaCl晶体中：晶体中：每个每个Na+周周围最近且等距离的最近且等距离的Cl

13、-有有个，且构成个，且构成_每个每个Cl-周周围最近且等距离的最近且等距离的Na+有有个；个；且构成且构成_在每个在每个Na+周围最近且等距离的周围最近且等距离的Na+有有个，个，在每个在每个Cl-周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cl-有有个；个；Na+和和Cl-的配位数分的配位数分别为、。一个一个NaCl晶胞中含晶胞中含个个Na+和和个个Cl-。NaCl晶体中无晶体中无NaCl分子，化学式分子，化学式NaCl表示表示。6612126644Na+和和Cl-的最简个数比的最简个数比比较并区分配合物以及比较并区分配合物以及金属晶体中的配位数金属晶体中的配位数正八面体正八面体正八面体正八面体正八

14、面体正八面体正八面体正八面体典型的离子晶体 NaCl晶体每个每个Cs+周周围最近且等距离的最近且等距离的Cl-有有个个,每个每个Cl-周周围最近且等距离的最近且等距离的Cs+有有个；个；在每个在每个Cs+周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cs+有有个个,在每个在每个Cl-周围最近且等距离的周围最近且等距离的Cl-有有个；个；一个一个CsCl晶胞中含晶胞中含个个Cs+和和个个Cl-。Cs+和和Cl-的配位数分的配位数分别为、。88661188典型的离子晶体 CsCl晶体Ca2+的配位数：的配位数：F-的配位数：的配位数：一个一个CaF2晶胞中晶胞中含含:个个Ca2+和和个个F-8448典型的离

15、子晶体 CaF2晶体8个个F-构成构成立方体立方体4个个Ca2+构成构成正四面体正四面体2.阳离子的配位数阳离子的配位数：阴离子的配位数阴离子的配位数：1.一个一个ZnS晶胞中含：晶胞中含：个阳离子和个阳离子和个阴离子个阴离子4444典型的离子晶体 ZnS晶体决定离子晶体结构的因素决定离子晶体结构的因素v几何因素几何因素晶体中正负离子的半径比晶体中正负离子的半径比v电荷因素荷因素晶体中正负离子的电荷比晶体中正负离子的电荷比v键性因素性因素离子键的纯粹程度离子键的纯粹程度岩浆晶出规则：一般先出晶格能大的一般先出晶格能大的1.“1.“电子气理论电子气理论”(自由电子理论自由电子理论)金属原子脱落来

16、的金属原子脱落来的价电子价电子形成遍布形成遍布整个晶体整个晶体的的“电子气电子气”,”,被所有原子所共被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。用，从而把所有的原子维系在一起。三三.金属晶体金属晶体2 2、金属键：、金属键：金属离子和自由电子之间的强烈金属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）的相互作用叫做金属键（电子气理论）本质：本质：静电作用静电作用强弱判断强弱判断:阳离子所带电荷越多（即阳离子所带电荷越多（即原子的价电原子的价电子越多），半径越小子越多），半径越小，金属键强。，金属键强。存在：存在：金属单质和合金中金属单质和合金中组成粒子：组成粒子：金属金属阳离子

17、阳离子和自由和自由电子电子3、金属晶体：、金属晶体：通过金属键结合形成的单质通过金属键结合形成的单质晶体。晶体。微粒间作用力：微粒间作用力：金属键金属键熔化所需克服作用力：熔化所需克服作用力：金属键金属键【讨论1 1】金属】金属为什么易什么易导电？在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自由电子的运动是没有一定方向的，但由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电场的在外加电场的条件下自由电子会发生定向运动条件下自由电子会发生定向运动，因而，因而形成电流形成电流，所以金属容易导电。所以金属容易导电。【讨论【讨论2 2】金属为什么易导热？】金属为什么易导热？金属

18、容易导热，是由于金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属自由电子运动时与金属离子离子碰撞碰撞把能量从温度高的部分把能量从温度高的部分传导传导到温度低的部到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。分，从而使整块金属达到相同的温度。【讨论【讨论3 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的金属晶体中由于金属离子与自由电子间的相互相互作用没有方向性作用没有方向性，各原子层之间发生相对滑动以后，各原子层之间发生相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而即使在外力作用下，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。发生形变也不

19、易断裂。【讨论4】金属金属为什么具有金属光什么具有金属光泽和和颜色？色？由于自由电子可由于自由电子可吸收所有频率的光吸收所有频率的光，然后很，然后很快释快释放出各种频率的光放出各种频率的光，因此绝大多数金属具有，因此绝大多数金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、银白色或钢灰色光泽。而某些金属（如铜、金、铯、铅等）由于铯、铅等）由于较易吸收某些频率的光而呈现较较易吸收某些频率的光而呈现较为特殊的颜色为特殊的颜色。当金属成粉末状时，金属晶体的当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向杂晶面取向杂乱、晶格排列不规则乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐射不出去，吸收可见光后辐射不出去，所以成黑色。

20、所以成黑色。平面上平面上金属原子金属原子紧密排列密排列的的两种方式两种方式非密置层放置非密置层放置密置层放置密置层放置配位数为配位数为4配位数为配位数为61122334456简简简简单单单单立立立立方方方方晶晶晶晶胞胞胞胞（1 1）简单立方堆立方堆积Po4、金属晶体的原子堆积模型、金属晶体的原子堆积模型配位数：配位数：配位数：配位数：12341234566同层同层4 4，上下层各，上下层各1 1简单立方晶胞平均占有的原子数目：简单立方晶胞平均占有的原子数目：818=1金属原子半径金属原子半径金属原子半径金属原子半径 r r 与正方体与正方体与正方体与正方体边长边长 a a 的关系：的关系：的关

21、系：的关系：a aa aa aa aa=2 r体体体体心心心心立立立立方方方方晶晶晶晶胞胞胞胞（2）体心立方堆）体心立方堆积碱金属和铁碱金属和铁配位数：配位数：配位数：配位数：81 12 23 34 45 56 67 78 8上下层各上下层各4体心立方晶胞平均占有的原子数目：体心立方晶胞平均占有的原子数目：818=2+1 金属原子半径金属原子半径金属原子半径金属原子半径 r r与正方体与正方体与正方体与正方体边长边长 a a的关系：的关系：的关系：的关系：a aa aa aa a2 2ab=4 rb=3aa=4 r3b b2 2a（3）ABAB堆堆积方式方式 六方最密堆积六方最密堆积（Mg、Z

22、n、Ti）1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121212配位数：配位数：配位数：配位数：123456同层同层同层同层 6 6，上下层各，上下层各，上下层各，上下层各 3 3六方最密堆积六方最密堆积晶胞平均占有的原子数目：晶胞平均占有的原子数目：晶胞！晶胞！不是晶胞不是晶胞818=2+1六方最密堆积六方最密堆积晶胞的空间利用率：晶胞的空间利用率：74%（4）ABCABC堆堆积方式方式面心立方最密堆积面心立方最密堆积（Cu、Ag、Au）ABCABC1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121212配位数：配位数：配位数：配位数：同

23、层同层同层同层 6 6，上下层各，上下层各，上下层各，上下层各 3 3123456面心立方面心立方面心立方面心立方紧紧密堆密堆密堆密堆积积晶胞平均占有的原子数目：晶胞平均占有的原子数目：晶胞平均占有的原子数目：晶胞平均占有的原子数目：818=4+216金属原子的半径金属原子的半径金属原子的半径金属原子的半径r r与正方体的与正方体的与正方体的与正方体的边长边长a a的关系：的关系：的关系：的关系：a=4 r2a aa aa aa aa a立方面心最密堆积的空间占有率立方面心最密堆积的空间占有率 =74%密置密置层三维层三维堆积堆积非密非密置层三置层三维堆积维堆积5.金属晶体的原子堆积方式金属晶

24、体的原子堆积方式a、简单立方堆积、简单立方堆积 配位数配位数6；空间利用率；空间利用率52%b、体心立方堆积、体心立方堆积 （钾型）（钾型）代表物：代表物：Be、Mg、Zn、Ti;配位数配位数:12；空间空间利用率利用率74%；方式；方式ABABC、六方最密堆积、六方最密堆积 （镁型）（镁型）代表物：代表物：Li、Na、K、Rb、Cs、Fe;配位数配位数 8；空间利用率空间利用率 68%d、面心立方最密堆积、面心立方最密堆积 （铜型）（铜型）代表物：代表物：Cu、Ag、Au;配位数配位数:12；空间利用空间利用率率74%;方式：方式：ABCABC金属晶体的四种堆积模型金属晶体的四种堆积模型对比对比每个晶胞每个晶胞平均含有平均含有的原子数的原子数1224