分子晶體與原子晶體.ppt

1、第二節(jié) 分子晶體,回顧: 1、什么叫晶體？什么叫非晶體？ 2、晶體與非晶體在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有什么差異？ 3、利用分攤法計算晶胞中粒子數(shù)目,觀察思考,請同學們判斷下列物質(zhì)是晶體還是非晶體：,水晶,碘晶體結(jié)構(gòu),干冰晶體結(jié)構(gòu),觀察與思考：下列兩種晶體有什么共同點？,NaCl晶體結(jié)構(gòu),一、分子晶體,一、概念 分子間以分子間作用力（范德華力，氫鍵）相結(jié)合的晶體叫分子晶體。 構(gòu)成分子晶體的粒子:分子， 粒子間的相互作用:分子間作用力。,分子晶體熔化時： 一般只破壞分子間作用力, 不破壞化學鍵,也有例外,如S8,結(jié)合表格和已有知識,分析:分子晶體有哪些物理特性？為什么?,思考與交流,2、物理特性：,(1)較低

2、的熔點和沸點，易升華；,分子晶體熔、沸點高低的比較規(guī)律 分子晶體要熔化或汽化都需要克服分子間的作用力。分子間作用力越大，物質(zhì)熔化和汽化時需要的能量就越多，物質(zhì)的熔、沸點就越高。 因此，比較分子晶體的熔、沸點高低，實際上就是比較分子間作用力（包括范力和氫鍵）的大小。,（1）組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)， _烷烴、烯烴、炔烴、飽和一元醇、醛、羧酸等同系物的沸點均隨著碳原子數(shù)的增加而升高。 分子間有氫鍵的物質(zhì)（HF、H2O、NH3等）熔、沸點反常。形成分子內(nèi)氫鍵的物質(zhì)，其熔、沸點低于形成分子間氫鍵的物質(zhì)。,相對分子量越大，熔沸點越高。,（2）在烷烴的同分異構(gòu)體中，一般來說，支鏈數(shù)越多，_。如沸點：正戊烷 異

3、戊烷 新戊烷；芳香烴及其衍生物苯環(huán)上的同分異構(gòu)體一般按照“_”的順序。,熔沸點越低,鄰位 間位 對位,原因：分子間作用力較弱,2、物理特性：,(1)較低的熔點和沸點，易升華；,(3)一般都是絕緣體，熔融狀態(tài)也不導(dǎo)電。有些在水溶液中可以導(dǎo)電.,(2)較小的硬度；,注:分子間作用力越大,熔沸點越高(相對分子質(zhì)量,分子極性,氫鍵) 分子晶體熔化時一般只破壞分子間作用力,不破壞化學鍵,也有例外,如S8,5、典型的分子晶體：,（1）所有非金屬氫化物：H2O，H2S，NH3， CH4，HX （2）部分非金屬單質(zhì): X2，O2，H2， S8，N2 P4， C60 （3）部分非金屬氧化物: CO2， SO2，

4、 NO2， P4O6， P4O10 （4）幾乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4 （5）絕大多數(shù)有機物的晶體：乙醇，冰醋酸， 蔗糖 （6）稀有氣體,思考1是不是在分子晶體中分子間只存在范德華力？ 不對，分子間氫鍵也是一種分子間作用力，如冰中就同時存著范德華力和氫鍵。,6、分子晶體結(jié)構(gòu)特征,（1）密堆積,（2）非密堆積,只有范德華力，無分子間氫鍵分子密堆積。這類晶體每個分子周圍一般有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰 、I2、O2。,分子的密堆積,氧（O2）的晶體結(jié)構(gòu),碳60的晶胞,分子的密堆積,（與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個 ）,干冰的晶體結(jié)構(gòu)圖,6、分子晶體結(jié)構(gòu)特征,（

5、1）密堆積,（2）非密堆積,只有范德華力，無分子間氫鍵分子密堆積。這類晶體每個分子周圍一般有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰 、I2、O2。,有分子間氫鍵氫鍵具有方向性,使晶體中的空間利用率不高,留有相當大的空隙.這種晶體不具有分子密堆積特征。如：HF 、NH3、冰（每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子）。,冰中個水分子周圍有個水分子,冰的結(jié)構(gòu),氫鍵具有方向性,分子的非密堆積,在冰的晶體中，每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子。盡管氫鍵比共價鍵弱得多，不屬于化學鍵，卻跟共價鍵一樣具有方向性，即氫鍵的存在迫使在四面體中心的每個水分子與四面體頂角方向的4個相鄰水分子相互吸引。這一排列使冰晶體中的水分

6、子的空間利用率不高，留有相當大的空隙。當冰剛剛?cè)诨癁橐簯B(tài)水時，熱運動使冰的結(jié)構(gòu)部分解體，水分子間的空隙減小，密度反而增大，超過4時，才由于熱運動加劇，分子間距離加大，密度漸漸減小。,思考：1mol冰周圍有？mol氫鍵,冰中個水分子周圍有個水分子形成什么空間構(gòu)型？,水分子間存在著氫鍵的作用，使水分子彼此結(jié)合而成（H2O）n。在冰中每個水分子被4個水分子包圍形成變形的正四面體，通過“氫鍵”相互連接成龐大的分子晶體,1mol 冰中有2mol氫鍵？,6、分子晶體結(jié)構(gòu)特征,（1）密堆積,有分子間氫鍵氫鍵具有方向性,使晶體中的空間利用率不高,留有相當大的空隙.這種晶體不具有分子密堆積特征。如：HF 、NH

7、3、冰（每個水分子周圍只有4個緊鄰的水分子）。,（2）非密堆積,只有范德華力，無分子間氫鍵分子密堆積。這類晶體每個分子周圍一般有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰 、I2、O2。,思考2為何干冰的熔沸點比冰低，密度卻比冰大？ 由于冰中除了范德華力外還有氫鍵作用，破壞分子間作用力較難，所以熔沸點比干冰高。 由于分子間作用力特別是氫鍵的方向性，導(dǎo)致晶體冰中有相當大的空隙，所以相同狀況下體積較大 由于CO2分子的相對分子質(zhì)量H2O，所以干冰的密度大。,歸納要點分子的密度取決于晶體的體積，取決于緊密堆積程度，分子晶體的緊密堆積由以下兩個因素決定：,（1）范德華力 （2）分子間氫鍵,討論,CO2和SiO

8、2的一些物理性質(zhì)如下所示，通過比較，判斷SiO2晶體是否屬于分子晶體。,結(jié)論：SiO2不是分子晶體。,那么SiO2是什么晶體呢？,二、原子晶體 1、定義：原子間以共價鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。 2、構(gòu)成微粒：原子 3、微粒之間的作用： 4、氣化或熔化時破壞的作用力： 5、物理性質(zhì)： 熔沸點高，硬度大，難溶于一般溶劑。 （共價鍵鍵能越大，熔沸點越高，硬度越大）,共價鍵,共價鍵,原子晶體具備以上物理性質(zhì)的原因: _ 原子晶體的化學式是否可以代表其分子式_ 原因_,原子晶體中存在較強的共價鍵不易被破壞。,否,原子晶體是一個三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，無小分子存在。,4、原子晶體熔、沸點比較規(guī)律 在共價

9、鍵形成的原子晶體中，原子半徑小的，鍵長短，鍵能大，晶體的熔、沸點高。如：金剛石 碳化硅 晶體硅,思考為何金剛石的熔沸點高于硅？ C-C鍵能大于Si-Si和Ge-Ge鍵，難破壞 思考為何CO2熔沸點低？而破壞CO2分子卻比SiO2更難？ 因為CO2是分子晶體，SiO2是原子晶體，所以熔化時CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學鍵。所以SiO2熔沸點高。 破壞CO2分子與SiO2時，都是破壞共價健，而C-O鍵能Si-O鍵能，所以CO2分子更穩(wěn)定。,6、常見原子晶體 （1）某些非金屬單質(zhì)：硼（B）、硅（Si）、鍺（Ge）、金剛石（C）等 （2）某些非金屬化合物：SiC、BN等 （3）某些氧化物：S

10、iO2、 等,10928,金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,共價鍵,思考： （1）在金剛石晶體中,C采取什么雜化方式？每個C與多少個C成鍵？最小碳環(huán)由多少個碳原子組成？它們是否在同一平面內(nèi)？ （2）在金剛石晶體中，C原子個數(shù)與CC鍵數(shù)之比為多少？ （3）12克金剛石中CC鍵數(shù)為多少NA？,7、典型的原子晶體,金剛石的結(jié)構(gòu)特征：在金剛石晶體里 每個碳原子都采取SP3雜化，以共價鍵跟4個碳原子結(jié)合，形成正四面體。 這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成一個堅實的，彼此 聯(lián)結(jié)的空間網(wǎng)狀晶體。 金剛石晶體中所有的CC鍵長相等，鍵角相等（10928）； 晶體中最小的碳環(huán)由6個碳組成，且不在同一平面內(nèi)； 晶體中C原子與CC鍵

11、數(shù)之比為1：2,金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞示意圖,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,共價鍵,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,共價鍵,10928,金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,共價鍵,思考1：在SiO2晶體中每個硅原子周圍緊鄰的氧原子有多少個？每個氧原子周圍緊鄰的硅原子有多少個？在SiO2晶體中硅原子與氧原子個數(shù)之比是多少？ 思考2：1mol二氧化硅的晶體含幾摩的Si-O 鍵 3:在二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)中,最小的環(huán)由幾個原子構(gòu)成?,SiO2的結(jié)構(gòu)特征：在SiO2晶體中 每個Si原子周圍結(jié)合4個O原子；每個O原子跟2個Si原子相結(jié)合。SiO2晶體是由S

12、i原子和O原子按1：2的比例所組成的立體網(wǎng)狀的晶體。 最小的環(huán)是由6個Si原子和6個O原子組成的12元環(huán)。 1mol SiO2中含4mol SiO鍵,解釋：結(jié)構(gòu)相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高 金剛石硅鍺,學與問,1、怎樣從原子結(jié)構(gòu)角度理解金剛石、硅和鍺的熔點和硬度依次下降？,2、“具有共價鍵的晶體叫做原子晶體”。這種說法對嗎？為什么？,小結(jié)1：分子晶體與原子晶體的比較,相鄰原子間以共價鍵相結(jié)合而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),分子間以分子間作用力結(jié)合,原子,分子,共價鍵,分子間作用力,很大,較小,很大,較小,不溶于任何溶劑,部分溶于水,不導(dǎo)電，個別為半導(dǎo)體,固體和熔化狀態(tài)都不

13、導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電,小結(jié)2：判斷晶體類型的方法,1、依據(jù)組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷：構(gòu)成原子晶體的微粒是原子，原子間的作用力是共價鍵，構(gòu)成分子晶體的微粒是分子，分子之間的作用力是分子間作用力。 2、依據(jù)物質(zhì)的分類判斷 3、依據(jù)晶體的熔點判斷：原子晶體的熔點高，一般在1000以上，分子晶體的熔點低，常在幾百度以下甚至更低 4、依據(jù)導(dǎo)電性判斷：分子晶體為非導(dǎo)體，部分分子溶于水能導(dǎo)電，原子晶體多為非導(dǎo)體，有些為半導(dǎo)體，如：硅、鍺 5、依據(jù)硬度和機械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小,石墨晶體結(jié)構(gòu),知識拓展石墨,（1）石墨中C原子以sp2雜化； （2）石墨晶體中最小環(huán)為六元環(huán)，含有C

14、2個，C-C鍵為 3； （3）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，可導(dǎo)電； （4）石墨中r（C-C）比金剛石中r（C-C）短。,石墨,1、石墨為什么很軟？ 2、石墨的熔沸點為什么很高（熔點高于金剛石）？,3、石墨屬于哪類晶體？為什么？,石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合，容易滑動，所以石墨很軟。,石墨為混合鍵型晶體。,它們都有很強的C-C共價鍵。在石墨中各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存在很強的共價鍵（大鍵）， C-C鍵長比金剛石的短，鍵的強度大，故其熔點金剛石高。,例4：石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)為平面正六邊形結(jié)構(gòu)，試回答下列問題： （1）圖中平均每個正六邊形占有C原子數(shù)為_個、占有的碳碳鍵

15、數(shù)為_個。 （2）層內(nèi)7個六元環(huán)完全占有的C原子數(shù)為_個，碳原子數(shù)目與碳碳化學鍵數(shù)目之比為_.,14,2:3,2,3,例1. 氮化硅（Si3N4）是一種新型的耐高溫耐磨材料，在工業(yè)上有廣泛用途，它屬于 原子晶體 B. 分子晶體 C. 金屬晶體D. 離子晶體 答案：A,典型例題,例2 碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結(jié)構(gòu)，其中C原子和S原子的位置是交替的。在下列三種晶體金剛石 晶體硅 碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序是 （ ） A. B. C. D. 分析：C與Si同為IVA族元素，它們的相似性表現(xiàn)在金剛石是原子晶體，晶體硅，碳化硅也是原子晶體。從碳到硅原子半徑逐漸增大，形成共價鍵的

16、鍵能逐漸減弱?？赏茢嗵蓟钁?yīng)在Si與C之間。三種原子晶體，空間結(jié)構(gòu)相似，熔點決定于它們的鍵長與鍵能，故熔點從高到低分別是金剛石、碳化硅、晶體硅。 答案：A,例3、單質(zhì)硼有無定形和晶體兩種，參考下表數(shù)據(jù),（1）晶體硼的晶體類型屬于_晶體， 理由是_。,（2）已知晶體硼結(jié)構(gòu)單元是由硼原子組成的正二十面體，其中有20個等邊三角形的面和一定數(shù)目的頂點，每個頂點上各有1個B原子。通過視察圖形及推算，此晶體結(jié)構(gòu)單元由_個硼原子構(gòu)成。其中BB鍵的鍵角為_。,分析：晶體硼的熔、沸點和硬度都介于晶體Si和金剛石之間，而金剛石和晶體Si均為原子晶體，B與C相鄰與Si處于對角線處，則晶體硼也為原子晶體。晶體硼每個三角形的頂點被5個三角形所共有，所以，此頂點完全屬于一個三角形的只占到1/5，每個三角形中有3個這樣的點