【化学】:3.2《分子晶体与原子晶体》ppt课件(新人教版-选修3).ppt
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1、第二节第二节 分子晶体与原子晶体分子晶体与原子晶体(1)(1)观察与思考:下列两种晶体有什么共同点?碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构一、分子晶体一、分子晶体1 1、概念、概念 构成晶体的粒子是分子,粒子间以分子间作构成晶体的粒子是分子,粒子间以分子间作用力(范德华力,氢键)相互作用的晶体叫分子晶用力(范德华力,氢键)相互作用的晶体叫分子晶体。体。(1 1)构成分子晶体的粒子是分子。)构成分子晶体的粒子是分子。(2 2)粒子间的相互作用是分子间作用力。)粒子间的相互作用是分子间作用力。(3 3)范德华力远小于化学键的作用;范德华力远小于化学键的作用;(4)分子晶体熔化破坏的是分子间作
2、用力。)分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。(1 1)所有非金属氢化物:)所有非金属氢化物:H H2 2O O,H H2 2S S,NHNH3 3,CHCH4 4,HXHX(2 2)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 (3 3)部分非金属氧化物)部分非金属氧化物:COCO2 2,SOSO2 2,NONO2 2,P P4 4O O6 6,P P4 4O O1010(4 4)几乎所有的酸:)几乎所有的酸:H H2 2SOSO4 4,HNOHNO3 3,H H3 3POPO4 4(5 5)绝大多数有机物的晶体:)绝大多数
3、有机物的晶体:乙醇,冰醋酸,蔗糖乙醇,冰醋酸,蔗糖(6)(6)稀有气体稀有气体2.典型的分子晶体:典型的分子晶体:分子晶体有哪些物理特性,为什么?分子晶体有哪些物理特性,为什么?(1)有单个分子存在,化学式就是分子式)有单个分子存在,化学式就是分子式(2)较低的熔点和沸点,易升华;较低的熔点和沸点,易升华;(3)较小的硬度;较小的硬度;(4)一般都是绝缘体,熔融状态也不导电。一般都是绝缘体,熔融状态也不导电。(本身不导电,但有些溶于水能导电)(本身不导电,但有些溶于水能导电)(5)相似相溶)相似相溶原因:分子间作用力较弱原因:分子间作用力较弱3.分子晶体的特点:分子晶体的特点:4、分子晶体结构
4、特征只有范德华力,无分子间氢键分子密堆积v每个分子周围有12个紧邻的分子,如:C60、干冰、I2、O2有分子间氢键不具有分子密堆积特征v如:HF、冰、NH3 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共有(与每个分子距离最近的相同分子共有(与每个分子距离最近的相同分子共有(与每个分子距离最近的相同分子共有12121212个个个个 )氧(O2)的晶体结构碳60的晶胞分子的密堆积分子的密堆积(与(与COCO2 2分子距离最近的分子距离最近的COCO2 2分子共有分子共有1212个个 )干冰的晶体结构图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中个水分子周围有个水分子冰中个水
5、分子周围有个水分子冰的结构冰的结构氢键具有方向性氢键具有方向性分子的非密堆积分子的非密堆积思考:思考:1mol冰周围有?冰周围有?mol氢键氢键冰中个水分子周围有个水分子形成冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型?什么空间构型?v归纳要点归纳要点分子的密度取决于晶体分子的密度取决于晶体的体积,取决于紧密堆积程度,分子的体积,取决于紧密堆积程度,分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定:晶体的紧密堆积由以下两个因素决定:(1)范德华力)范德华力(2)分子间氢键)分子间氢键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
6、要克服分子间的作用力。分子间作用力越大,物质熔化的作用力。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、和汽化时需要的能量就越多,物质的熔、沸点就越高。沸点就越高。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(包括范力和际上就是比较分子间作用力(包括范力和氢键)的大小。氢键)的大小。(1)组成和结构相似的物质,相对分子质量越)组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,范德华力越大,熔沸点越高。如:大,范德华力越大,熔沸点越高。如:O2N2,HIHBrHCl。(2)分子量相等或相近,极性分子的范德华力)分子量相等或相近,极性分子的
7、范德华力大,熔沸点高,如大,熔沸点高,如CON2(3)含有氢键的,熔沸点较高。如)含有氢键的,熔沸点较高。如H2OH2TeH2SeH2S,HFHCl,NH3PH3(4)在烷烃的同分异构体中,一般来说,支链)在烷烃的同分异构体中,一般来说,支链数越多,熔沸点越低。如沸点:正戊烷数越多,熔沸点越低。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的同分异构新戊烷;芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照体一般按照“邻位邻位间位间位对位对位”的顺序的顺序。v思考思考1是不是在分子晶体中分子间只存在是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力?范德华力?v思考思考2为什么冰融化为水时为什么冰融化为
8、水时,密度增大?密度增大?不对,分子间氢键也是一种分子间作用力,不对,分子间氢键也是一种分子间作用力,如冰中就同时存在着范德华力和氢键。如冰中就同时存在着范德华力和氢键。在冰晶体中在冰晶体中,每个分子周围只有每个分子周围只有4个紧邻的水分子个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价氢键跟共价键一样具有方向性键一样具有方向性,即氢键的存在迫使在四面体中即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分个相邻水分子相互吸引子相互吸引,这一排列使冰晶体中的水分子的空间这一排列使冰晶体中的水分子的空间
9、利用率不变利用率不变,留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时液态水时,热运动使冰的结构部分解体热运动使冰的结构部分解体,水分子间水分子间的空隙减小的空隙减小,密度反而增大。密度反而增大。思考思考3为何干冰的熔沸点比冰低,密为何干冰的熔沸点比冰低,密度却比冰大?度却比冰大?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,所以熔沸点比干冰高。破坏分子间作用力较难,所以熔沸点比干冰高。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,导致晶体中有相当大的空隙,所以相同状况下导致晶体中有相当大的空隙,
10、所以相同状况下体积较大体积较大由于由于CO2分子的相对分子质量分子的相对分子质量H2O,所以所以干冰的密度大。干冰的密度大。科学视野:笼装化合物20世纪末,科学家发现海底存在大量天然气水合物晶体。这种晶体的主要气体成分是甲烷,因而又称甲烷水合物。它的外形像冰,而且在常温常压下会迅速分解释放出可燃的甲烷,因而又称“可燃冰”笼装化合物笼装化合物思考与交流思考与交流vCO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示,通过的一些物理性质如下表所示,通过比较试判断比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。晶体是否属于分子晶体。v碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族,碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族,为什
11、么为什么CO2晶体的熔、沸点很低,而晶体的熔、沸点很低,而SiO2晶体晶体的熔沸点很高?的熔沸点很高?18010928SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图10928共价键金刚石的晶体结构示意图二二原子晶体(共价晶体)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。网状结构的晶体。(1)构成原子晶体的粒子是原子;)构成原子晶体的粒子是原子;(2)原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合;)原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合;(3)原子晶体熔化破坏的是共价键。)原子晶体熔化破坏的是共价键。观察观察思考思考v对比分子晶
12、体和原子晶体的数据,原子对比分子晶体和原子晶体的数据,原子晶体有何物理特性?晶体有何物理特性?2、原子晶体的物理特性、原子晶体的物理特性v在原子晶体中,由于原子间在原子晶体中,由于原子间以较强的共价键相结合,而以较强的共价键相结合,而且形成空间立体网状结构,且形成空间立体网状结构,所以原子晶体的所以原子晶体的熔点和沸点高熔点和沸点高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 在原子晶体中,由于原子间在原子晶体中,由于原子间以较强的共价键相结合,而且形以较强的共价键相结合,而且形成空间立体网状结构,所以原子成空间立体网状结构,所以原子晶体有特殊的物理性质。晶体有
13、特殊的物理性质。3 3、常见的原子晶体、常见的原子晶体v某些非金属单质:某些非金属单质:金刚石金刚石(C C)、晶体硅)、晶体硅(Si)(Si)、晶体硼(、晶体硼(B B)、晶)、晶体锗体锗(GeGe)等等v某些非金属化合物:某些非金属化合物:碳化硅(碳化硅(SiCSiC)晶体、氮化硼()晶体、氮化硼(BNBN)晶体)晶体v某些氧化物:某些氧化物:二氧化硅(二氧化硅(SiOSiO)晶体)晶体、AlAl2 2O O3 310928共价键思考:在金刚石晶体中,每个碳与思考:在金刚石晶体中,每个碳与周围多少个碳原子成键?形成怎样的周围多少个碳原子成键?形成怎样的空间结构?最小碳环由多少个碳原子空间结
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