离子晶体分子晶体原子晶体.ppt
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离子晶体、分子晶体与原子晶体,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;微粒为离子:
离子键。
复习总结:
微粒间作用,一、离子晶体,1.定义:
离子间通过离子键结合而成的晶体,2.构成微粒:
微粒间的作用力:
阴、阳离子,离子键,.离子晶体的结构,NaCl晶体结构示意图:
(1)NaCl的晶体结构,立方结构(基本结构单元是立方体),1、每个Na+离子周围有_个Cl离子,每个Cl离子周围有_个Na+离子。
6,6,讨论:
2、每个Na+离子周围与Na+最近且等距离的Na+有_个,每个Cl离子周围与Cl最近且等距离的Cl有_个。
12,12,晶胞:
晶体中最小的重复单元,有1/8属于该立方体,有1/4属于该立方体,有1/2属于该立方体,完全属于该立方体,3该晶胞中实际有几个Na+?
几个Cl?
.晶体中结构单元微粒实际数目的计算、离子晶体化学式的确定(均摊法),位于顶点的微粒,晶胞完全拥有其1/8。
位于面心的微粒,晶胞完全拥有其1/2。
位于棱上的微粒,晶胞完全拥有其1/4。
位于体心上的微粒完全属于该晶胞拥有为1。
晶胞中的氯离子数=12+1=4,钠离子数=8+6=4。
即钠离子与氯离子个数比为4:
4=1:
1,故氯化钠的化学式为NaCl,CsCl晶体的结构:
(2)CsCl:
体心立方结构(基本结构单元是体心立方体),、每个Cs+离子周围有_个Cl离子,每个Cl离子周围有_个Cs+离子,8,8,、每个离子周围与Cs+最近且等距离的Cs+有_个,每个Cl离子周围与Cl最近且等距离的Cl有_个。
、该晶胞中有几个Cs+?
几个Cl?
化学式呢?
、CsCl,例题分析:
如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、铁电、光电等功能的晶体材料的最小结构单元(晶胞)。
求晶体内与每个“T”紧邻的氧原子数、这种晶体材料的化学式?
(各元素所带的电荷均已略去),例题解析:
化学式为:
BaTiO3,Ba:
1x1Ti:
8x(1/8)O:
12x(1/4),离子晶体物理性质列表:
思考题:
离子晶体的熔、沸点,硬度与离子键强弱有何关系?
为什么?
思考2比较NaCl、CsCl熔点和沸点的高低,12900C,6450C,CsCl,14130C,8010C,NaCl,沸点,熔点,为什么NaCl的熔点和沸点比CsCl的高?
离子键的强弱与离子晶体的物理性质的关系,离子键越强,离子晶体的硬度越大、熔沸点越高,阴、阳离子电荷越大离子半径越小,结构决定性质,离子晶体的熔沸点高低与离子键强弱有关,离子键越强其熔沸点越高。
阴阳离子的半径越小,离子键越强。
阴阳离子所带电荷越多,离子键越强。
练习1比较下列晶体熔沸点高低:
NaFKClNaClKBrCsI,NaFNaClKClKBrCsI,rNa+CsCl,B,A2BC2,看图写化学式,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,是化学式。
熔沸点较高,硬度较大,难挥发难压缩。
水溶液或者熔融状态下均导电。
离子化合物:
大部分盐类、强碱、铵盐、活泼金属的氧化物、,思考与交流石墨和金刚石同属于碳的单质,为什么在硬度上会相差如此之大?
观察与思考:
下列两种晶体有什么共同点?
碘晶体结构,干冰晶体结构,二、分子晶体,1、概念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
(1)构成分子晶体的粒子是分子。
(2)粒子间的相互作用是分子间作用力。
(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。
分子晶体有哪些物理特性,为什么?
思考与交流,
(1)较低的熔点和沸点,易升华;
(2)较小的硬度;(3)一般都是绝缘体,熔融状态也不导电。
原因:
分子间作用力较弱,2、物理特性:
3、典型的分子晶体:
非金属氢化物:
H2O,H2S,NH3,CH4,HX酸:
H2SO4,HNO3,H3PO4部分非金属单质:
X2,O2,H2,S8,P4,C60部分非金属氧化物:
CO2,SO2,NO2,P4O6,P4O10大多数有机物:
乙醇,冰醋酸,蔗糖,4、分子晶体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,分子的密堆积,(与每个分子距离最近的相同分子共有12个),氧(O2)的晶体结构,碳60的晶胞,分子的密堆积,(与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个),干冰的晶体结构图,冰中个水分子周围有个水分子,冰的结构,氢键具有方向性,分子的非密堆积,思考:
1mol冰周围有?
mol氢键,冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型?
归纳要点分子的密度取决于晶体的体积,取决于紧密堆积程度,分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定:
(1)范德华力
(2)分子间氢键,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(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。
思考1是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力?
思考2为什么冰融化为水时,密度增大?
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。
在冰晶体中,每个分子周围只有4个紧邻的水分子,由于水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样具有方向性,即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变,留有相当大的空隙。
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,密度反而增大。
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,导致晶体中有相当大的空隙,所以相同状况下体积较大由于CO2分子的相对分子质量H2O,所以干冰的密度大。
科学视野:
笼装化合物,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”,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?
180,10928,Si,O,共价键,二氧化硅晶体结构示意图,10928,共价键,金刚石的晶体结构示意图,三原子晶体(共价晶体),1、概念:
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。
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,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,所以原子晶体的熔点和沸点高硬度大一般不导电且难溶于一些常见的溶剂,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,所以原子晶体有特殊的物理性质。
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、Al2O3,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,思考:
在金刚石晶体中,每个碳与周围多少个碳原子成键?
形成怎样的空间结构?
最小碳环由多少个碳原子组成?
它们是否在同一平面内?
在金刚石晶体中,碳原子个数与C-C键数之比为多少?
12g金刚石C-C键数为多少NA?
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+41/4=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61/12=1/2个C原子,含C-C键数为61/6=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。
180,10928,Si,O,二氧化硅的晶体结构示意图,共价键,
(1)二氧化硅晶体中最小环为12元环。
SiO2晶体中Si原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的。
在金刚石晶体中,每个最小环上有6个碳原子,因此SiO2晶体中每个最小环上有6个Si原子,另外六边形的每条边上都夹入了一个氧原子,所以最小环为12元环。
(2)每个硅原子被12个最小环共有。
如图可以看出,每个硅原子周围有四条边,而每条边又被6个环所共有,同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的,因此还要除以2以剔除重复。
所以最终计算式为(46)/2=12(3)每个最小环平均拥有1个氧原子,平均拥有的0.5个硅原子。
由于每个硅原子被12个环共有,因此每个环只占有该硅原子的1/12,又因为每个最小环上有6个硅原子,所以每个最小环平均拥有的硅原子数为:
6(1/12)=0.5个。
又因为SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1:
2的比例所组成,因此氧原子的数目为0.52=1个。
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61/12=1/2,拥有的O原子数为61/6=1,拥有的Si-O键数为121/6=2,则Si原子数与O原子数之比为1:
2。
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。
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。
4、原子晶体熔、沸点比较规律,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。
石墨晶体结构,知识拓展石墨,
(1)石墨中C原子以sp2杂化;
(2)石墨晶体中最小环为六元环,含有C2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:
(1)石墨为什么很软?
(2)石墨的熔沸点为什么很高?
石墨的熔点为什么高于金刚石?
(3)石墨属于哪类晶体?
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。
它们都有很强的C-C共价键。
在石墨中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),C-C键长比金刚石的短,键的强度大,故其熔点比金刚石高。
石墨为混合晶体。
例1.氮化硅(Si3N4)是一种新型的耐高温耐磨材料,在工业上有广泛用途,它属于原子晶体B.分子晶体C.金属晶体D.离子晶体答案:
A,典型例题,例2碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构,其中C原子和Si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,再见,
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- 离子 晶体 分子 原子