选修二3.1.1晶体的常识

第三章 晶体结构与性质
第一节 晶体的常识 第一课时
物质的聚集状态
物质的三态变化是物理变化，变化时克服分子间作用力或破坏 化学键，但不会有新的化学键形成。
固态
凝固
凝华
（放热）
（放热）
融化 升华
（吸热）（吸热）
液态
气化 （吸热） 气态
液化 （放热）
物质的聚集状态
物质的聚集状态
气态 等离子体
通常物质有三种存在状态,这
课堂练习4：计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。
晶胞1 X：6/12=1/2 化学式：
Y：6/4+3/6=2 Z：1
X2ZY4
晶胞2
Mg：12/6+2/2=3 B:（在体内） 6
化学式： MgB2
课堂练习5：科学家发现了一种由钛原子和碳 原子构成的气态团簇分子。如图所示，顶角和 面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子
Cl-数＝8×
1 8
+6 × 12＝4
一个晶胞含4个NaCl
氯化钠的化学式为NaCl
应用：根据晶胞确定化学式。
思考与讨论：
(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？ 晶胞有三套各4根平行棱，有3套各两个平行面
(2)数一数，它们分别平均含有几个原子？
金属钠（Na）
1+8 1 =2 8
金属锌（Zn）
1+8 1 =2 8
外层冷却快，内层冷却慢；晶体生长速率适当 是保持自范性的条件之一。
晶体自范性的条件之一是生长的速率适当 玛瑙
水晶
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成——没有规则外形 水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成——有规则外形 思考：除了冷却的方法，还有没有其它途径得到晶体 内部：1
③正三棱柱晶胞中粒子的计算方法 顶点：1/12
内部：1
侧棱：1/3
侧棱：1/6
上、下棱：1/4 面上：1/2
上下棱：1/4
三方晶胞
三棱柱
体心 1 面心 1/2 棱边 水平1/4 竖1/6 顶点 1/12
六方晶胞
六棱柱
体心 1 面心 1/2 棱边 水平1/4 竖1/3 顶点 1/6
三、晶胞
1、概念
描述晶体结构的基本单元叫晶胞。 晶胞是晶体中最小的结构重复单元。
铜晶体结构
铜晶胞
2、 晶体和晶胞的关系
一般来说,常规的晶胞都是平行六面体,整块晶体 可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 (1)“无隙”是相邻晶胞之间没有任何间隙。 (2)“并置”是所有晶胞都是平行排列的,取向相同。 (3)所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数 及几何排列是完全相同的。
液态 离子液体 三种状态通常是指固态、液态和气
固态
态。现代科技发现物质的聚集状态
晶态 塑晶态 液晶态
除了三态外还有更多的物质聚集状 态，如等离子体、离子液体、晶态、 非晶态，以及介乎晶态和非晶态之 间的塑晶态、液晶态等。
非晶态
1、等离子体：电子、阳离子和电中性粒子（原子、分子）形成的整体 呈气态的物质。
平行六面体 无隙并置
讨论：分析以下几种晶胞，总结平行六面体晶胞满足的条件：
Na＋
铜晶胞
金刚石晶胞
CO2晶胞
8个顶角相同
Cl－ NaCl晶胞
晶胞
平行六面体
3套各2个平行面分别相同
3套各4根平行棱分别相同
课堂练习1：判断下列六面体是否是晶胞？
A图中的晶体结构满足 晶胞的特点，是晶胞。 B图中的晶体结构，不满足晶胞“8个顶角相同”的要求，无法进行“无 隙并置”，不是晶胞。 C图中的晶体结构，不满足晶胞“三套各4根平行棱分别相同”的要求， 无法进行“无隙并置”，不是晶胞。 D图中的晶体结构，不满足“三套各两个平行面分别相同”的要求，无 法进行“无隙并置”，不是晶胞。
常见的晶体和非晶体 晶体：食盐、冰、铁、铜等。 非晶体：玻璃、橡胶、松香、塑料等。 晶体中粒子排列的周期性是指一定方向上每隔一定距离就重复出现的排列 ，粒子排列的周期性导致晶体呈现规则的几何外形。
2、晶体与非晶体的本质差异 一般不用是否是规则几何外形判断晶体和非晶体
自范性
微观结构
晶体 有(能自发呈现多面 原子在三维空间里呈周期
测熔点，X-射线衍射实验
判断晶体的方法
1.晶体具有固定的熔点。非晶体没有固定的熔点。
加热晶体，温度达到熔点时即开始熔化， 在没有全部熔化之前，继续加热，温度不 再升高，完全熔化后，温度才继续升高。
晶体
非晶体
2.X射线晶体衍射实验 （最可靠的科学方法）
【思考4】岩浆中的SiO2侵入地壳的空洞冷却后形成的水晶球，其外层 是非晶态的玛瑙，内部是呈现晶体外形的水晶。原因是什么？
请同学们回顾所学内容，判断下列问题的对与错
问题1 问题2 问题3 问题4
物质的聚集状态只有固、液、气三种状态( ) 气态和液态物质均是由分子构成的( ) 等离子体是一种特殊的气体，含有带电粒子，呈电中性( ) 液晶分为热致液晶和溶致液晶，胶束是一种溶致液晶( )
2.等离子体在工业、农业、环保、军事、宇航、能源、天体等方面有着非常重要的应
石墨平行层方向上电导率高; 垂直于层的方向上电导率低。
在不同方向，石墨的导电能力不同，导电率 有各向异性。
晶体
非晶体
微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序
性质 自范性
有
无
特征 各向异性
有
无
熔点
固定
不固定
鉴别 方法
间接方法
看是否具有固定的熔点或根据某些物理性 质的各向异性
科学方法 对固体进行X－射线衍射实验
碘（I2）
12 1 +16 1 =8 28
金刚石（C） 6 1 +8 1 +4=8
28
课堂练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：(A表
示阳离子)
A
B
C
化学式：AB
化学式：AB2
化学式：ABC3
“均摊法”是计算每个晶胞平均拥有的粒子数目的常用方法。其基本 理念是每个粒子被n个晶胞所共用，则该粒子有1/n属于这个晶胞。
（1）熔融态物质凝固 （2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华） （3）溶质从溶液中析出
二、晶体的特点和性质
（1）自范性：晶体能自发地呈现多面体外形的性质—— 是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表 现（本质）。
（2）物理性质表现各向异性（强度、导热性、光学质）— —同样反映了晶体内部粒子排列的有序性。 （3）晶体有固定的熔点。加热晶体，温度达到熔点时即开 始熔化，在没有全部熔化之前，继续加热，温度不再升高， 完全熔化后，温度才继续升高。
有C原子数为___2_个、 占有的碳碳键数为____3个。
碳原子数目与碳碳化学键
是碳原子，则它的化学式是（ A ）
A.Ti14C13 C.TiC
B.Ti4C4 D.Ti13C14
特别注意：气态团簇分子和纳米小颗粒不采用无隙并置方式排列，故 不能采用均摊法来确定化学式！
拓展1、在碳单质的成员中还有一种混合型晶 体——石墨，如图所示。它是层状结构，层与层 之间依靠作用力相结合。
平均每个正六边形占
①平行六面体晶胞中不同位置的粒子数的计算(如下图)
顶点：1/8
棱边：1/4
面心：1/2
体心：1
8个晶胞共用一个顶 点：每个分摊1/8
4个晶胞共用一条棱 边：每个分摊1/4
2个晶胞共用一个面 棱：每个分摊1/2
体心：1
课堂练习2：请计算出NaCl晶胞Na+和Cl-的个数。
Na+数＝12×14 +1 ＝4 Na+数: Cl-数=1:1
溶致液晶 即胶束
有机分子溶解在溶剂 中，使溶液中溶质 的浓度增加，溶剂 的浓度减小，有机 分子的排列有序而 获得液晶．
1.如何使气体转变为等离子体？
高温加热气体或用紫外线、X射线和γ射线照射气体，都能使气 体转变为等离子体
2.为什么液晶具有显示功能？
液晶的显示功能与液晶材料内部分子的有序排列有关，在施 加电场时，液晶分子能够沿电场方向有序排列，而移去电场 后，液晶分子又恢复到原来的状态，所以液晶具有显示功能。
晶体的各向异性
玻璃片的蜡熔成圆形 云母片的蜡熔成椭圆形
云母片上的长轴方向与短轴方向传热速度不同， 热导率有各向异性。
柱 面
分
涂
别
蜡
用
的
红
水 晶
热 的
针
表 面 涂
接 触 蜡
蜡
面
的
中
玻
央
璃
2、晶体和非晶体
晶体的各向异性
不同方向观察红宝石， 发现宝石的颜色不同 在不同方向，晶体对光线的吸收与反射是不同的， 折射率有各向异性。
晶体与非晶体
晶体
①概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列而
构成的具有规则几何外形的固体。（离子化合物的固态一般为晶体）
②分类： 根据组成晶体的微粒和微粒间的相互作用，可分为
离子晶体
晶体
共价晶体 分子晶体
金属晶体
钻石
干冰
Be3Al2[Si6O18]祖母绿
非晶体
概念：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈相对无序排列而构成 的不具有规则几何外形的固体。
✓用途：等离子体中含有带电粒子且能自由运动，使等离子体具有良好 的导电性和流动性。 例如，运用等离子体显示技术可以制造等离子体 显示器；可以进行化学合成；核聚变也是在等离子体态下发生的。 2、离子液体：是熔点不高的仅由 离子组成的液态物质。
2、液晶
介于 液态 和 晶态 之间的物质状态
流动性、黏度、形变性等 导热性、光学性质(各向异性)
用价值。下列与等离子体无关的是
A.等离子体显示器
B.日光灯和霓虹灯
C.把水温升高到几千摄氏度 D.液晶√显示器
解析 等离子体显示器里，紫外光可以使气体转变为等离子体，A对；日光灯和霓虹灯的灯管里，
放电时可以将空气转变为等离子体，B对；将水温升高到几千摄氏度，高温时能够将水分子转变为等
离子体，C对；液晶显示器是液晶的重要用途，D错。
学习目标
1、了解晶体中粒子的空间排布存在周期明性，认识简单的晶胞， 能计算简单晶胞中粒子的数目。 2、知道X射线衍射实验是测定晶体结构的常用方法。
晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在三维空间里呈周期性排列 而构成的具有规则几何外形的固体。
金刚石结构
铜晶体结构
氯化钠晶体结构
怎样描述晶体中的微粒在空间的排列规律？
举例
NaCl、I2、SiO2、Na 晶体等
玻璃、橡胶等
课堂练习
1.下列关于晶体与非晶体的说法正确的是（ C ） A.晶体一定比非晶体的熔点高 B.晶体有自范性但排列无序 C.非晶体无自范性而且排列无序 D.固体SiO2一定是晶体 2.区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是（ D ） A.熔沸点 B.硬度 C.颜色 D.x-射线衍射实验
课堂练习
3.下列不属于晶体的特点是（ D ） A.一定有固定的几何外形 B.一定有各向异性 C.一定有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体 4.下列物质有固定熔点的是（ D ） A.水玻璃 B.塑料 C.玻璃 D.氯化钠
第三章 晶体结构和性质
第一节 物质的聚集状态和 晶体的常识
第二课时
晶胞、晶胞结构的测定
3.1925年贝尔德在英国首次成功装配世界第一台电视机，短短几十年时间，电视机经
历了从黑白到彩色，从手动到遥控，从平板电视机到液晶电视机的发展历程。下列关
于液晶的叙述错误的是
A.液晶是物质的一种聚集状态
B.液晶具有流动性
√C.液晶和液态是物质的同一种聚集状态 D.液晶具有各向异性
联想质疑
对于晶体，你一点也不陌生，食盐、冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石等都是 晶体。那么，究竟什么样的物质才能称为晶体? 晶体与玻璃、橡胶等非晶体有什么不同?晶体为什么具有明显不同于非晶体的特性?
体外形)
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
【思考1】晶体自范性的本质原因是什么？
自范性的实质：晶体中粒子在微观空间里周期性有序排列的宏观表象。
同一物质有时是 晶体，也有时是 非晶体
【思考2】外观呈粉末状的物质是否是晶体？
【思考3】根据晶体物理性质的特点，人们很容易识别用玻璃仿 造的假宝石。你能列举出一些可能有效的方法鉴别假宝石吗?
晶胞中原子个数的计算
均摊法：如某个粒子为x个晶胞所共有，则该粒子有1/x属 于一个晶胞。
体心
面心
棱边
顶点
3、晶胞中粒子个数的计算—— 均摊法 讨论：我们能计算出这个铜晶胞平均含有的铜原子数目吗？
每个顶点:1/8 每个面心:1/2
铜晶胞中含有8个顶 点、6个面心
金属铜一个晶胞的铜原子数： 8×1/8+6×1/2=4
液晶的温度范围
固体 T1(熔点)
液晶
液体 T2(澄清点)
温度逐渐升高
液晶态是一种介于晶态和液态之间的过渡状态。有人将液晶态 称之为物质的第四态。具有液体的流动性，又具有晶体的各向 异性
按照液晶的形成条件 分类P69
热致液晶
采用降温的方法,既将 熔融的液体降温， 当降温到一定程度 后分子的取向有序 化，从而获得液晶 态．作为显示技术 应用的液晶都是热 致液晶