高中化學(xué)新人教選修3 第三章 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)ppt.ppt

1 chapter2structureandpropertyofmaterials 晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 2 2 2crystal non crystal 非晶體 1 晶體與非晶體的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 晶體 原子或原子團(tuán) 離子或分子在空間按一定規(guī)律呈周期性地排列構(gòu)成的固體 原子 分子或離子無規(guī)則地堆積在一起所形成的固體 3 2 5noncrystalmaterials 石英玻璃 石英晶體 4 2 3 3structure physicalperformanceofcrystalmaterials 晶體的特征 1 均勻性 2 各向異性 3 自發(fā)地形成多面體外形 4 晶體具有明顯確定的熔點(diǎn) 周期性 5 晶體的對(duì)稱性 6 晶體對(duì)x射線的衍射 晶體的導(dǎo)熱 導(dǎo)電 光的透射 折射 偏振 壓電性 硬度等性質(zhì)常因晶體取向不同而異 叫做各向異性 如 如石墨在與層平行的方向上具有導(dǎo)電性 而在與層垂直的方向上就不具有導(dǎo)電性 若在水晶的柱面上涂一層蠟 用紅熱的針接觸蠟面中央 蠟熔化呈橢圓形而不呈圓形 這是由于水晶柱面長軸方向與短軸方向傳熱速度不同 再如 從不同方向觀察紅寶石或藍(lán)寶石 會(huì)發(fā)現(xiàn)寶石的顏色不同 這是由于方向不同 晶體對(duì)光的吸收性質(zhì)不同 6 crystalsymmetry 石英晶體的形狀與對(duì)稱元素 平移對(duì)稱性示意圖 非晶體的宏觀特征 1 只有玻璃轉(zhuǎn)化溫度 無熔點(diǎn) 2 沒有規(guī)則的多面體幾何外型 可以制成玻璃體 絲 薄膜等特殊形態(tài) 3 物理性質(zhì)各向同性 4 均勻性來源于原子無序分布的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律 無晶界 準(zhǔn)晶體是1984年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一種新的物質(zhì)聚集形態(tài) 一種介于晶體和非晶體之間的固體 準(zhǔn)晶體具有完全有序的結(jié)構(gòu) 然而又不具有晶體所應(yīng)有的平移對(duì)稱性 因而可以具有晶體所不允許的宏觀對(duì)稱性 例如五次對(duì)稱軸等 準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)一方面極大地深化了我們對(duì)晶體學(xué) 衍射物理和凝聚態(tài)物理地的認(rèn)識(shí) 另一方面 準(zhǔn)晶體的各種獨(dú)特性質(zhì)使準(zhǔn)晶體具有潛在的應(yīng)用價(jià)值 2 晶胞 unitcell 晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元 形狀為平行六面體 其三邊長度a b c不一定相等 也不一定垂直 整個(gè)晶體是由晶胞并置堆砌而成 劃分晶胞要遵循2個(gè)原則 一是盡可能反映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性 二是盡可能小 晶體結(jié)構(gòu)中具有代表性的最小重復(fù)單位 稱為晶胞 例題 2001年 今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39k呈超導(dǎo)性 可能是人類對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)的新里程碑 在硼化鎂晶體的理想模型中 鎂原子和硼原子是分層排布的 像維夫餅干 一層鎂一層硼地相間 下圖是該晶體微觀空間中取出的部分原子沿c軸方向的投影 白球是鎂原子投影 黑球是硼原子投影 圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上 由圖可確定硼化鎂的化學(xué)式為 畫出硼化鎂的一個(gè)晶胞的透視圖 標(biāo)出該晶胞內(nèi)面 棱 頂角上可能存在的所有硼原子和鎂原子 鎂原子用大白球 硼原子用小黑球表示 15 unitcell a b c 確定晶胞大小 確定晶胞形狀 晶胞參數(shù) 晶胞unitcell 晶胞中各原子 分子離子 的坐標(biāo) 3 晶胞的分類 晶系 晶系晶軸軸間夾角實(shí)例立方a b c 900cu nacl四方a b c 900sn sio2正交a b c 900i2 baco3三方a b c 900as al2o3a b c 900 1200單斜a b c 900 900kclo3三斜a b c 900k2cro7六方a b c 900 1200mg cus 晶胞中質(zhì)點(diǎn)個(gè)數(shù)的計(jì)算 晶體密度的計(jì)算 魯科版 88頁 3 已知一個(gè)金屬銅的晶胞切割 該晶胞的邊長為3 62 10 10m 每一個(gè)銅原子的質(zhì)量為1 055 10 25kg 試回答下列問題 1 一個(gè)晶胞中 實(shí)際 擁有的銅原子數(shù)是多少 2 該晶胞的體積是多大 3 利用以上結(jié)果計(jì)算金屬銅的密度 晶體空間利用率的計(jì)算 4 晶體的缺陷 晶體的缺陷影響晶體的性質(zhì) 可使晶體的某些優(yōu)良性能降低 但是從缺陷可以改變晶體的性質(zhì)角度看 在晶體中造成種種缺陷 就可以使晶體的性質(zhì)有著各種各樣的變化 晶體的許多重要性能由缺陷產(chǎn)生 改變晶體缺陷的形式和數(shù)量 就可制得所需性能的晶體 22 2 4 1 1pointdefect 23 鈣鈦礦型非整比化合物yba2cu3o7 x x 0 1 它是由于氧原子不足而產(chǎn)生空位缺陷 正是這種缺陷 使固體具有超導(dǎo)性能 24 example yba2cu3o7 x的缺陷型鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 魯科版 97頁 10 2 天然的和絕大部分人工制備的晶體都存在各種缺陷 例如 在某種nio晶體中就存在缺陷 一個(gè)ni2 空缺 另兩個(gè)ni2 被兩個(gè)ni3 所取代 其結(jié)果是晶體仍呈電中性 但化合物中ni和o的個(gè)數(shù)卻發(fā)生了變化 某氧化鎳樣品的組成為ni0 97o 試計(jì)算該晶體中ni3 與ni2 的離子個(gè)數(shù)之比 5 金屬晶體的結(jié)構(gòu)等徑圓球堆積模型 1 簡單立方堆積 形成簡單立方晶胞 空間利用率較低52 金屬釙 po 采取這種堆積方式 2 體心立方堆積 bcc a2 堿金屬 fe 難熔金屬 v nb ta cr mo w 等 28 a 晶胞單位長度r 原子半徑 單位晶胞原子數(shù)n 2 bcc 3 面心立方堆積 fcc a1 al ni pb pd pt 貴金屬以及奧氏體不銹鋼等 31 fcc n 4 4 六方堆積 hcp a3 ti co zr zn mg等 平行六面體的底是個(gè)平行四邊形 各邊為a 2r 平行四邊形的面積平行六面體的高 34 hcp n 2 5 金剛石型堆積 a4 6 離子晶體 1 cscl型 cscl csbr csi nh4cl 2 nacl型 例題 研究離子晶體 ?？疾煲砸粋€(gè)離子為中心時(shí) 其周圍不同距離的離子對(duì)它的吸引或排斥的靜電作用力 設(shè)氯化鈉晶體中鈉離子跟離它最近的氯離子之間的距離為d 以鈉離子為中心 則 1 第二層離子有12個(gè) 離中心離子的距離為 它們是鈉離子 2 已知在晶體中na 離子的半徑為116pm ci 離子的半徑為167pm 它們?cè)诰w中是緊密接觸的 求離子占據(jù)整個(gè)晶體空間的百分?jǐn)?shù) v晶胞 2 116pm 167pm 3 181 106pm3v離子 4 4 3 116pm 3 4 4 3 167pm 3 104 106pm3v離子 v晶胞 57 5 3 納米材料的表面原子占總原于數(shù)的比例極大 這是它的許多特殊性質(zhì)的原因 假設(shè)某氯化鈉納米顆粒的大小和形狀恰等于氯化鈉晶胞的大小和形狀 求這種納米顆粒的表面原子占總原子數(shù)的百分比 26 27 96 4 假設(shè)某氯化鈉顆粒形狀為立方體 邊長為氯化鈉晶胞邊長的10倍 試估算表面原子占總原子數(shù)的百分比 10倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù) 213 92619倍晶胞的納米顆粒的離子總數(shù) 193 685910倍晶胞的納米顆粒的表面離子數(shù) 6959 9261 2402表面原子數(shù)所占比例 2402 9261 26 3 立方zns 魯科版 魯科版p96 10 nio晶體的結(jié)構(gòu)型式與nacl晶體的結(jié)構(gòu)型式完全相同 ni2 與最鄰近的o2 的核間距為a 10 10m 試計(jì)算nio晶體的密度 已知nio的摩爾質(zhì)量為74 7g mol 1 4 caf2型 人教版 一個(gè)離子周圍異電性離子的個(gè)數(shù)受離子半徑比等因素制約 離子半徑越大 周圍可容納的異電性離子就越多 在理論上 只有當(dāng)正負(fù)離子半徑比處在一定范圍內(nèi) 才能在離子晶體中呈現(xiàn)某種穩(wěn)定的配位多面體 正負(fù)離子半徑比和離子配位多面體 離子晶體中的穩(wěn)定配位多面體的理論半徑比 5 晶格能晶格能 u 是指將1摩離子晶體里的正負(fù)離子 克服晶體中的靜電引力 完全氣化而遠(yuǎn)離所需要吸收的能量 數(shù)符為 例如 nacl s na g cl g u 786kj mol 1晶格能越大 表明離子晶體中的離子鍵越穩(wěn)定 一般而言 晶格能越高 離子晶體的熔點(diǎn)越高 硬度越大 晶格能大小還影響著離子晶體在水中的溶解度 溶解熱等性質(zhì) liflicllibrlii g 100mlh2o 0 2764145165 注 無機(jī)鹽的溶解是水合離子的生成過程 mx s m g x g m aq x aq 離子晶體在水中的溶解度與溶解熱不但與晶體中離子克服晶格能進(jìn)入水中吸收的能量有關(guān) 還與進(jìn)入水中的離子發(fā)生水化放出的能量 水化熱 有關(guān) 某些離子晶體的晶格能以及晶體中的離子電荷 核間距 晶體的熔點(diǎn) 硬度 7 原子晶體同種非金屬元素或異種非金屬元素的原子以共價(jià)鍵結(jié)合而成無限分子的晶體 1 金剛石型 2 sio2 石英晶體 8 分子晶體 1 單原子分子形成的晶體 惰性元素晶體 純的范德華力 2 原子先以共價(jià)鍵結(jié)合成分子 分子間再以范德華力或氫鍵等結(jié)合形成的晶體 9 混合鍵型晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含有兩種以上鍵型的晶體 ca oh 2 mg oh 2cai2 mgi2 mgbr2 cdi2 1999年美國 科學(xué) 雜志報(bào)道 在40gpa高壓下 用激光器加熱到1800k 人們成功制得了原子晶體干冰 下列推斷正確的是a原子晶體干冰有很高的熔點(diǎn) 沸點(diǎn) 有很大的硬度b原子晶體干冰易氣化 可用作制冷材料c原子晶體干冰硬度大 可用作耐磨材料d每摩爾原子晶體干冰中含2molc o鍵 題六 某離子晶體晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示 x位于立方體的頂點(diǎn) y位于立方