晶体结构与性质(1)

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§3.晶体结构与性质一、晶体常识1．晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的区别晶体非晶体结构特征结构微粒周期性有序排列结构微粒无序排列性质特征自范性有(即具有规则的几何外形)无熔点较固定不固定异同表现各向异性各向同性二者区别方法间接方法看是否有固定的熔点科学方法对固体进行X射线衍射实验(2)获得晶体的三条途径(P61)①熔融态物质凝固。②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)。③溶质从溶液中析出。2.晶胞(1)晶胞与晶体的关系①晶胞是描述晶体结构的基本单元。②数量巨大的晶胞“无隙并置”构成晶体。(2)晶胞中粒子数目的计算方法---均摊法3.均摊法确定晶体的化学式在学习晶体时和在一些考试中，我们会遇到这样一类试题：题目中给出晶体的—部分(称为晶胞)的图形，要求我们确定晶体的化学式．求解这类题，通常采用均摊法．均摊法:是先求出给出的晶胞中平均拥有的各种粒子(离子或原子)的数目，再计算各种粒子数目的比值，从而确定化学式。均摊法有如下规则：①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊1/8给该晶胞。②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊1/4给该晶胞。③处于面上的粒子，同时为2个晶胞所共有，所以，每个粒子只分摊1/2给该晶胞。④处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。注意：非长方体晶胞中粒子视具体情况而定，如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个碳原子）被三个六边形共有，每个六边形占1/3。二、四种晶体的比较 1．晶体的基本类型和性质比较类型比较分子晶体原子晶体金属晶体离子晶体概念分子间靠分子间作用力结合而形成的晶体原子之间以共价键结合而形成的具有空间网状结构的晶体金属阳离子和自由电子以金属键结合而形成的晶体阳离子和阴离子通过离子键结合而形成的晶体结构构成粒子分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子相互作用力分子间的作用力共价键金属键离子键性质密度较小较大有的很大，有的很小较大硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于任何溶剂难溶于常见溶剂大多易溶于水等极性溶剂导电、传热性一般不导电，溶于水后有的导电一般不具有导电性电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电延展性无无良好无物质类别及举例大多数非金属单质(如P4、Cl2)、气态氢化物、酸(如HCl、H2SO4)、非金属氧化物(如SO2、CO2，SiO2除外)、绝大多数有机物(如CH4，有机盐除外)一部分非金属单质(如金刚石、硅、晶体硼)，一部分非金属化合物(如SiC、SiO2)金属单质与合金(如Na、Al、Fe、青铜)金属氧化物(如K2O、Na2O)、强碱(如KOH、NaOH)、绝大部分盐(如NaCl)注意：原子晶体、离子晶体、金属晶体，均无_________，只有_________。2．四种晶体熔、沸点高低的比较方法不同类型晶体:一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体．金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低．同类型晶体:(1)原子晶体----判断依据是原子半径大小。由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．如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅．(2)离子晶体----根据库仑定律。 一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，相应的晶格能大，其晶体的熔、沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2，NaCl＞CsCl.(3)分子晶体----分子间作用力即相对分子质量，同时考虑氢键。①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高，如H2O＞H2Te＞H2Se＞H2S.如:F2＜Cl2＜Br2＜I2②组成和结构相似的分子晶体，一般分子量越大,分子间作用力越强,晶体熔、沸点越高，如SnH4＞GeH4＞SiH4＞CH4.③组成和结构不相似的物质(相对分子质量接近)，分子的极性越大，其熔、沸点越高，如CO＞N2，CH3OH＞CH3CH3.④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。例：下列分子晶体：①HCl②HBr③HI④CO⑤N2⑥H2，熔沸点由高到低的顺序为A、①②③④⑤⑥B、③②①⑤④⑥C、③②①④⑤⑥D、⑥⑤④③②①(4)金属晶体----取决金属键的强弱，与金属离子的半径大小、核电荷数有关。金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高，如:Na＜Mg＜Al。三、几种典型的晶体模型晶体晶体结构晶体详解原子晶体金刚石(1)每个碳与4个碳以共价键结合，形成正四面体结构(2)键角均为109°28(3)最小碳环由6个C组成且六原子不在同一平面内(4)每个C参与4条C-C键的形成，C原子数与C-C键之比为1:2(5)金刚石晶胞是立方体，其中8个顶点有8个碳原子，6个面各有6个碳原子，立方体内部还有4个碳原子，如图所示。所以金刚石的一个晶胞中含有的碳原子数＝8×1/8+6×1/2+4=8原子晶体SiO2(1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构(2)每个正四面体占有1个“Si”,4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2(3)最小环上有12个原子，即6个O,6个Si分子晶体干冰(1)8个CO2分子构成立方体且在6个面心又各占据1个CO2分子(2)每个CO2分子周围等距紧邻的CO2分子有12个 离子晶体NaCl(型)(1)每个Na+(Cl-)周围等距且紧邻的Cl-(Na+)有6个．每个Na+周围等距且紧邻的Na+有12个(2)每个晶胞中含4个Na+和4个Cl-CsCl(型)(1)每个Cs+周围等距且紧邻的Cl-有8个，每个Cs+(Cl-)周围等距且紧邻的Cs+(Cl-)有6个(2)如图为8个晶胞，每个晶胞中含1个Cs+、1个Cl-CaF2(型)晶胞中8个顶点有8个Ca2+，6个面还有6个Ca2+，立方体内部含有8个F--。所以CaF2的一个晶胞中含有的Ca2+＝8x1/8+6x1/2=4个,F-=8个即4个CaF2金属晶体简单立方典型代表Po，空间利用率52%，配位数为6钾型典型代表Na、K、Fe，空间利用率68%，配位数为8[体心立方堆积--A2型]镁型典型代表Mg、Zn、Ti，空间利用率74%，配位数为12[六方最密堆积--A3型]铜型典型代表Cu、Ag、Au，空间利用率74%，配位数为12[面心立方最密堆积--A1型]强调：金属晶体的两种最密堆积方式──镁型(六方最密堆积)和铜型(面心立方最密堆积) 镁型ACBACBAABABAB镁型铜型常见金属晶格的晶胞示意图 a）体心立方b）面心立方最密堆积c）六方最密堆积面心立方最密堆积剖面图