高一化学第四讲晶体的类型.ppt

高一化学第四讲晶体的类型,1,、晶体：,质点（分子、原子或离子）在空间有规则地排列成的，具有整齐的外形，以多面体出现的固体物质。,2,、晶体的特点：,均匀性,各向异性,自范性,有明显确定的熔点,有特定的对称性,使,X,射线产生衍射,一、基本概念,3,、晶胞,是晶体中最小的结构单元，它是一个平行六面体，它按一定方式并置就可以得到整个晶体。,4,、晶胞的最基本特征：,顶角（,8,个）：每个顶角为,8,个晶胞共用，,8,个顶角无任何差别。,棱（,12,条）：每条棱为,4,个晶胞共用，互相平行的棱无任何差别。,面（,6,个）：每个面为,2,个晶胞共用，互相平行的面无任何差别。,【例,1,】下图中的氯化钠晶胞和金刚石晶胞是分别指实线的小立方体还是虚线的大立方体？,5,、晶胞的两个基本要素：,一是晶胞的大小和形状，二是晶胞的内容（晶胞中有哪些微粒以及它们在晶胞中的分布位置）。,6,、晶胞的大小和形状可用晶胞参数来描述：,晶胞的边长,a,、,b,、,c,及它们之间的夹角,、,、,就规定了晶胞的大小和形状，这些总称晶胞参数（符号定义如图所示）。,7,、晶胞,可以分为,素晶胞,和,复晶胞,两大类。,素晶胞是最小的晶胞,，其内容物的组成相当于结构基元的组成。,复晶胞则为素晶胞的多倍体。,复晶胞分体心晶胞、面心晶胞和底心晶胞三种，分别是素晶胞的,2,倍体、,4,倍体和,2,倍体，即其内容物相当于,2,、,4,、,2,个结构基元。,体心晶胞的特征是：,将晶胞的框架移至体心位置（注意：只移动框架不移动原子），所得到的新的晶胞与原晶胞没有任何差别，这种特征叫体心位移。,【例,2,】下图中的金属钠和氯化铯是不是体心晶胞？,【例,3,】下图中干冰晶胞是不是面心晶胞？,8,、晶胞中所含微粒的位置,可用向量,xa,yb,zc,中的（,x,、,y,、,z,）三数组（也叫原子坐标或原子的分数坐标）来表示，,a,、,b,、,c,是晶胞的边长，,x,、,y,、,z,是大于或等于零小于,1,的数。用这种方法描述晶胞内容时，分数坐标的组数应与晶胞中的微粒数相同。例如图,5 NaCl,晶胞中（大球为,Cl,-,，小球为,Na,+,）,有,4,个,Cl,-,和,4,个,Na,+,，故原子的分数坐标为：,Na,+,：（,0,，,0,，,0,），（,1/2,，,1/2,，,0,），,（,1/2,，,0,，,1/2,），（,0,，,1/2,，,1/2,）,Cl,-,：（,1/2,，,0,，,0,），（,0,，,1/2,，,0,），,（,0,，,0,，,1/2,），（,1/2,，,1/2,，,1/2,）,二、金属晶体,1,、金属及其合金一般形成以金属键为作用力的金属晶体。典型的金属晶体可以看作是等径圆球的堆积。,2,、金属晶体的物理性质,金属有光泽,良好的导电性、导热性、延展性,不同金属熔沸点，硬度差别较大,3,、,金属晶体的密堆积结构,六方紧密堆积,4、离子晶体的结构类型的制约因素主要是离子的电荷比(决定数量比)和半径大小比(决定配位数)，离子的电子组态在一定程度上也会影响它的晶体结构，这三个性质综合起来还会决定离子键的共价性成分，后者过分强烈时，将使离子晶体转变为原子晶体，其间存在离子晶体到原子晶体的过渡型。,3、形成稳定晶体结构的条件是：正、负离子相互接触，配位数尽可能地高。,硬度很大(金刚石是天然存在的最硬的物质),8、晶胞中所含微粒的位置可用向量xaybzc中的（x、y、z）三数组（也叫原子坐标或原子的分数坐标）来表示，a、b、c是晶胞的边长，x、y、z是大于或等于零小于1的数。,棱（12条）：每条棱为4个晶胞共用，互相平行的棱无任何差别。,【例2】下图中的金属钠和氯化铯是不是体心晶胞？,2、原子晶体的物理性质：,Na+：（0，0，0），（1/2，1/2，0），,离子晶体中的配位数常指阳离子周围最接近的阴离子数和阴离子周围最接近的阳离子数。,均匀性各向异性自范性 有明显确定的熔点有特定的对称性使X射线产生衍射,2、金属晶体的物理性质,素晶胞是最小的晶胞，其内容物的组成相当于结构基元的组成。,金刚石结构 二氧化硅结构 硅氧四面体,素晶胞是最小的晶胞，其内容物的组成相当于结构基元的组成。,顶角（8个）：每个顶角为8个晶胞共用，8个顶角无任何差别。,1、离子晶体是由带正、负电的原子或者原子团通过静电相互作用形成的晶体。,常见的空隙或配位多面体的类型有：正方体、正八面体、正四面体等。,面心立方堆积,难溶于一些常见的溶剂,干冰晶体是一种面心立方结构，每8个CO2分子构成立方体的8个顶点，且在六个面的中心又各占据1个CO2分子。,Na+：（0，0，0），（1/2，1/2，0），,4、离子晶体的结构类型的制约因素主要是离子的电荷比(决定数量比)和半径大小比(决定配位数)，离子的电子组态在一定程度上也会影响它的晶体结构，这三个性质综合起来还会决定离子键的共价性成分，后者过分强烈时，将使离子晶体转变为原子晶体，其间存在离子晶体到原子晶体的过渡型。,难溶于一些常见的溶剂,一般情况下，负离子半径较大，正离子半径较小，所以，可把负离子看作大球按一定方式进行等径圆球密堆积，正离子看作小球则填在负离子所形成的空隙中。,3、形成稳定晶体结构的条件是：正、负离子相互接触，配位数尽可能地高。,7、晶胞可以分为素晶胞和复晶胞两大类。,高一化学第四讲晶体的类型,3、形成稳定晶体结构的条件是：正、负离子相互接触，配位数尽可能地高。,金刚石和二氧化硅是典型的原子晶体，如图,因此，离子晶体的结构可以归结为不等径圆球的密堆积问题。,顶角（8个）：每个顶角为8个晶胞共用，8个顶角无任何差别。,8、晶胞中所含微粒的位置可用向量xaybzc中的（x、y、z）三数组（也叫原子坐标或原子的分数坐标）来表示，a、b、c是晶胞的边长，x、y、z是大于或等于零小于1的数。,由负离子形成的空隙称为负离子配位多面体。,体心立方堆积,三、离子晶体,1,、离子晶体是由带正、负电的原子或者原子团通过静电相互作用形成的晶体。,2,、离子晶体的物理性质,密度较大,硬度较高，难压缩,难挥发，熔沸点较高,离子键向空间立体方向发展即导致离子晶体的形成。因此，离子晶体的结构可以归结为不等径圆球的密堆积问题。一般情况下，负离子半径较大，正离子半径较小，所以，可把负离子看作大球按一定方式进行等径圆球密堆积，正离子看作小球则填在负离子所形成的空隙中。由负离子形成的空隙称为负离子配位多面体。常见的空隙或配位多面体的类型有：,正方体、正八面体、正四面体等。,3,、形成稳定晶体结构的条件是：,正、负离子相互接触，配位数尽可能地高。离子晶体中的配位数常指阳离子周围最接近的阴离子数和阴离子周围最接近的阳离子数。,离子晶体的结构型式：,4,、离子晶体的结构类型的制约因素,主要是离子的电荷比,(,决定数量比,),和半径大小比,(,决定配位数,),，离子的电子组态在一定程度上也会影响它的晶体结构，这三个性质综合起来还会决定离子键的共价性成分，后者过分强烈时，将使离子晶体转变为原子晶体，其间存在离子晶体到原子晶体的过渡型。,四、原子晶体,1,、原子晶体是原子以共价键相互连接形成无限伸展网络状结构的晶体。,2,、原子晶体的物理性质：,熔点和沸点很高,硬度很大,(,金刚石是天然存在的最硬的物质,),一般不导电,难溶于一些常见的溶剂,3,、原子晶体熔沸点的变化规律：,原子晶体的熔、沸点高低与其内部结构密切相关，对结构相似的原子晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。,金刚石和二氧化硅是典型的原子晶体，如图,金刚石结构 二氧化硅结构 硅氧四面体,由于共价键具有方向性和饱和性，所以原子晶体中原子的排列不能采取球的密堆积方式。原子晶体主要有同种元素组成的金刚石型以及不同种元素组成的,AB,型和,AB,2,型等。,AB,型原子晶体主要有立方,ZnS,型和六方,ZnS,型两种类型。,AB,2,型原子晶体典型代表是,SiO,2,。,五、分子晶体,1,、分子晶体：,单原子分子或以共价键结合成的有限分子彼此间靠范德华力结合而成的晶体,2,、分子晶体的性质：,熔、沸点低,硬度小,3,、,分子晶体熔沸点高低的判断思路,组成和结构相似的分子，存在分子间氢键的比不存在分子间氢键的分子晶体的熔、沸点高。,组成和结构相似的分子，若不存在氢键，一般相对分子质量越大，分子间作用力越大，分子晶体的熔、沸点越高。,结构、组成相似且不存在氢键的同分异构体所形成的分子晶体，相对分子质量相同，一般支链越多,分子间作用力越弱，熔、沸点越低。,干冰晶体是一种面心立方结构，每,8,个,CO,2,分子构成立方体的,8,个顶点，且在六个面的中心又各占据,1,个,CO,2,分子。每个,CO,2,分子周围离该分子最近且距离相等的,CO,2,分子有,12,个,(,同层,4,个，上层,4,个，下层,4,个,),。,氢键的方向性和饱和性使冰中大量空间不能被水分子填塞，从而密度较小，致使水结成的冰反而漂浮在水面。,