3晶体结构与性质知识点讲解.docx
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1、第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体 晶体:是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成 的物质。 非晶体:是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。2、晶体的特征(1) 晶体的基本性质晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。 自范性:a. 晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。b. “自发”过程的实现,需要一定的条件。晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速 率适当。 均一性:指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。 各向异性:同一晶体构造中,在不同方向上质点排列一般是不一样的,因此,晶体
2、的性质也随方向的不同而有所差异。 对称性:晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上,常有相等的对称 性。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复,这就是对称性。晶体的格子构 造本身就是质点重复规律的体现。 最小内能:在相同的热力学条件下,晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比 较,其内能最小。 稳定性:晶体由于有最小内能,因而结晶状态是一个相对稳定的状态。 有确定的熔点:给晶体加热,当温度升高到某温度便立即熔化。 能使X射线产生衍射:当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时,能产生光的衍射现 象。X射线的波长与晶体结构的周期大小相近,所以晶体是个理想的光栅,它能使X射线 产生衍射。
3、利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。非晶体物质没有周期性 结构,不能使X射线产生衍射,只有散射效应。(2) 晶体SiO2与非晶体SiO2的区别 晶体SiO2有规则的几何外形,而非晶体SiO2无规则的几何外形。 晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度有序,而非晶体SiO2内部质点排列无序。 晶体SiO2具有固定的熔沸点,而非晶体SiO2无固定的熔沸点。 晶体SiO2能使X射线产生衍射,而非晶体SiO2没有周期性结构,不能使X射线产 生衍射,只有散射效应。3、区分晶体与非晶体的方法(1) 考查固体的某些性质晶体的熔点较固定,而非晶体无固定的熔点。考察固体的熔点,可间接地确定某一固体
4、是否为晶体。晶体的许多物理性质表现出各向异性,而非晶体则表现出各向同性。(2) 对固体进行X射线衍射实验。这是区分晶体与非晶体最可靠的科学方法。二、晶胞1、定义:晶体结构的基本单元叫晶胞。2、晶胞与晶体的关系一般来说,晶胞都是平行六面体。晶体是由数量巨大的完全等同的晶胞无隙并置”而成 的。“完全等同”是指化学上等同和几何上等同,化学上等同就是指晶胞里原子数目和种类完 全等同;几何上等同是指不仅晶体中所有的晶胞的形状、取向和大小等同,而且晶胞里的原 子排列和空间取向完全等同。“无隙并置”是指一个晶胞与它相邻的晶胞完全共顶角、共面、 共棱的,取向一致,无间隙,从一个晶胞到另一个晶胞只需平移,不需转
5、动,进行或不进行 平移操作,整个集体的微观结构无区别。3、均摊法:是指每个图形平均拥有的粒子数目。如某个粒子为n个图形(晶胞)所共 有,则该粒子有1/n属于一个图形(晶胞)。 长方形(正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。体内:1;面中:1/2;棱上: 1/4 顶点:1/8; 非长方体晶胞中粒子对晶胞的贡献视情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边 形,其顶点(1个C原子)对六边形的贡献为1/3。三、物质熔沸点高低比较规律1、不同晶体类型的物质的熔沸点高低顺序一般是:原子晶体离子晶体分子晶体。 同一晶体类型的物质,则晶体内部结构粒子间的作用越强,熔沸点越高。2、原子晶体要比较共价键的强弱
6、,一般地说,原子半径越小,形成的共价键的键长越 短,键能越大,其晶体熔沸点越高。如熔点:金刚石碳化硅晶体硅。3、离子晶体要比较离子键的强弱。一般地说,阴阳离子的电荷数越多,离子半径越小, 则离子间的作用就越强,其离子晶体的熔沸点就越高,如熔点:MgOMgCl2NaClCsCl。4、分子晶体:组成和结构相似的物质,相对分子质量越大,熔沸点越高,如:熔沸点: O2N2, HIHBrHClo组成和结构不相似的物质,分子极性越大,其熔沸点就越高,如 熔沸点CON2。在同分异构体中,一般地说,支链数越多,熔沸点越低,如沸点:正戊烷 异戊烷新戊烷;同分异构体的芳香烃及其衍生物,其熔沸点高低顺序是邻间对位化
7、 合物。5、金属晶体中金属离子半径越小,离子电荷数越多,其金属键越强,金属熔沸点就越 高。6、元素周期表中第WA族卤素的单质(分子晶体)的熔沸点随原子序数递增而升高;第 I A族碱金属元素的单质(金属晶体)的熔沸点随原子序数的递增而降低。四、晶胞的计算公式:NMP V =NA式中 晶体密度,V一晶体所占体积,N个晶胞所含微粒个数,M粒子的摩尔 质量,N 阿伏加德罗常数。A.第二节分子晶体和原子晶体【知识点梳理】1、分子晶体(1)概念:分子间以分子间作用力结合的晶体叫做分子晶体。(2)构成微粒:分子。特例:稀有气体为单原子分子。(3)微粒间的作用: 分子间作用力,部分晶体中存在氢键。 分子间作用
8、力的大小决定了晶体的物理性质;分子的相对分子质量越大,分子间作 用力越大,物质的溶、沸点越高,硬度越大。 分子内存在化学键:在晶体状态改变时不被破坏。 分子晶体采用密堆积。注意:分子密堆集的概念:如果分子间的作用力只有范德华力,分子晶体常形成面心结构的 晶胞,如CO2的晶胞,如图所示。若以一个分子为中心,其周围通常可以有12个紧邻的分 子,这一特征称为分子密堆积。(4)分子晶体的性质: 一般而言,硬度较小,易挥发。 具有较低的熔沸点。 固体和熔融状态下都不导电。 “相似相溶原理”:非极性溶质一般能溶于非极性溶剂;极性溶质一般能溶于极性溶剂。(5)“CO2”分子晶体的结构模型(上图):在CO2晶
9、体中,每个CO2分子与12个CO2分子等距离相邻(三个互相垂直的平面上各 4个)。注:大多数分子晶体具有这种结构特征。(6)常见的分子晶体: 所有非金属氢化物,如:水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。 部分非金属单质,如:卤素X2、氧气、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、C60等。 立匕全屋宣彳物 力日.qc qc pc pc 坚 部分日非金属氧化物,如:CO、SO、SOq、P O、P On等。 几乎所有的酸,如:H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3等。 绝大多数有机物,如:苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。(7)氢键型晶体:水形成的晶体的特征:所有水分子以氢键的结合在一起形成链状或层状等结
10、构。在冰晶 体中,每个水分子周围只有4个紧邻的水分子(如图),每个水分子可形成4个氢键。III水形成冰晶体时体积膨胀,密度减小。2、原子晶体(1)概念:相邻原子间以共价键结合而形成空间网状结构的晶体,叫做原子晶体。(2)构成微粒:原子。(3)微粒间作用:共价键。决定了晶体的物理性质。(4)原子晶体结构特征: 晶体中只存在共价键,原子间全部通过共价键相结合。晶体中原子不遵循紧密堆积 原则。 晶体为立体空间网状结构。 原子晶体中不存在单个分子。如SiO2代表硅原子和氧原子个数比为1: 2,并不代 表分子。(5)金刚石、SiO2的晶体结构模型: 金刚石:T金刚石的晶体结构模型在金刚石晶体里,每个碳原
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