《晶体上课用》PPT课件.ppt
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1、不同类型的晶体,什么叫晶体?,通过结晶过程形成的具有规则几何外形的固体叫晶体。晶体中的微粒(分子、原子或离子)按一定的规则排列。,晶体的内部结构,晶格:把晶体中规则排列的微粒抽象成几何学中的点,并称为结点。这些点的结合称为点阵,沿着一定的方向按某种规则把结点连结起来,则得到描述各种晶体内部结构的几何图像晶体的空间格子,称为晶格。,晶胞基本特征:晶胞有三个要素:晶胞型式:平行六面体晶胞中各种粒子比与晶体一致晶胞在结构上的对称性要和晶体一致,晶胞:在晶格中,能表现出其结构的一切特征的最小部分称为晶胞。(晶体中最有代表性的重复单位),简单立方,体心立方,面心立方,三种典型立方晶体结构,构成晶体的基本
2、微粒和作用力,阴阳离子原子分子,阴阳离子间以离子键结合,形成离子晶体。原子间以共价键结合,形成原子晶体。分子间以分子间作用力(又称范德华力)结合,形成 分子晶体。,离子晶体,什么叫离子晶体?离子晶体的特点?哪些物质属于离子晶体?,离子间通过离子键结合而成的晶体。无单个分子存在;NaCl 和CsCl不是表示分子式。熔沸点较高,硬度较大,较脆。水溶液或者熔融状态下均导电。强碱、部分金属氧化物、部分盐类。,1.食盐(晶体)的形成(立方面心),每个Na+周围有六个Cl-,每个Cl-周围有六个Na+,在NaCl晶体中,每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有()个。,12,立方面心的配位数:6,思
3、考:请问在NaCl晶体中Na+与Cl-的个数比是多少?,运用晶胞求晶体中微粒个数比步骤如下:(1)找到晶体的最小重复单元晶胞:,(2)分析晶胞中各微粒的位置:(均摊法),(3)计算出晶胞中各微粒的个数,顶点:处于顶点的离子,同时为8个晶胞所共 有,每个离子有1/8属于该晶胞,棱上:处于棱上的离子,同时为4个晶胞所共 有,每个离子有1/4属于该晶胞,面心:处于面心的离子,同时为2个晶胞所共 有,每个离子有1/2属于该晶胞,体内:处于体心的离子,完全属于该晶胞,该离子按1计入晶胞,晶胞结构可以看出:在每个NaCl晶胞中Na+的位置有两种:8个位于晶胞的顶点,6个位于晶胞的面心,则Na+离子个数=1
4、/88+1/26=4;Cl-的位置有两种:12个位于晶胞的棱边,1个位于晶胞的体心,Cl-离子个数=1/412+1=4。由此可见,NaCl晶胞中Na+离子与Cl-离子的个数比为1:1,故晶体中Na+离子与Cl-离子的个数比为1:1。,练习:ZnS型晶胞中有锌离子与硫离子个数比为(),思考:设Na+与 Cl-之间的距离为a,求NaCl的密度D.,2.CsCl晶体(体心立方),在CsCl晶体中,每个Cs+同时吸引()个Cl-,每个Cl-同时吸引()个Cs+。,在CsCl晶体中,每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有()个。,8,8,6,体心立方的配位数为:,8,CsCl的晶体结构示意图,返
5、回,思考:设CsCl晶胞的边长为a,求CsCl的密度D.若Cs+与 Cl-之间的距离为a,则CsCl的密度D,晶体中的Cs+与Cl-个数之比为(),1:1,为什么NaCl的熔沸点比CsCl高?,思考,Na+半径比Cs+小,Na+与Cl-的相互作用比Cs+与Cl-的相互作用强,Na+与Cs+均带一个单位正电荷,,阴离子均为氯离子。,NaCl晶体中的离子键较强,,NaCl晶体的熔沸点较高。,结论:一般来说,阴、阳离子的电荷数越多,离子半径越小,则离子键越强,离子晶体的熔沸点越高。,练习:比较下列化合物的熔点的高低(从低往高排列)KCl NaCl MgO MgS,3.晶格能(用U表示),键能:1mo
6、l 气态 分子,离解成气体原子时,所吸收的能量.E(1)定义:晶格能是指将1mol 离子晶体里的正负离子完全气化而远离所需要吸收的能量(符号为正)。(或气态的正负离子,结合成 1mol NaCl 晶体时,放出的能量.(符号为负),(2)意义:晶格能 U 越大,则形成离子键时放出的能量越多,离子键越强.键能和晶格能,均能表示离子键的强度,而且大小关系一致.通常,晶格能比较常用.如何求得晶格能?,(3)晶格能的测定玻恩-哈伯循环法,利用生成焓(Hf)、升华热(Hs)、离解能(D)、电离能(I)和电子亲合能(A)等实验数据求得晶格能,以NaCl为例:,以NaCl为例:玻恩-哈伯循环法,Na(s)+1
7、/2Cl2(g)NaCl(s),Na+(g)+Cl-(g),Na(g)+Cl(g),Hf=Hs+1/2D+A+U,U=Hs+1/2D+A-Hf,其中M为马德隆常数,Z+Z-为正负离子所带电荷数r0为阴阳离子之间的距离,n为波恩指数。,例、已知M=1.7476,MgS晶体中正负离子核间距r0=259pm,,波恩指数n=8。求MgS晶体的晶格能。,U=3270.6 KJ/mol,原子晶体,什么叫原子晶体?原子晶体的特点?哪些物质可以形成原子晶体?,原子间以共价键结合,向空间伸展,形成彼此连接的空间网状结构的晶体。无真正意义的“分子”存在;只有化学式。熔沸点很高,硬度很大。少数非金属单质(晶体硅、金
8、刚石等)少数非金属氧化物(如SiC、SiO2)等。,原子晶体的熔沸点、硬度怎样?熔沸点高低由什么因素决定?,原子晶体中所有原子之间以共价键结合,共价键总数特别多,共价键的键能总和也特别大,所以原子晶体的熔沸点越高、硬度很大。,你知道吗,熔沸点高低由共价键的键能决定,与共价键的键长成反比,也就是与原子半径的大小成反比。,试比较:晶体硅、金刚石、碳化硅 的熔点高低?,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,180,10928,Si,o,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,原子晶体,空间网状结构,Si原子构成正四面体,O原子位于SiSi键中间。(SiO2晶体中不存在SiO2分子,只是由于Si原子和
9、O原子个数比为12,才得出二氧化硅的化学式为SiO2),层状结构,每一层内,碳原子以正六边形排列成平面的网状结构,每个正六边形平均拥有两个碳原子。片层间存在范德华力,是混合型晶体。,石墨的晶体结构俯视图,(1)石墨晶体的同层中,C与C之间是什么作用力,键角是多少?(2)在石墨晶体的每个正六边 形中,碳原子数与共价键数 之比是多少?,在石墨晶体的同一层中,每个碳原子与三个六边形共用,每一个共价键与两个六边形共用,所以属于每个六边形的碳原子数为(个)共价键数(个)。每个六边形中碳原子数与共价键数比为2:3。,1/36=2,1/26=3,三、分子晶体,什么叫分子晶体?分子晶体的特点?哪些物质可以形成
10、分子晶体?,分子间通过分子间作用力结合成的晶体。有单个分子存在;化学式就是分子式。熔沸点较低,硬度较小,易升华。多数非金属单质(卤素、氧气、等)稀有气体(如氦,氖,氩)非金属氢化物(如氨,氯化氢)多数非金属氧化物(如CO、SO2)等。,1.分子极性 偶极矩,在任何一个分子中都可以找到一个正电荷中心和一个负电荷中心。如HCl、CO2,正、负电荷中心重合的分子为非极性分子,正、负电荷中心不重合的分子为极性分子,如CH4、BF3,如NH3、H2O,同核双原子分子:原子的电负性相同,原子之间的化学键是非极性键,分子是非极性分子。,异核双原子分子:由于电负性不同,两个原子之间的化学键为极性键,分子是极性
11、分子。,多原子分子:如是相同原子组成的、且仅有非极性键,则分子通常是非极性分子,如P4、S8等。如果组成原子不相同,那么分子的极性不仅与元素的电负性有关,还与分子的空间结构有关。,例如,SO2和CO2都是三原子分子,都是由极性键组成,但CO2的空间结构是直线型,键的极性相互抵消,分子的正、负电荷中心重合,分子为非极性分子。而SO2的空间构型是角型,正、负电荷重心不重合,分子为极性分子,分子极性的大小用偶极矩来量度。在极性分子中,正、负电荷中心的距离称偶极长,用符号d表示,单位为米(m);正、负电荷所带电量为q和q,单位库仑(C);=q d,*偶极矩还可帮助判断分子可能的空间构型。例如NH3和B
12、Cl3都是由四个原子组成的分子,可能的空间构型有两种,一种是平面三角形,一种是三角锥形,根据(NH3)=5.001030 Cm(BCl3)=0.00 Cm可知,BCl3分子是平面三角形构型,而NH3分子是三角锥形构型。,*根据偶极矩大小可以判断分子有无极性,比较分子极性的大小。=0,为非极性分子;值愈大,分子的极性愈大。,2.分子变形性,非极性分子在外电场作用下会产生偶极,成为极性分子;,极性分子在外电场作用下本来就具有的固有偶极会增大,分子极性进一步增大。这种在外电场作用下,正、负电荷中心距离增大的现象,称为变形极化,所形成的偶极称为诱导偶极,3.分子间的吸引作用,(1)色散力 任何分子由于
13、其电子和原子核的不断运动,常发生电子云和原子核之间的瞬间相对位移,从而产生瞬间偶极。瞬间偶极之间的作用力称为色散力,分子的变形不仅在电场中发生,在相邻分子间也会发生。分子的极性和变形性,是产生分子间力的根本原因。,分子的变形性愈大,色散力愈大。分子中原子或电子数越多,分子愈容易变形,所产生的瞬间偶极矩就愈大,相互间的色散力愈大。色散力不仅存在于非极性分子间,同时也存在于非极性分子与极性分子之间和极性分子与极性分子之间。所以色散力是分子间普遍存在的作用力。,(2)诱导力,当极性分子与非极性分子相邻时,极性分子就如同一个外电场,使非极性分子发生变形极化,产生诱导偶极。极性分子的固有偶极与诱导偶极之
14、间的这种作用力称为诱导力。,诱导力的本质是静电引力,极性分子的偶极矩愈大,非极性分子的变形性愈大,产生的诱导力也愈大;而分子间的距离愈大,则诱导力愈小。极性分子之间也会相互诱导产生诱导偶极,所以极性分子之间也会产生诱导力。,(3)取向力,极性分子与极性分子之间,由于同性相斥、异性相吸的作用,使极性分子间按一定方向排列而产生的静电作用力称为取向力。,+-,-+,+-,+-,+-,+-,取向力的本质是静电作用,可根据静电理论求出取向力的大小。偶极矩越大,取向力越大;分子间距离越小,取向力越大。同时,取向力与热力学温度成反比。,分子间力的特点:,*分子间力属静电作用,既无方向性,也无饱和性。分子间力
15、是一种永远存在于分子间的作用力,随着分子间距离的增加,分子间力迅速减小,其作用能的大小约比化学键小12个数量级,在几到几百焦耳每摩尔之间。,*分子间力主要影响物质的物理性质,如物质的熔点、沸点等。例如,HX的分子量依HClHBrHI顺序增加,则分子间力(主要是色散力)也依次增加,故其熔沸点依次增高。然而它们化学键的键能依次减小,所以其热稳定性依次减小。此外分子间力愈大,它的气体分子越容易被吸附。,p区同族元素氢化物的熔、沸点从上到下升高,而NH3、H2O和HF却例外。如H2O的熔、沸点比H2S、H2Se和H2Te都要高。H2O还有许多反常的性质,如特别大的介电常数和比热容以及密度等。又如HF分
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