高中化學(xué)-晶體結(jié)構(gòu)ppt課件

1、晶體的構(gòu)造與性質(zhì)晶體的構(gòu)造與性質(zhì)第一部分第一部分 根本概念和根本構(gòu)造根本概念和根本構(gòu)造重晶石重晶石 BaSO4 瑩石瑩石 CaF2膽礬膽礬 CuSO45H2O食鹽食鹽 NaCl黃鐵礦黃鐵礦螢螢 石石水晶水晶綠色魚眼石綠色魚眼石菱錳礦菱錳礦圖片圖片2晶體是真正意義的固體，在宏觀上，晶體有晶體是真正意義的固體，在宏觀上，晶體有別于橡膠、玻璃、琥珀、樹脂等非晶態(tài)的最別于橡膠、玻璃、琥珀、樹脂等非晶態(tài)的最普遍的本質(zhì)特征是它的普遍的本質(zhì)特征是它的“自范性：自范性：即：晶體可以自發(fā)地呈現(xiàn)封鎖的規(guī)那么凸多即：晶體可以自發(fā)地呈現(xiàn)封鎖的規(guī)那么凸多面體的外形。面體的外形。配制明礬飽和溶液，在容器中央掛一條線，浸配

2、制明礬飽和溶液，在容器中央掛一條線，浸入溶液的線段懸一小塊明礬晶體入溶液的線段懸一小塊明礬晶體(晶種晶種)，盡量，盡量堅持恒溫令溶液漸漸揮發(fā)，數(shù)天后，會發(fā)現(xiàn)線堅持恒溫令溶液漸漸揮發(fā)，數(shù)天后，會發(fā)現(xiàn)線端的晶種長大了，呈現(xiàn)八面體外形。端的晶種長大了，呈現(xiàn)八面體外形。一、晶體的定義一、晶體的定義“晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地反復(fù)陳列構(gòu)成的固體物質(zhì)。 留意：1一種物質(zhì)能否是晶體是由其內(nèi)部構(gòu)造決議的，而非由外觀判別；2周期性是晶體構(gòu)造最根本的特征。二、晶體性質(zhì)二、晶體性質(zhì) 均勻性均勻性 各向異性各向異性 自發(fā)地構(gòu)成多面體外形自發(fā)地構(gòu)成多面體外形 其中，其中，F(xiàn)-F-晶面，晶面，V-V-頂點

3、，頂點，E-E-晶棱晶棱 有明顯確定的熔點有明顯確定的熔點 有特定的對稱性有特定的對稱性 使使X X射線產(chǎn)生衍射射線產(chǎn)生衍射F+V=E+2直線點陣直線點陣可以發(fā)現(xiàn)，相可以發(fā)現(xiàn)，相隔一定的間隔，隔一定的間隔，總有完全一樣總有完全一樣的原子陳列出的原子陳列出現(xiàn)?，F(xiàn)。平面點陣平面點陣這是晶這是晶體的普體的普遍特征，遍特征，叫做平叫做平移對稱移對稱性性三、晶體的微觀特征三、晶體的微觀特征概念：在晶體內(nèi)部原子或分子周期性地陳列的每個反復(fù)概念：在晶體內(nèi)部原子或分子周期性地陳列的每個反復(fù)單位的一樣位置上定一個點，這些點按一定周期性規(guī)律單位的一樣位置上定一個點，這些點按一定周期性規(guī)律陳列在空間，這些點構(gòu)成一個

4、點陣。陳列在空間，這些點構(gòu)成一個點陣。在晶體的點陣構(gòu)造中每個點陣所代表的詳細內(nèi)容在晶體的點陣構(gòu)造中每個點陣所代表的詳細內(nèi)容- -構(gòu)造基元，包括原子或分子的種類和數(shù)量及其在空間構(gòu)造基元，包括原子或分子的種類和數(shù)量及其在空間按一定方式陳列的構(gòu)造。按一定方式陳列的構(gòu)造。晶體構(gòu)造晶體構(gòu)造 = = 點陣點陣 + + 構(gòu)造基元構(gòu)造基元四、晶胞四、晶胞晶胞是晶體的代表，是晶體中的最小單位。晶胞并晶胞是晶體的代表，是晶體中的最小單位。晶胞并置起來，那么得到晶體。置起來，那么得到晶體。 晶胞的代表性表達在以下兩個方面：晶胞的代表性表達在以下兩個方面： 一是代表晶體一是代表晶體的化學(xué)組成；二是代表晶體的對稱性的化

5、學(xué)組成；二是代表晶體的對稱性 晶胞是描畫晶體微觀構(gòu)造的根本單元，但不一定是最小晶胞是描畫晶體微觀構(gòu)造的根本單元，但不一定是最小單元。晶胞有素晶胞和復(fù)晶胞之分。素晶胞，符號單元。晶胞有素晶胞和復(fù)晶胞之分。素晶胞，符號P P，是晶體微觀空間中的最小單位，不能夠再小。素晶胞中是晶體微觀空間中的最小單位，不能夠再小。素晶胞中的原子集合相當(dāng)于晶體微觀空間中的原子作周期性平移的原子集合相當(dāng)于晶體微觀空間中的原子作周期性平移的最小集合，叫做構(gòu)造基元。復(fù)晶胞是素晶胞的多倍體的最小集合，叫做構(gòu)造基元。復(fù)晶胞是素晶胞的多倍體 普通說來，三維晶胞都是平行六面體普通說來，三維晶胞都是平行六面體(二維平面上的晶胞二維平

6、面上的晶胞那么是平行四邊形那么是平行四邊形)-叫做布拉維晶胞。整塊晶體可以看成叫做布拉維晶胞。整塊晶體可以看成是無數(shù)晶胞無隙并置而成。是無數(shù)晶胞無隙并置而成。晶胞構(gòu)造圖晶胞構(gòu)造圖 平行六面體的幾何平行六面體的幾何特征可用邊長關(guān)系特征可用邊長關(guān)系和夾角關(guān)系確定。和夾角關(guān)系確定。布拉維晶胞的邊長布拉維晶胞的邊長與夾角叫做晶胞參與夾角叫做晶胞參數(shù)。數(shù)。留意不要弄錯夾角留意不要弄錯夾角與邊的相互關(guān)系與邊的相互關(guān)系bcabcabacbacbacbacbac立方立方 Cubica=b=c, =90四方四方 Tetragonala=bc, =90正交正交 Rhombicabc, =90三方三方 Rhombo

7、hedrala=b=c, =90a=bc, =90 =120六方六方 Hexagonal a=bc, =90, =120單斜單斜 Monoclinic abc =90, 90三斜三斜 Triclinicabc =90共有七種不同幾何特征的三維晶胞，稱為布拉維共有七種不同幾何特征的三維晶胞，稱為布拉維系。系。晶胞中原子數(shù)目的計算晶胞中原子數(shù)目的計算(均攤法均攤法)頂點占頂點占1/8棱占棱占1/4面心占面心占1/2體心占體心占1第二部分第二部分 晶體的分類晶體的分類按成鍵特點分為：按成鍵特點分為： 原子晶體：金剛石原子晶體：金剛石 離子晶體：離子晶體：NaCl 分子晶體：冰分子晶體：冰 金屬晶體：

8、金屬晶體： Cu 一、金屬晶體一、金屬晶體金屬的通性金屬的通性金屬具有一定的通性：有金屬光澤，導(dǎo)電性，導(dǎo)熱金屬具有一定的通性：有金屬光澤，導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，延展性性，延展性金屬鍵對金屬通性的解釋金屬鍵對金屬通性的解釋通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運動是自通常情況下金屬晶體內(nèi)部電子的運動是自在流動的，但在外加電場的作用下會定向在流動的，但在外加電場的作用下會定向挪動構(gòu)成電流挪動構(gòu)成電流共共 性性金屬晶體與性質(zhì)的關(guān)系金屬晶體與性質(zhì)的關(guān)系導(dǎo)電性導(dǎo)電性導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性延展性延展性在金屬晶體中，存在許多自在電子，自在電子在金屬晶體中，存在許多自在電子，自在電子在外加電場的作用下，自在電子定向運動，因在外加電場的

9、作用下，自在電子定向運動，因此構(gòu)成電流此構(gòu)成電流由于金屬晶體中自在電子運動時與金屬離子由于金屬晶體中自在電子運動時與金屬離子碰撞并把能量從溫度高的部分傳導(dǎo)溫度低的碰撞并把能量從溫度高的部分傳導(dǎo)溫度低的部分，從而使整塊金屬到達一樣的溫度部分，從而使整塊金屬到達一樣的溫度由于金屬晶體中金屬鍵是沒有方向性的，各原由于金屬晶體中金屬鍵是沒有方向性的，各原子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍堅持金屬鍵的子層之間發(fā)生相對滑動以后，仍堅持金屬鍵的作用，因此在一定外力作用下，只發(fā)生形變而作用，因此在一定外力作用下，只發(fā)生形變而不斷裂不斷裂一維堆積一維堆積金屬堆積方式金屬堆積方式 密堆積：密堆積： 由無方向性的金屬鍵、

10、離子鍵和范德華力由無方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些構(gòu)造?？臻g的堆積密度最大的那些構(gòu)造。 密堆積方式因充分利用了空間，而使體系密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢能盡能夠降低，而構(gòu)造穩(wěn)定。的勢能盡能夠降低，而構(gòu)造穩(wěn)定。 二維平面堆積方式二維平面堆積方式I I 型型II II 型型行列對齊四球一空行列對齊四球一空 非最嚴(yán)密陳列非最嚴(yán)密陳列行列相錯三球一空行列相錯三球一空最嚴(yán)密陳列最嚴(yán)密陳列配位數(shù)配位數(shù):6:6配位數(shù)配位

11、數(shù):4:4非密置層非密置層密置層密置層 三維空間堆積方式三維空間堆積方式. 簡單立方堆積簡單立方堆積邊長邊長 = 2r = 2r配位數(shù)：配位數(shù)：6 6空間利用率的計算空間利用率的計算 空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在整個晶體空間中所占有的體積百分比。整個晶體空間中所占有的體積百分比。 球體積球體積 空間利用率空間利用率= 100% 晶胞體積晶胞體積簡單立方堆積：在立方體頂點的簡單立方堆積：在立方體頂點的微粒為微粒為8個晶胞共享，個晶胞共享，空間利用率：空間利用率：(2r)3(2r)34r3/34r3/3= 52.36%= 52.36%微粒數(shù)為

12、：微粒數(shù)為：81/8 = 1. 體心立方堆積體心立方堆積配位數(shù)：配位數(shù)：8 8體對角線體對角線 = 4r = 4r3 3邊長邊長=4 r/3=4 r/3體心立方：在立方體頂點的微粒為體心立方：在立方體頂點的微粒為8個個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。于該晶胞。 微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 23 34r3/32(4 r/3)3=68%不是最密堆積不是最密堆積密置層堆積密置層堆積123456 第二層第二層 ： 對第一層來講最嚴(yán)密的堆積方式是將對第一層來講最嚴(yán)密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)球?qū)?zhǔn)1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位

13、，其情形是一位，其情形是一樣的樣的 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最嚴(yán)密的堆積方式。最嚴(yán)密的堆積方式。123456 上圖是此種六方上圖是此種六方嚴(yán)密堆積的前視圖嚴(yán)密堆積的前視圖ABABA 第一種：第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球?qū)⒌谌龑忧驅(qū)?zhǔn)第一層的球123456 于是每兩層構(gòu)成一個于是每兩層構(gòu)成一個周期，即周期，即 AB AB 堆積方堆積方式，構(gòu)成六方嚴(yán)密堆積。式，構(gòu)成六方嚴(yán)密堆積。 配位數(shù)配位數(shù) 12 ( 同層同層 6，上下層各，上下層各 3 ).六方密堆積六方密堆積A AA AA AA AB BB

14、B各層均為密置層各層均為密置層六方最密堆積分解圖六方最密堆積分解圖空間利用率：空間利用率：74%包含包含6個球個球包含包含2個球個球123456123456123456A AB BC C123456此種立方嚴(yán)密堆積的前視圖此種立方嚴(yán)密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是構(gòu)成，于是構(gòu)成 ABC ABC 三層一個周期。三層一個周期。 這種堆積方式可劃分出面心這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。立方晶胞。 配位數(shù)配位數(shù) 12 ( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) . . 面心立方密堆積面心立方密堆積123456 ABC ABC 方式的堆積，為什方式的堆積，為什么是面心立方

15、堆積？么是面心立方堆積？BCA面心立方最密堆積分解圖面心立方最密堆積分解圖邊長邊長 = 2 r= 2 r2 2面對角線面對角線 = 4r面心立方堆積方式的空間利用率計算面心立方堆積方式的空間利用率計算%05.74344:4232333晶胞球球晶胞空間利用率個球晶胞中含解：VVrVraV常見的密堆積類型常見密堆積型式常見密堆積型式面心立方最密堆積面心立方最密堆積A1A1 六方最密堆積六方最密堆積(A3)(A3) 體心立方密堆積體心立方密堆積(A2)(A2)最密最密非最密非最密面心立方最密堆積和六方最密堆積這兩種最密堆積面心立方最密堆積和六方最密堆積這兩種最密堆積方式，每個球的配位數(shù)為方式，每個球

16、的配位數(shù)為12。有一樣的空間利用率，。有一樣的空間利用率，均為均為74.05%。 定義：定義： 離子間經(jīng)過離子鍵結(jié)合而成離子間經(jīng)過離子鍵結(jié)合而成的晶體的晶體性質(zhì)：性質(zhì)： 熔沸點較高，硬度較大，難熔沸點較高，硬度較大，難揮發(fā)、難緊縮，水溶液或熔融形揮發(fā)、難緊縮，水溶液或熔融形狀下均導(dǎo)電。狀下均導(dǎo)電。氯化鈉的晶胞氯化鈉的晶胞3在每個在每個Na+周圍與它最近且間隔相等周圍與它最近且間隔相等 的的Na+有多少個？有多少個？ Cl-Na+ 在NaCl晶體中每個Na+同時吸引著個Cl-?！?NaCl NaCl 型型 】它們所圍成的空間幾它們所圍成的空間幾何構(gòu)型是何構(gòu)型是 。正八面體正八面體【 CsCl C

17、sCl 型型 】、每個、每個Cs+Cs+同時同時吸引吸引 個個 Cl- Cl-，每，每個個Cl-Cl-同時吸引同時吸引 個個Cs+Cs+，而，而Cs+Cs+數(shù)目數(shù)目與與Cl-Cl-數(shù)目之比為數(shù)目之比為8 88 81 1：1 1【 CsCl CsCl 型型 】、根據(jù)氯化銫、根據(jù)氯化銫的構(gòu)造模型確定的構(gòu)造模型確定晶胞，并分析其晶胞，并分析其構(gòu)成。每個晶胞構(gòu)成。每個晶胞中有中有 Cs+ Cs+，有，有 個個Cl-Cl-1 11 1【 CsCl CsCl 型型 】、在每個、在每個Cs+Cs+周圍與它周圍與它最近的且間隔最近的且間隔相等的相等的Cs+Cs+有有 個個三、原子晶體三、原子晶體 概念：概念：

18、 相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而構(gòu)成空間立體網(wǎng)狀構(gòu)造的而構(gòu)成空間立體網(wǎng)狀構(gòu)造的晶體。晶體。 構(gòu)成原子晶體的粒子是原子，構(gòu)成原子晶體的粒子是原子，原子間以較強的共價鍵相結(jié)原子間以較強的共價鍵相結(jié)合。合。原子晶體的物理特性原子晶體的物理特性 在原子晶體中，由于原子間以較強的共在原子晶體中，由于原子間以較強的共價鍵相結(jié)合，而且構(gòu)成空間立體網(wǎng)狀構(gòu)價鍵相結(jié)合，而且構(gòu)成空間立體網(wǎng)狀構(gòu)造，所以原子晶體的造，所以原子晶體的 熔點和沸點很高熔點和沸點很高 硬度很大硬度很大 普通不導(dǎo)電普通不導(dǎo)電 且難溶于普通的溶劑且難溶于普通的溶劑10928共價鍵共價鍵金剛石的晶體構(gòu)造金剛石的晶體構(gòu)造金剛石晶

19、胞金剛石晶胞1 1：在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰：在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有多少個？的碳原子有多少個？2 2：在金剛石晶體中每個碳原子構(gòu)成幾個：在金剛石晶體中每個碳原子構(gòu)成幾個共價鍵？共價鍵？3 3：在金剛石晶體中碳原子個數(shù)與：在金剛石晶體中碳原子個數(shù)與C CC C共共價鍵個數(shù)之比是多少？價鍵個數(shù)之比是多少？4: 4: 在金剛石晶體中最小碳環(huán)由幾個碳原在金剛石晶體中最小碳環(huán)由幾個碳原子來組成子來組成? ?5. 5.在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)？在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)？問題：問題：4個個1：26個個4個個8個個18010928SiO共價鍵共價鍵二氧化硅的晶體構(gòu)造二氧化硅的晶體構(gòu)造1. 在在SiO2晶體中，每個硅原子與晶體中，每個硅原子與 個個氧原子結(jié)合；每個氧原子與氧原子結(jié)合；每個氧原子與 個硅原子個硅原子結(jié)合；在結(jié)合；在SiO2晶體中硅原子與氧原子個晶體中硅原子與氧原子個數(shù)之比是數(shù)