上课)第三章第二节分子晶体与原子晶体ppt课件.ppt
第二节 分子晶体与原子晶体,第一课时分子晶体,NaCl晶胞,晶体,离子型晶体,原子型晶体,分子型晶体,金属型晶体,混合型晶体,晶体的分类,构成晶体的微观粒子,阴、阳离子,原子,分子,金属阳离子,复习1,晶体中微粒间作用力,复习2,微粒为分子：,分子间作用力（或范德华力）或氢键,微粒为原子：,极性共价键或非极性共价键；,微粒为阴、阳离子：,离子键,微粒为阳离子和自由电子：,金属键,观察下列两种晶体的晶胞找出两种晶体的共同点？,结论：构成微粒都是分子。 都是面心立方晶胞。,碘晶胞,二氧化碳晶胞,一、分子晶体,1、概念 构成晶体的粒子是分子，粒子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相互作用的晶体叫分子晶体。如碘晶体,I2分子，属于分子晶体（1）构成分子晶体的粒子是分子。（2）粒子间的相互作用:分子内的原子间以共价键结合;而相邻分子靠分子间作用力或氢键相互吸引。（3）范德华力远小于化学键的作用；（4）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。,一、分子晶体,碘晶体结构,干冰晶体结构,（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3， CH4，HX（2）部分非金属单质:X2，O2，H2， S8，P4， C60 （3）部分非金属氧化物: CO2， SO2， NO2， P4O6， P4O10（4）几乎所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4（5）绝大多数有机物的晶体：乙醇，冰醋酸，蔗糖 (6)稀有气体,2. 典型的分子晶体：,分子晶体有哪些物理特性,为什么？,思考与交流,因为构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力或氢键，而分子间作用力和氢键比共价键弱得多。,因此，分子晶体大多数有低熔沸点、低硬度的特点，且有些分子具有升华的特性；,注意：,分子晶体气化或熔化时破坏的作用力：,是分子间作用力或氢键，,（1）有单个分子存在，化学式就是分子式(2)较低的熔点和沸点，易升华； (3)较小的硬度；(4)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。（本身不导电，但有些溶于水能导电）（5）分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的分子的极性相关 相似相溶,3.分子晶体的一般宏观性质：,（1）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。,4.晶体分子结构特征（分两种情况）,分子的密堆积,1 分子的密堆积,干冰的晶体结构图,重要结论：与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个,左图是CO2晶体晶胞的结构，有图可知CO2晶体的晶胞是一个面心立方结构，立方体的每个顶点上有一个CO2分子，6个面心上还有6个CO2分子，每个CO2分子周围离该分子距离最近且相等的CO2分子有12个（同层4个，上层4个，下层4个），每个晶胞从CO2晶体中分享到4个CO2分子，无数个这样的晶胞在空间无隙并置形成了CO2晶体,干冰为例,4.晶体分子结构特征（分两种情况）,分子的密堆积,重要结论：与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个,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（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。,（2）非密堆积,4.晶体分子结构特征（分两种情况）,冰中个水分子周围有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,2 分子的非密堆积,冰中水分子之间的相互作用除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子靠氢键形成的，由于氢键具有一定的方向性，每个水分子与周围的4个水分子结合，4个水分子也按照这样的规律再与其它水分子结合。这样，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合，因此他们之间的距离较近一些，与其他水分子的另外2个氢原子靠氢键结合在一起。在这种排列中，分子的间距比较大，有很多空隙，比较松散。因此，液态水变成固态水时，即水凝固成冰.雪.霜时，密度减小。,2 冰（分子的非密堆积）,6、分子晶体熔、沸点高低的比较规律 分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。,（1）组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大，熔沸点越高。如：O2N2，HIHBrHCl。（2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如CON2（3）含有氢键的，熔沸点较高。如H2OH2TeH2SeH2S，HFHCl，NH3PH3 （4）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位间位对位”的顺序。,1、分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？,由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或晶体熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，因此，分子晶体以及它熔化成的液体都不导电。,分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于水，有的不导电，如C2H5OH溶于水。,深入探究,2、为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？,构成晶体的微粒是分子分子之间以分子间作用力（主要是范德华力）相结合，范德华力远小于化学键的作用,3.是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？,不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，如冰中就同时存在着范德华力和氢键。,4、为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？ 由于冰中除了范德华力外还有氢键作用，破坏分子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。 在冰中由于氢键的方向性，导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰的体积较大，密度比干冰小。,5、为什么冰的密度比水的小，而4时的水的密度最大？,氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引。这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，体积较大，密度比水小当冰刚刚融化为液态水时，热运动使冰的结构部分解体，水分子间的空隙减小，密度开始增大；超过4时，由于热运动加剧，分子间距离再次加大，密度又逐渐减小,6、如何比较分子晶体熔沸点的高低？,一般来说，分子晶体中范德华力越大，物质的熔、沸点越高。分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高；分子内氢键的形成使物质的熔、沸点降低。,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Cl28H20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”,科学视野：天然气水合物一种潜在的能源,本节小结:,1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。3、常见分子晶体分类：(1)所有非金属氢化物 (2)部分非金属单质， (3)部分非金属氧化物(4)几乎所有的酸(而碱和盐则是离子晶体 (5)绝大多数有机物的晶体。,本节小结:,晶体分子结构特征（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征 （如：HF 、冰、NH3 ）,第二节 分子晶体与原子晶体,第二课时,思考与交流,CO2和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很高？,二、原子晶体 1、定义：原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。 2、构成微粒：原子 3、微粒之间的作用：共价键 4、气化或熔化时破坏的作用力：共价键,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,熔点和沸点高硬度大（如金刚石是天然存在的最硬的物质一般不导电（但晶体硅是半导体）难溶于一些常见的溶剂,原子晶体为什么有较高的熔沸点？,原子晶体气化或熔化时破坏的作用力:共价键所以原子晶体一般都有：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。,原子晶体熔、沸点比较规律：对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。,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（ SiO）晶体,10928,共价键,金刚石的晶体结构示意图,典型的原子晶体,金刚石的结构特征：在金刚石晶体里每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。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。金刚石晶体中所有的CC键长相等，键角相等（10928）；晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；晶体中每个C参与了4条CC键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与CC键数之比为：1 ：（4 x ）= 1：2,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,SiO2的结构特征：在SiO2晶体中,二氧化硅中Si原子均以sp3杂化，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，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。最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。1mol SiO2中含4mol SiO键,180,10928,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,思考1原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？ 不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。思考2以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？（1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。（2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。,思考3为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？ 因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价键，而CO键能Si-O键能，所以CO2分子更稳定。思考4怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？因为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，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石碳化硅锗。,分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较,构成晶体粒子,分子,原子,分子间作用力,共价键,结构、性质,较小,较大,较低,很高,固态和熔融状态都不导电,不导电,相似相溶,难溶于常见溶剂,【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。（2）记忆常见的、典型的原子晶体。（3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。,不同晶体类型熔沸点高低的判断：,原子晶体：,原子半径越小，共价键键能越大，熔沸点越高。,Si，SiO2，SiC,SiO2SiC Si,分子晶体：,结构相似的分子，分子量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。,F2，Cl2，Br2，I2,F2 Cl2 Br2 I2,一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。,知识拓展石墨,石墨晶体结构,知识拓展石墨,石墨,1、石墨为什么很软？2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？,3、石墨属于哪类晶体？为什么？,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。,石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大键），故熔沸点很高。,石墨为混合键型晶体。,小结：金刚石、石墨的比较,正四面体空间网状,六边形平面层状,共价键,共价键与范德华力,个原子不同面,个原子同面,6 x 1/6=1,6 x 1/2=3,6 x 1/12=1/2,6 x 1/3=2,练习1、金刚石（晶体硅结构与此类似）,（1）由图中观察可知：每个碳原子被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟4个碳原子连接，形成四面体。这些四面体向空间发展，构成一个坚实的、彼此联结的空间网状晶体。每个 C-C键长相等，键角均为109。28。,（2）晶体中最小环由_个C组成且不共面。,6,（3）晶体中C原子数与C-C 键数之比为： /12：/6：,：,例、如右图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一个最小的碳环完全拥有碳原子数为_，拥有CC数为_每个C完全拥有CC数为_,石墨中CC夹角为120， CC键长为 1.421010 m层间距 3.35 1010 m,2,3,1.5,再见,
