U盘--分子晶体和原子晶体

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1、分子晶体和原子晶体一、晶体与非晶体1、晶体的定义：晶体是由原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。 非晶体是原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成的固体。 （1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断。 （2）晶体内部的原子有规律地排列，且外观为多面体，为固体物质。 （3）周期性是晶体结构最基本的特征。2、晶体与非晶体的本质差异 自范性微观结构晶体有（能自发呈现多面体外形）原子在三维空间里呈周期性有序排 列非晶 体没有 （不能自发呈现多面体外 形）原子排列相对无序（1）自范性：晶体能自发性地呈现多面体外形的性质。 （2）晶体自范性的本质:是晶体

2、中粒子微观空间里呈现周期性地有序排列的宏观表象。 （3）晶体自范性的条件之一：生长速率适当。如熔融态的二氧化硅，快速地冷却得到玛瑙，而缓慢冷却得到 水晶。3、晶体形成的一段途径： （1）熔融态物质凝固。如从熔融态结晶出来硫晶体。（2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。如凝华得到的碘晶体。 （3）溶质从溶液中析出。如从硫酸铜饱和溶液中析出的硫酸铜晶体。4、晶体的特点： （1）均匀性（2）各向异性（3）自范性（4）有明显确定的熔点（5）有特定的对称性（6）使 X 射线产生衍射二、晶胞1、晶胞的定义：晶体结构中的基本单元叫晶胞。 （1）晶胞是从晶体结构中截取出来的大小、形状完全相同的平行六面体。

3、晶胞代表整个晶体，无数个晶胞堆 积起来，则得到晶体。（2）整个晶体是由晶胞“ 无隙（相邻晶胞之间没有任何间隙）并置（所有晶胞都是平行排列的，取向相同）” 堆砌而成。晶胞的无隙并置体现了晶体的各向异性（强度、导热、光学性质）和紧密堆积（紧密堆积指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相 互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。） 。 （3）晶胞内微粒的组成反映整个晶体的组成，求出晶胞中微粒的个数比就能写出晶体的化学式。2、晶胞中原子个数的计算方法：三、分子晶体1、定义：分子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相结合的晶体叫分子晶体。 （

4、1）构成分子晶体的粒子是分子； （2）分子晶体的粒子间的相互作用是范德华力； （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。2、典型的分子晶体 （1）所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX （2）部分 非金属单质：X2、 N2、 O2、 H2、S8、P4、C60 （3）部分 非金属氧化物：CO2、SO2、N2O4，P4O6， P4O10（4）几乎所有的酸：H2SO4、HNO3、H3PO4 （5）大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖3、分子晶体的物理特性： 某些分子晶体的熔点由于范德华力很弱，所以分子晶体一般具有： （1）较低的熔点和沸点； （2）较小的

5、硬度； （3）一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。 【思考 1】为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？ 因为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。 【思考 2】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。 【思考 3】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。由于分子间作用力 特别是氢键的方向性，导致晶体冰中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大。又由于CO2分子的相对分子质量 H2O 分子的相对分子质

6、量，所以干冰的密度大。4、分子晶体的结构特征组成微粒微粒间作用堆积方式熔沸点比 较密度比 较冰水分子范 德 华 力 和 氢 键每 个 分 子 周 围 有 4个紧邻的分子较高较小干冰CO2分子范德华力每 个 分 子 周 围有 12 个紧邻的 分子较低较大大多数分子晶体结构有如下特征： （1）如果分子间作用力只是范德华力。以一个分子为中心，其周围通常可以有几个紧邻的分子。如 O2、C60、CO2，我们把这一特征叫做分子紧密堆积。 （2）如果分子间除范德华力外还存在着氢键，分子就不会采取紧密堆积的方式。如在冰的晶体中，每个水分子周围只有4 个紧邻的水分子，形成正四面体。 氢键不是化学键，比共价键弱得

7、多却跟共价键一样具有 方向性，而氢键的存在迫使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空间利用率不高，皆有相当大的空隙使得冰的密度减小。5、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

8、（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。四、原子晶体1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。 （1）构成原子晶体的粒子是原子； （2）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合； （3）原子晶体熔化破坏的是共价键。2、常见的原子晶体 （1）某些非金属单质：金刚石（C） 、晶体硅（ Si） 、晶体硼（ B） 、晶体锗（ Ge）等。 （2）某些非金属化合物：碳化硅

9、（SiC）晶体、氮化硼（BN ）晶体等。（3）某些氧化物：二氧化硅（SiO）晶体。3、原子晶体的物理特性在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体具有：（1）熔点和沸点高； （2）硬度大； （3）一般不导电； （4）且难溶于一些常见的溶剂。 【思考 4】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C O 键能 Si-O 键能，所以CO2分子更稳定。 【思考 5】怎样从原子

10、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。4、原子晶体的结构 （1）金刚石晶体金刚石中每个C 原子以 sp3杂化，分别与4 个相邻的C 原子形成4 个 键，故键角为10928，每个 C 原子 的配位数为4；每个 C 原子均可与相邻的4 个 C 构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+4 1/4 =2 个碳原子； 在金刚石中最小的环是六元环，1 个环中平均含有6 1/12=1/2 个 C 原子，含C-C 键数为 6 1/

11、6=1；金刚石的晶胞中含有C 原子为 8 个，内含4 个小正四面体，含有C-C 键数为 16。（2）二氧化硅晶体二氧化硅中Si 原子均以sp3杂化，分别与4 个 O 原子成键，每个O 原子与 2 个 Si 原子成键；晶体中的最小环为十二元环，其中有 6 个 Si 原子和 6 个 O 原子， 含有 12 个 Si-O 键；每个 Si 原子被 12 个十 二元环共有，每个O 原子被 6 个十二元环共有，每个Si-O 键被 6 个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si 原子数为6 1/6=1，拥有的O 原子数为6 1/6=1，拥有的Si-O 键数为 12 1/6=2，则 Si 原子数与O 原子数 之

12、比为 1：2。【思考 6】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 7】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。5、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。 【比较归纳】原子晶体与分子晶体的比较分子晶体原子晶体 构成微粒分子原子晶体内相互作用力分子间作用力（含极性、氢键）共价键硬度、熔沸点低高熔、沸点变化规律（1）对于组成结构相似的物质，相对

13、分子质量 （2）极性分子非极性分子（3）氢键作用键长、键能化学式能否表示分 子结构能不能【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

14、硬度小且较脆。【知识拓展】石墨石墨的层状结构 （1）石墨中C 原子以 sp2杂化；（2）石墨晶体中最小环为（6）元环，含有C（2）个， C-C 键为（ 3） ； （3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。 【思考 8】石墨为什么很软？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。 【思考 9】石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？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。 【思考 10】石墨属于哪类晶体？ 石墨为混合键型晶体。【典型例题】例 1. 氮化硅（ Si3N4）是一种新型的耐高

15、温耐磨材料，在工业上有广泛用途，它属于A. 原子晶体B. 分子晶体C. 金属晶体D. 离子晶体 分析： 耐高温、耐磨是原子晶体的特点，故氮化硅（Si3N4）是原子晶体。 答案： A 例 2. 共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中， 只含有上述一种作用的是（）A. 干冰B. 氯化钠C. 氢氧化钠D. 碘 分析： 干冰是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在范德华力。NaCl 是离子晶体只存在离子键。NaOH 是离子晶体，不仅存在离子键，还存在HO 间共价键。碘也是分子晶体，分子内存在共价键，分子间存在分 子间作用力。故只有B 符合题意。 答案： B 例 3. 碳化硅

16、（ SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C 原子和 S 原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石晶体硅碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）A.B.C.D. 分析： C 与 Si 同为 IVA 族元素，它们的相似性表现在金刚石是原子晶体，晶体硅，碳化硅也是原子晶体。从 碳到硅原子半径逐渐增大，形成共价键的键能逐渐减弱。可推断碳化硅应在Si 与 C 之间。三种原子晶体，空间结构相似，熔点决定于它们的键长与键能，故熔点从高到低分别是金刚石、碳化硅、晶体硅。 答案： A 例 4. 如图所示，直线交点处的圆圈为NaCl 晶体中 Na+或 Cl所处的位置。这两种离子在空间三个互相垂直的方向上都是等距离排列的。 （1）请将其中代表Na+的圆圈涂黑（不必考虑体积大小），以完成NaCl 晶体结构示意图。 （2）晶体中，在每个Na+的周围与它最接近的且距离相等的Na+共有个。 （3）在 NaCl 晶胞中正六面体的顶点上、面上、棱上的Na+或 Cl为该晶胞与其相邻的晶胞所共有，一个晶胞