晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)知識點

1、第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)晶體的常識【知識點梳理】一、晶體與非晶體1、晶體與非晶體 晶體：是內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成 的物質(zhì)。 非晶體：是內(nèi)部的原子或分子的排列呈雜亂無章的分布狀態(tài)的物質(zhì)。2、晶體的特征(1) 晶體的基本性質(zhì)晶體的基本性質(zhì)是由晶體的周期性結(jié)構(gòu)決定的。 自范性：a. 晶體的自范性即晶體能自發(fā)的呈現(xiàn)多面體外形的性質(zhì)。b. 自發(fā)”過程的實現(xiàn)，需要一定的條件。晶體呈現(xiàn)自范性的條件之一是晶體生長的速 率適當(dāng)。 均一性：指晶體的化學(xué)組成、密度等性質(zhì)在晶體中各部分都是相同的。 各向異性：同一晶體構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點排列一般是不一樣的，因此，晶體 的

2、性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異。 對稱性：晶體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特有的對稱性。在外形上，常有相等的對稱性。這種相同的性質(zhì)在不同的方向或位置上做有規(guī)律的重復(fù)，這就是對稱性。晶體的格子構(gòu)造本身就是質(zhì)點重復(fù)規(guī)律的體現(xiàn)。 最小內(nèi)能：在相同的熱力學(xué)條件下，晶體與同種物質(zhì)非晶體固體、液體、氣體相比 較，其內(nèi)能最小。 穩(wěn)定性：晶體由于有最小內(nèi)能，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。 有確定的熔點：給晶體加熱，當(dāng)溫度升高到某溫度便立即熔化。 能使X射線產(chǎn)生衍射：當(dāng)入射光的波長與光柵隙縫大小相當(dāng)時，能產(chǎn)生光的衍射現(xiàn)象。X射線的波長與晶體結(jié)構(gòu)的周期大小相近，所以晶體是個理想的光柵，它能使X射線產(chǎn)生衍射。利用這種性

3、質(zhì)人們建立了測定晶體結(jié)構(gòu)的重要試驗方法。非晶體物質(zhì)沒有周期性結(jié)構(gòu)，不能使X射線產(chǎn)生衍射，只有散射效應(yīng)。(2) 晶體SiO2與非晶體SiO2的區(qū)別 晶體SiO2有規(guī)則的幾何外形，而非晶體SiO2無規(guī)則的幾何外形。 晶體SiO2的外形和內(nèi)部質(zhì)點的排列高度有序，而非晶體SiO2內(nèi)部質(zhì)點排列無序。 晶體SiO2具有固定的熔沸點，而非晶體SiO2無固定的熔沸點。 晶體SiO2能使X射線產(chǎn)生衍射，而非晶體SiO2沒有周期性結(jié)構(gòu)，不能使 X射線產(chǎn)生衍射，只有散射效應(yīng)。3、區(qū)分晶體與非晶體的方法(1) 考查固體的某些性質(zhì)晶體的熔點較固定，而非晶體無固定的熔點。考察固體的熔點，可間接地確定某一固體 是否為晶體。

4、晶體的許多物理性質(zhì)表現(xiàn)出各向異性，而非晶體則表現(xiàn)出各向同性。(2) 對固體進(jìn)行 X 射線衍射實驗。這是區(qū)分晶體與非晶體最可靠的科學(xué)方法。二、晶胞1、定義：晶體結(jié)構(gòu)的基本單元叫晶胞。2、晶胞與晶體的關(guān)系一般來說，晶胞都是平行六面體。晶體是由數(shù)量巨大的完全等同的晶胞無隙并置”而成的。完全等同”是指化學(xué)上等同和幾何上等同，化學(xué)上等同就是指晶胞里原子數(shù)目和種類完全等同；幾何上等同是指不僅晶體中所有的晶胞的形狀、取向和大小等同，而且晶胞里的原子排列和空間取向完全等同。無隙并置”是指一個晶胞與它相鄰的晶胞完全共頂角、共面、共棱的，取向一致，無間隙，從一個晶胞到另一個晶胞只需平移，不需轉(zhuǎn)動，進(jìn)行或不進(jìn)行 平

5、移操作，整個集體的微觀結(jié)構(gòu)無區(qū)別。3、 均攤法：是指每個圖形平均擁有的粒子數(shù)目。如某個粒子為n個圖形（晶胞）所共 有，則該粒子有1/n屬于一個圖形（晶胞）。 長方形（正方體）晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn)。體內(nèi)：1;面中：1/2 ;棱上：1/4 頂點：1/8 ； 非長方體晶胞中粒子對晶胞的貢獻(xiàn)視情況而定。如石墨晶胞每一層內(nèi)碳原子排成六邊形，其頂點（1個C原子）對六邊形的貢獻(xiàn)為 1/3。三、物質(zhì)熔沸點高低比較規(guī)律1、不同晶體類型的物質(zhì)的熔沸點高低順序一般是：原子晶體離子晶體分子晶體。 同一晶體類型的物質(zhì)，則晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)粒子間的作用越強(qiáng)，熔沸點越高。2、原子晶體要比較共價鍵的強(qiáng)弱，一般地說，原子

6、半徑越小，形成的共價鍵的鍵長越 短，鍵能越大，其晶體熔沸點越高。如熔點：金剛石碳化硅>晶體硅。3、 離子晶體要比較離子鍵的強(qiáng)弱。一般地說，陰陽離子的電荷數(shù)越多，離子半徑越小，則離子間的作用就越強(qiáng)， 其離子晶體的熔沸點就越高，如熔點：MgO > MgCl 2>NaCI >CsCI。4、分子晶體：組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，相對分子質(zhì)量越大，熔沸點越高，如：熔沸點：O2> N2, HI > HBr > HCI。組成和結(jié)構(gòu)不相似的物質(zhì)，分子極性越大，其熔沸點就越高，如 熔沸點CO >N2。在同分異構(gòu)體中，一般地說，支鏈數(shù)越多，熔沸點越低，如沸點：正戊烷 &g

7、t;異戊烷新戊烷；同分異構(gòu)體的芳香烴及其衍生物，其熔沸點高低順序是鄰>間>對位化合物。5、金屬晶體中金屬離子半徑越小，離子電荷數(shù)越多，其金屬鍵越強(qiáng)，金屬熔沸點就越 高。6、 元素周期表中第四A族鹵素的單質(zhì)（分子晶體）的熔沸點隨原子序數(shù)遞增而升高；第I A族堿金屬元素的單質(zhì)（金屬晶體）的熔沸點隨原子序數(shù)的遞增而降低。四、晶胞的計算公式：V殛Na式中 廠晶體密度，V 晶體所占體積，N 個晶胞所含微粒個數(shù)，M 粒子的摩爾質(zhì)量，Na 阿伏加德羅常數(shù)。第二節(jié) 分子晶體和原子晶體【知識點梳理】1、分子晶體（1）概念：分子間以分子間作用力結(jié)合的晶體叫做分子晶體。（2）構(gòu)成微粒：分子。特例：稀有氣

8、體為單原子分子。（3）微粒間的作用： 分子間作用力，部分晶體中存在氫鍵。 分子間作用力的大小決定了晶體的物理性質(zhì)；分子的相對分子質(zhì)量越大，分子間作 用力越大，物質(zhì)的溶、沸點越高，硬度越大。 分子內(nèi)存在化學(xué)鍵：在晶體狀態(tài)改變時不被破壞。 分子晶體采用密堆積。注意：分子密堆集的概念：如果分子間的作用力只有范德華力，分子晶體常形成面心結(jié)構(gòu)的晶胞，如C02的晶胞，如圖所示。若以一個分子為中心，其周圍通?？梢杂?2個緊鄰的分子，這一特征稱為分子密堆積。（4）分子晶體的性質(zhì)： 一般而言，硬度較小，易揮發(fā)。 具有較低的熔沸點。 固體和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電。 相似相溶原理”：非極性溶質(zhì)一般能溶于非極性溶劑; 極

9、性溶質(zhì)一般能溶于極性溶劑。（5）“ CO”分子晶體的結(jié)構(gòu)模型（上圖）：在C02晶體中，每個 C02分子與12個C02分子等距離相鄰（三個互相垂直的平面上各 4個）。注：大多數(shù)分子晶體具有這種結(jié)構(gòu)特征。（6）常見的分子晶體： 所有非金屬氫化物，如：水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷等。 部分非金屬單質(zhì)，如：鹵素 X2、氧氣、硫（S8）、氮（N2）、白磷（P4）、C60等。 部分非金屬氧化物，如：C02、S02、S03、P4O6、P4O10等。 幾乎所有的酸，如： H2S04、HN03、H3PO4、H2SQ3等。 絕大多數(shù)有機(jī)物，如：苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。（7）氫鍵型晶體：水形成的晶體的特征： 所有

10、水分子以氫鍵的結(jié)合在一起形成鏈狀或?qū)訝畹冉Y(jié)構(gòu)。在冰晶體中，每個水分子周圍只有 4個緊鄰的水分子（如圖），每個水分子可形成 4個氫鍵。水形成冰晶體時體積膨脹，密度減小。2、原子晶體（1）概念：相鄰原子間以共價鍵結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，叫做原子晶體。（2）構(gòu)成微粒：原子。（3）微粒間作用：共價鍵。決定了晶體的物理性質(zhì)。（4）原子晶體結(jié)構(gòu)特征： 晶體中只存在共價鍵，原子間全部通過共價鍵相結(jié)合。晶體中原子不遵循緊密堆積 原則。 晶體為立體空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 原子晶體中不存在單個分子。如SiO2代表硅原子和氧原子個數(shù)比為1: 2,并不代表分子。（5）金剛石、SiO2的晶體結(jié)構(gòu)模型： 金剛石：金剛石的晶

11、體結(jié)構(gòu)模型在金剛石晶體里，每個碳原子都被相鄰的 4個碳原子包圍，以共價鍵跟這4個碳原子結(jié) 合，形成正四面體，被包圍的碳原子處于正四面體的中心。這些正四面體結(jié)構(gòu)向空間發(fā)展， 構(gòu)成一個堅實的、彼此聯(lián)接的空間網(wǎng)狀晶體（如上圖）。最小的碳環(huán)上有 6個碳原子。 SiO2晶體在SiO2晶體中，1個Si原子和4個O原子形成4個共價鍵，每個 Si原子 周圍結(jié)合4個O原子；同時，每個 O原子跟2個Si原子相結(jié)合（硅為四價，氧為二價） 。 實際上，SiO2晶體由Si原子和O原子按1 : 2的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體（如下圖） 。 最小的環(huán)上有12個原子。二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)模型（6）物理性質(zhì) 一般具很高的熔點和沸

12、點：原子晶體中原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體 熔沸點就越高。 難溶于水。 硬度大：共價鍵作用強(qiáng)。（7 ）常見原子晶體： 某些非金屬單質(zhì)；如：晶體硼、晶體Si和晶體Ge、金剛石等。 某些非金屬化合物；如金剛砂（SiC）、二氧化硅（SiO2）、氮化硼（BN ）、氮化鋁（AIN ）、 氮化硅（Si3N4）等。 某些氧化物，如氧化鋁（Al 2O3）等。3、石墨晶體（1）石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)，碳原子排列成六邊形，一個個六邊形排列成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個碳原子都跟其他三個碳原子相結(jié)合，層與層之間以分子間作用力相結(jié)合。（2、石墨晶體不是原子晶體，而是原子晶體與分子晶體之間的一種過渡型晶體。

13、(3 )石墨的物理性質(zhì)由于石墨結(jié)構(gòu)的特殊性，它的物理性質(zhì)為熔點很高，有良好的導(dǎo)電性，還可作潤滑劑。第二節(jié)金屬晶體【知識點梳理】1金屬晶體的形成由于金屬原子的價電子比較少，容易失去價電子成為金屬離子(帶電荷的金屬原子)。這些釋出來的價電子稱為自由電子。自由電子不專屬于某個特定的金屬離子，而為整個金屬晶體所共有，它們在整個晶體里自由地運動著，形成了自由電子的 海洋”釋出價電子后的金屬離子就沉浸在這種 海洋”中(抵消了金屬離子之間的斥力)。這種自由電子跟金屬離子之間較強(qiáng)烈的相互作用稱為金屬鍵，金屬鍵使許多金屬離子按一定規(guī)律排列形成金屬晶 體.金屬晶體中存在金屬離子和自由電子，不存在分子。2、電子氣理

14、論”與金屬的物理通性電子氣理論”是描述金屬鍵本質(zhì)的最簡單理論。其內(nèi)涵是：金屬原子脫落下來的價電子形成遍布整塊晶體的電子氣”被所有原子所公用，金屬鍵就是將所有原子維系在一起的這 種金屬脫落價電子后形成的離子與價電子氣”之間的強(qiáng)烈相互作用。用電子氣理論”可以解釋金屬的延展性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性等物理性質(zhì)。(1) 延展性：當(dāng)金屬受到外力作用時，晶體中各原子層就會發(fā)生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，而且彌漫在金屬原子間的電子氣”可以起到類似軸承中滾珠之間潤滑劑的作用，因而金屬都有良好的延展性。(2) 導(dǎo)電性：金屬內(nèi)部的原子之間的電子氣”的流動是無方向性的，在外加電場的作 用下，電子氣”在電場中定向移動形成

15、電流。(3) 導(dǎo)熱性：金屬熱導(dǎo)率隨溫度的升高而降低，是由于電子氣”中的自由電子在受熱 的作用下與金屬原子頻繁碰撞的緣故。3、金屬的拓展知識(1) 超導(dǎo)體一一一類急待開發(fā)的材料一般說來，金屬是電的良好導(dǎo)體 (汞的很差)。1911年荷蘭物理學(xué)家 H昂內(nèi)斯在研究低 溫條件下汞的導(dǎo)電性能時， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降到約 4 K(即t269 C )時汞的電阻 奇異”般地降為零， 表現(xiàn)出超導(dǎo)電性。后又發(fā)現(xiàn)還有幾種金屬也有這種性質(zhì)，人們將具有超導(dǎo)性的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體。(2) 合金兩種和兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)，叫做合金，合金屬于混合物，對應(yīng)的固體為金屬晶體。合金的特點： 仍保留金屬的

16、化學(xué)性質(zhì)，但物理性質(zhì)改變很大； 熔點比各成份金屬的都低； 強(qiáng)度、硬度比成分金屬大； 有的抗腐蝕能力強(qiáng)； 導(dǎo)電性比成分金屬差。(3) 金屬的物理性質(zhì)由于金屬晶體中存在大量的自由電子和金屬離子(或原子)排列很 緊密，使金屬具有很多共同的性質(zhì)。1) 狀態(tài)：通常情況下，除 Hg外都是固體。2）金屬光澤：多數(shù)金屬具有光澤。但除Mg、Al、Cu、Au在粉末狀態(tài)有光澤外，其他金屬在塊狀時才表現(xiàn)出來。3）易導(dǎo)電、導(dǎo)熱：由于金屬晶體中自由電子的運動，使金屬易導(dǎo)電、導(dǎo)熱。4）延展性5）熔點及硬度：由金屬晶體中金屬離子跟自由電子間的作用強(qiáng)弱決定。金屬除有共同 的物理性質(zhì)外，還具有各自的特性。 顏色：絕大多數(shù)金屬都是

17、銀白色，有少數(shù)金屬具有顏色。如Au金黃色Cu紫紅色Cs銀白略帶金色。 密度：與原子半徑、原子相對質(zhì)量、晶體質(zhì)點排列的緊密程度有關(guān)。最重的為鋨（Os）鉑（Pt）最輕的為鋰（Li）。 熔點：最高的為鎢（ W）,最低的為汞（Hg ）, Cs為284C, Ca為30C。 硬度：最硬的金屬為鉻（Cr）,最軟的金屬為鉀（K），鈉（Na），銫（Cs）等，可用 小刀切割。 導(dǎo)電性：導(dǎo)電性能強(qiáng)的為銀（Ag ）,金（Au ），銅（Cu）等。導(dǎo)電性能差的為汞（Hg ）。 延展性：延展性最好的為金（ Au ）,鋁（Al ）。4、晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理所謂密堆積原理是指在由無方向性的金屬鍵、離子鍵和分子間作用力等結(jié)合的晶

18、體中， 原子、離子或分子等微?？偸勤呄蛴谙嗷ヅ湮粩?shù)高、能充分利用空間的堆積密度大的哪些結(jié)構(gòu)。密堆積方式由于充分利用空間，從而可使體系的勢能盡可能降低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由此可以得出，在金屬晶體的四種堆積模型中，空間利用率越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。5、金屬晶體的原子堆積模型對比堆積模型采用這種堆積空間利的典型代表用率非 密 置 層簡單立方堆積Po52%體心立方堆積Na、K、Fe、Cr、W68%六方堆Mg、Zn、Ti、Be、Co、 Ni74%面心立方堆積Cu、Ag、Au、Ca、Pb、Al74%第四節(jié)離子晶體【知識點梳理】1離子晶體（1）概念：陰陽離子以離子鍵結(jié)合的晶體叫做離子晶體（2）構(gòu)成微粒：陰陽離子（3）微粒間的作用：離子鍵（4）離子晶體的性質(zhì)：根據(jù)晶格能的大小，可以說明離子晶體的一般性質(zhì)。 熔點、沸點較高，而且隨著離子電荷的增加，核間距的縮短，晶格能增大，熔、沸點 升高。 一般易溶于水，而難溶于非極性溶劑。因為極性溶劑水能有效地減弱正、負(fù)離子間的作用力。 熔融態(tài)或水溶液中能導(dǎo)電。 延展性差。應(yīng)該指出，離子晶體的性質(zhì)還與離子間的極化有關(guān)。離子極化程度增強(qiáng)，導(dǎo)致晶體的水溶性減小，顏