分子晶体与原子晶体

null第三节原子晶体与分子晶体第三节原子晶体与分子晶体null回顾: 1、什么叫晶体？什么叫非晶体？ 2、晶体与非晶体在结构和性质上有什么差异？ 3、利用分摊法计算晶胞中粒子数目null思考CO2和SiO2的一些物理性质如下所示， 碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么两者的氧化物性质相差这么大？金刚石的晶体结构示意图金刚石的晶体结构示意图一．原子晶体一．原子晶体1、概念： 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。 （1）构成粒子是原子； （2）粒子间以较强的共价键相结合； （3）原子晶体气化或熔化破坏的是共价键。观察·思考观察·思考对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？2、原子晶体的物理特性2、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，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体的 熔沸点高，硬度大，一般不导电（晶体硅和晶体锗是半导体），且难溶于一些常见的溶剂（共价键键能越大，熔沸点越高，硬度越大） 3、常见的原子晶体3、常见的原子晶体某些非金属单质： 金刚石（C）、晶体硅(Si)、晶体硼（B）、晶体锗(Ge)等 某些非金属化合物： 碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体 某些氧化物： 二氧化硅（ SiO２）晶体、null思考： （1）在金刚石晶体中,C采取什么杂化方式？每个C与多少个C成键？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？ （2）在金刚石晶体中，C原子个数与C—C键数之比为多少？ （3）12克金刚石中C—C键数为多少NA？null4、典型的原子晶体（1）金刚石的结构特征：在金刚石晶体里 ①每个碳原子都采取SP3杂化，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体。②这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。③金刚石晶体中所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；④晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；⑤晶体中C原子与C—C键数之比为：1：2nullnull思考1：在SiO2晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个？每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？ 思考2：1mol二氧化硅的晶体含几摩的Si-O 键 3:在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原子构成?null（2）SiO2的结构特征：在SiO2晶体中①每个Si原子周围结合4个O原子；每个O原子跟2个Si原子相结合。SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。②最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。 ③1mol SiO2中含4mol Si—O键null解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高 金刚石＞硅＞锗学与问 1、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？2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？null晶体结构晶胞示意图nullnullnull观察与思考： 下列两种晶体有什么共同点？观察与思考： 下列两种晶体有什么共同点？碘晶体结构干冰晶体结构二、分子晶体二、分子晶体1、概念 分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体 （1）构成粒子是分子。 （2）粒子间的相互作用是分子间作用力。 （3）范德华力远小于化学键的作用； （4）分子晶体气化或熔化破坏的是分子间作用力。null分子晶体有哪些物理特性，为什么？null原因：分子间作用力较弱2、物理特性：(1)较低的熔点和沸点，易升华；(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。有些在水溶液中可以导电.(2)较小的硬度；注:①分子间作用力越大,熔沸点越高(相对分子质量,分子极性,氢键) ② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力,不破坏化学键,也有例外,如S8null3、典型的分子晶体： 所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX 几乎所有酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2，P4O6， P4O10 大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖 稀有气体null分子的密堆积碘晶体结构干冰晶体结构null分子的密堆积（与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个 ）干冰的晶体结构图null冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构氢键具有方向性分子的非密堆积null4、分子晶体结构特征（1）密堆积 有分子间氢键——氢键具有方向性,使晶体中的空间利率不高,留有相当大的空隙.这种晶体不具有分子密堆积特征。如：HF 、NH3、冰。（2）非密堆积 只有范德华力，无分子间氢键——分子密堆积。这类晶体每个分子周围一般有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2。科学视野：笼装化合物科学视野：笼装化合物 许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2·8H20的水合物晶体。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”……… null4、水分子间存在着氢键的作用，使水分子彼此结合而成（H2O）n。在冰中每个水分子被4个水分子包围形成变形的正四面体，通过“氢键”相互连接成庞大的分子晶体，其结构如图：试分析： ①1mol 冰中有 mol氢键？ ②H2O的熔沸点比H2S高还是低？为什么？ 2氢键 null小结1：分子晶体与原子晶体的比较相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构分子间以分子间作用力结合原子分子共价键分子间作用力很大较小很大较小不溶于任何溶剂部分溶于水不导电，个别为半导体固体和熔化状态都不导电，部分溶于水导电石墨晶体结构石墨晶体结构知识拓展－石墨null（1）石墨中C原子以sp2杂化； （2）石墨晶体中最小环为六元环，含有C 2个，C-C键为 3； （3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电； （4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。思考：思考：（1）石墨为什么很软？ （2）石墨的熔沸点为什么很高？石墨的熔点为什么高于金刚石？ （3）石墨属于哪类晶体？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。它们都有很强的C-C共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键）， C-C键长比金刚石的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。石墨为混合型晶体。null 例1. 氮化硅（Si3N4）是一种新型的耐高温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于( ) 原子晶体  B. 分子晶体   C. 金属晶体   D. 离子晶体  典型例题Anull单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据 （1）晶体硼的晶体类型属于________晶体， 理由是___________________。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有1个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由_____个硼原子构成。其中B—B键的键角为_______。null分析：晶体硼的熔、沸点和硬度都介于晶体Si和金刚石之间，而金刚石和晶体Si均为原子晶体，B与C相邻与Si处于对角线处，则晶体硼也为原子晶体。又因晶体硼中的三角形面为正三角形，所以键角为60° 答案：原子，晶体硼具有很高的熔沸点和很大的硬度；12，60°  null例、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原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是 。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，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。答案为：Ti14C13