分子晶体和原子晶体优秀课件.ppt
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1、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页由于分子间作用力很弱由于分子间作用力很弱,所以分子晶体一所以分子晶体一般具有:般具有:较低的熔点和沸点较低的熔点和沸点较小的硬度。较小的硬度。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。2
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
3、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作用力,如冰中就同时存着范德华力和氢键。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
4、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
5、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
6、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的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,物质熔化和汽化时作用力。分子间作用力越大,物质熔化和汽
7、化时需要的能量就越多,物质的熔、沸点就越高。需要的能量就越多,物质的熔、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)熔、沸点反常增大。形成分子内氢键等)熔、沸
8、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。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
9、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CO2 2和和SiO2 2的一些物理性质如下表所示,的一些物理性质如下表所示,通过比较试判断通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。晶体是否属于分子晶体。【思考与交流】第17页,本讲稿共46页.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 构成原子晶体的构成原子晶体的粒子是原子粒子是原子,原子间以较强,原子间以较强的的共价键共价键相结合。相结合。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
10、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,由于原子原子间以较强的间以较强的间以较强的间以较强的共价键共价键相结合,而且形成空间立体网状结构,所以原子晶相结合,而且形成空间立体网状结构,所以原子晶体的体的:(1 1)熔点和沸点高)熔点和沸点高(2 2)硬度大)硬度大(3 3)一般不导电)一般不导电(4 4)且难溶于一些常见的溶剂)且难溶于一些常见的溶剂 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
11、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原子晶体的化学式是否可以代表其分子式子式_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,无原子晶体是一个三维的网状结构,无小分子存在。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)、晶体锗)、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
12、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,最小的环由几个最小的环由几个原子构成原子构成?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,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,所以最简比为原子可能占据几个环,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,键解释:结构相似的原子晶体,原子
13、半径越小,键长越短,键能越大,晶体熔点越高长越短,键能越大,晶体熔点越高金刚石金刚石 碳化硅碳化硅 晶体硅晶体硅学与问1 1 1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的、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?熔点和硬度依次下降?熔点和硬度依次下降?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”。这种说。这种说法对吗?为什么?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
14、。铁一种结晶形碳,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、鳞灰黑色。有金属光泽。六方晶系,成叶片状、鳞片状和致密块状。密度片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3,化学性质不,化学性质不活泼。具有耐腐蚀性,在空气或氧气中强热可以活泼。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。石墨可用作润滑剂,并用于燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂,并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。制造坩锅、电极、铅笔芯等。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
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