离子晶体、分子晶体和原子晶体PPT课件
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离子晶体、分子晶体和原子晶体课件
分子晶体可以以不同的形态出现，如柱状、层状等。
分子晶体的制备方法
溶液挥发法
通过挥发溶液中的溶剂来 使分子晶体结晶。
熔融法
将物质熔化后再进行结晶， 得到分子晶体。
凝固法
通过控制溶液温度变化使 分子晶体在溶液中凝固成 形。
分子晶体的物理性质
功能团的影响
分子晶体的物理性质受分子中 不同的功能团的影响。
离子晶体、分子晶体和原 子晶体
在我们的课件中，我们将探讨离子晶体、分子晶体和原子晶体的性质、结构 以及制备方法。此外，我们还将介绍它们的物理性质和特点。
离子晶体的性质和结构
独特的化学组成
离子晶体由阳离子和阴离 子组成，形成稳定的晶格 结构。
高熔点
由于离子之间的强电荷相 互作用，离子晶体通常具 有较高的熔点。
极性分子
极性分子组成的分子晶体通常 具有特殊的电荷分布和化学性 质。
分子间力的影响
范德华力等分子间相互作用对 分子晶体的物理性质起着重要 的影响。
原子晶体的性质和类的原子组成，形成简单周期性排列。
2 高熔点
由于原子之间的强原子键作用，原子晶体通常具有较高的熔点。
3 晶体形状具规律性
原子晶体通常具有规则的几何形状，如立方体、六方晶等。
2 刚性和脆性
离子晶体的离子间相互作用较强，因此它们通常是刚性且易于破裂的。
3 光学性质
离子晶体对光的透射、反射和吸收呈现出特殊的光学性质。
分子晶体的性质和结构
1
复杂的分子结构
分子晶体由复杂的有机分子构成，形成稳定的晶格结构。
2
低熔点
由于分子之间的弱范德华力作用，分子晶体通常具有较低的熔点。
3
各种晶体形态
离子晶体、分子晶体、原子晶体
2、物理特性：
(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
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
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。
4、原子晶体熔、沸点比较规律
①二氧化硅中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； ②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6×1/12=1/2，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原子数之比为1：2。
Na+
(1)NaCl的晶体结构
立方结构（基本结构单元是立方体）
晶胞:
讨论：
晶体中最小的重复单元
6 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
+
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 12 12 等距离的Cl－有____个。
晶体结构(共78张PPT)
多为无色透明，折 射率较高
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
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•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
离子晶体、分子晶体、原子晶体
ClNa+
二、分子晶体
分子间作用力和氢键：(氢键的形成过程）
分子间作用力和氢键对一些物质的熔、沸点的关系
分子晶体：
分子间通过分子间作用力相 结合的晶体，叫做分子晶体。 实例：如干冰 定义：
分子晶体的物理性质：
熔、沸点低，硬度小，在水 形成分子晶体的物质：
中的溶解度存在很大的差异。 H2、Cl2、He 、HCl 、H2O、CO2等
原子晶体的物理性质：
熔沸点很高，硬度很大，难溶于水，一般不导电。
常见的原子晶体：
金刚石、金刚砂（SiC）、晶体硅、石英（SiO2）
Si
o
180º
109º 28´
共价键
109º 28´
共价键
小结
1、离子晶体、分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较： 晶体类型 结 构成晶体粒子 构 性
熔、沸点 导电性 粒子间的相互 作用力
离子晶体
分子晶体
原子晶体
硬 度
质
溶解性
2、化学键和分子间作用力的比较：
化学键 概念 能量 性质影响 分子间作用力
3、影响晶体物理性质的因素：
影
离子晶体 分子晶体 原子晶体
响
因 素
共价键
氢键
氢键的形成过程
返回
温度/℃ H2O 温度/100 ℃ 沸点/℃ 250 75 沸点 250 熔点 CBr 200 沸点 4 × × 50 200 150 I2 CI4 150 25 HF 100 CCl 熔点 × 100 4 × CBr4 I 0 H2Te 50 2 100 150Br 50 SbH3 2 -25 0 2Se 200 300 400 H 500 × NH3 100 H S HI 0 Br 2 2 200 -50 50 250 -50 CCl4 -50 × AsH Cl 3 相对分子质量 SnH4 2 -100 HCl 相对分子质量 -100 -75 HBr CF × Cl 4 2 -150 × PH3 GeH4 -150 × -100 -200 F2 CF 4 SiH 4× -200 -125 F2 -250 -250
分子晶体和原子晶体ppt
4．下列物质的熔点高低顺序正确的是（ ） A．HF < HCl < HBr B．金刚石 < 碳化硅 < 晶体硅 C．I2 > SiO2 D．H2O > H2S SO2 < SeO2
D
二、原子晶体
Si
O
Si
O
O
O
O
共价键
2． 二氧化硅晶体
分子晶体、原子晶体熔沸点的比较：
不同类型的晶体 原子晶体 > 分子晶体 相同类型的晶体 （1）分子晶体 分子间作用力越大，熔沸点越高 （2）原子晶体 原子间的共价键越强，熔沸点越高
思考 交流： 决定分子晶体及原子晶体熔沸点高低的因素各是什么？如何比较分子晶体与原子晶体的熔沸点高低？
类型 比较
分子晶体
原子晶体
构成晶体的微粒
微粒间的作用力
物理性质
熔沸点
硬度
导电性
溶解性
典型实例
分子晶体和原子晶体对比
归纳总结
B
课堂训练
1．下列各组物质属于分子晶体的是（ ） A．SO2 SiO2 P2O5 B．PCl3 CO2 H2SO4 C．SiC H2O NH3 D．HF CO2 Si
A
2．下列说法正确的是 （ ） A．由原子构成的晶体不一定是原子晶体 B．分子晶体中的分子间可能含有共价键 C．分子晶体中一定有共价键 D．分子晶体中分子一定紧密堆积
D
下列晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（ ） SO2与SiO2 CO2与H2O HCl与金刚石 CCl4与SiC
冰晶体的结构特点
分子非密堆积
冰的结构
想一想
碳元素和硅元素处于同一主族，为什么CO2晶体的熔、沸点很低，SiO2晶体的熔、沸点很高？
原子晶体、分子晶体、离子晶体的比较 PPT
3.物理性质：①熔沸点低[破坏分子间的作用力]，硬度小。
②一般不导电，在固态和熔融状态下也不导电
③溶解性一般符合“相似相溶规律”
二、常见的晶体结构分析：
（一）干冰： 1.分子堆积方式： 分子密堆积（只含范德华力） 2.均摊法计算CO2分子数：
顶角—— 8个 面心—— 6个 1个晶胞中CO2分子数= 8×18+6×12= 4 3.每个CO2分子周围离该分子距离最近且相等的 CO2分子有：12个 [同层+上层+下层]×4=12 （二）冰：
配位数： 8 配位空间构型：正六面体
离其最近的Cs+的个数为： 6
[上、下、左、右、前、后]
2.Cl-为中心：离其最近的Cs+的个数为： 8
配位数：8 配位空间构型：正六面体
离其最近的Cl-的个数为：6
3.均摊法计算1个晶胞中：
Cs+个数：8×18= 1
Cl-个数：1
二、三种常见的离子晶体的结构：
2.晶胞的结构：——均摊法 结合《课本》P64/图3-8
体心粒子—— 完全属于该晶胞
面心粒子—— 有12属于该晶胞
棱心粒子—— 有14该晶胞
顶角粒子—— 有18属于该晶胞
二、晶胞：
3.晶胞中微粒个数的计算：
1个金属铜晶胞
的原子数
=8×18+6×12= 4
X2Y
ACB3
DE
4.晶胞的基本类型：
简单立方
③熔点： ④能使X-
有固定的熔 射线产生衍
沸点
射
最科学的
鉴别依据
⑤均一性：组成和密度一致 ⑥对称性： ⑦稳定性： 晶格能
一、晶体：
5.形成途径： ①熔融状态物质凝固（注意凝固的速率适当）
第三章晶体结构
设按六方密堆的O2-分别为OA层与OB层，则-Al2O3中氧与铝 的排列可写成：OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlF∥OAAlD…， 从第十三层开始才出现重复。
三．其它晶体结构 1.金刚石结构
金刚石结构为面心立方格 子，碳原子位于面心立方的所 有结点位置和交替分布在立方 体内的四个小立方体的中心， 每个碳原子周围都有四个碳， 碳原子之间形成共价键。
一．面心立方紧密堆积结构
4. CaTiO3(钙钛矿)型结构 钙钛矿结构的通式为ABO3，其中，A2+ 、B4+或A1+ 、B5+金
属离子。CaTiO3在高温时为立方晶系，O2-和较大的Ca2+作面心 立方密堆，Ti4+填充于1/4的八面体空隙。Ca2+占据面心立方的 角顶位置。O2-居立方体六个面中心，Ti4+位于立方体中心。Z=1， CNCa2+=12 CNTi4+=6 ,O2-的配位数为6 （2个Ti4+和 4个Ca2+）。
一．面心立方紧密堆积结构 1. NaCl型结构
Cl-呈面心立方最紧密堆积，Na+则填充于全部的八面体空隙
中，（即阴离子位于立方体顶点和六个面的中心，阳离位于立
方 体 的 中 心 和 各 棱 的 中 央 ） 。 两 者 CN 均 为 6 ， 单 位 晶 胞 中 含 NaCl的个数Z=4 ，四面体空隙未填充。
一．面心立方紧密堆积结构 2. β-ZnS（闪锌矿）型结构
S2-位于面心立方的结点位置，Zn2+交错地分布于立方体内 的1/8小立方体的中心，即S2-作面心立方密堆，Zn2+填充于1/2的 四面体空隙之中，CN均为4，Z=4。β -ZnS是由[ZnS4]四面体以 共顶的方式相连而成。
三．其它晶体结构 1.金刚石结构
金刚石结构为面心立方格 子，碳原子位于面心立方的所 有结点位置和交替分布在立方 体内的四个小立方体的中心， 每个碳原子周围都有四个碳， 碳原子之间形成共价键。
一．面心立方紧密堆积结构
4. CaTiO3(钙钛矿)型结构 钙钛矿结构的通式为ABO3，其中，A2+ 、B4+或A1+ 、B5+金
属离子。CaTiO3在高温时为立方晶系，O2-和较大的Ca2+作面心 立方密堆，Ti4+填充于1/4的八面体空隙。Ca2+占据面心立方的 角顶位置。O2-居立方体六个面中心，Ti4+位于立方体中心。Z=1， CNCa2+=12 CNTi4+=6 ,O2-的配位数为6 （2个Ti4+和 4个Ca2+）。
一．面心立方紧密堆积结构 1. NaCl型结构
Cl-呈面心立方最紧密堆积，Na+则填充于全部的八面体空隙
中，（即阴离子位于立方体顶点和六个面的中心，阳离位于立
方 体 的 中 心 和 各 棱 的 中 央 ） 。 两 者 CN 均 为 6 ， 单 位 晶 胞 中 含 NaCl的个数Z=4 ，四面体空隙未填充。
一．面心立方紧密堆积结构 2. β-ZnS（闪锌矿）型结构
S2-位于面心立方的结点位置，Zn2+交错地分布于立方体内 的1/8小立方体的中心，即S2-作面心立方密堆，Zn2+填充于1/2的 四面体空隙之中，CN均为4，Z=4。β -ZnS是由[ZnS4]四面体以 共顶的方式相连而成。
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二十面体的原子晶体。其中含有20个等边三角形和一
定数目的顶角，每个顶角各有一个原子，试观察图形
回答。这个基本结构单元由_____个硼原子组成，共含
有________个B-B键。
2020年10月2日
10
2 、下图是超导化合物----钙钛矿晶体中最小重 复单元(晶胞)的结构。请回答： (1)该化合物的化学式为 。 (2)在该化合物晶体中，与某个钛离子距离最近且 相等的其他钛离子共有 个。
（A）碘和干冰的升华
均为分子晶体
（B） 二氧化硅和生石灰的熔化 原子晶体，离子晶体
（C）氯化钠和铁的熔化
离子晶体，金属晶体
（D）水和四氯化碳的蒸发
均为分子晶体
（90年全国高考题，D选项作了更改）
分析：构成物质的微粒间作用（力）相同，其实质 就是物质的晶体类型相同。
2020年10月2日
13
练习 碳化硅（SiC）的一种晶体具有类似金刚石的结 构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的。在下列三 种晶体①金刚石②晶体硅③碳化硅中，它们的熔点从 高到低的顺序是（ ）A
NaCl 较 高 较大
CaO
干冰 分子晶体 分子 范德华力 较 低 较 小 碘
原子晶体 原子
2020年10月2日
共价键
很高
金刚石 很大 二氧化硅
16
• 在氯化钠晶体中，若钠离子与周围最近的氯 离子距离为a，那么每个钠离子周围最近且等 距离的钠离子有 12 个，其距离为 2 a 。
思
考
题
2020年10月2日
1、按要求回答下列问题
（1）石墨晶体中C-C键的键角为
。其中平均每
个六边形所含的C原子数为
个。
（2）金刚石晶体中含有共价键形成的C原子环，其中
最小的C环上有 个C原子。
（3）CsCl晶体中每个Cs+周围有 个Cl-，每个Cs+周
围与它最近且距离相等的Cs+共有
个。
（4）白磷分子中的键角为
，分子的空间结构
17
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离子晶体、分子晶体 和原子晶体
第三课时
2020年10月2日
1
讨论：
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。
熔点/oC 状态（室温）
CO2 SiO2
-56.2 1723
气态 固态
结论：SiO2不是分子晶体。那它是什么晶体 呢？
2020年10月2日
2
原子晶体
180º 109º28´
共价键
6
石墨 —混合型晶体
• 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，硬度小。
• 石墨的熔沸点为什很高？
– 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，故熔沸点很高。
╜ 所以，石墨称为混合型晶体。
2020年10月2日
(3)设该化合物的式量为M，密度为ag/cm3，阿伏 加德罗常数为NA，则晶体中钙离子与钛离子之 间的最短距离为 。
2020年10月2日
11
练习 下列各组物质的晶体中，化学键类型相同，
晶体类型也相同的是 ( B)
（A）SO2 和 SiO2
（B） CO2 和 H2O
（C）NaCl 和 HCl （D）CCl4 和 KCl （93全国高考题）
4、原子晶体的构成微粒和作用力：
构成微粒是：原子
作用：共价键
5、原子晶体中不存在分子
如：SiO2中只存在Si原子和O原子，而不 存在SiO2分子，只有化学式。
6、原子晶体的熔沸点也是随作共价键的 增强而增高
2020年10月2日
4
2020年10月2日
109º28´ 共价键
返回5
Si o
2020年10月2日
1、定义：原子间以共价键相结合而形成的空
间网状结构的晶体。
如：金刚石是以碳碳单键结合而成的正四面体 的空间网状结构。
键长 ：1.55×10-10m 键角：109°28′
2、性质：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。
熔点： 3550℃
沸点：4827℃
3、2020代年10表月2日晶型：金刚石、晶体硅、二氧化硅 3
7
晶体类型的判断
• 从组成上判断（仅限于中学范围）：
– 有无金属离子？(有：离子晶体) – 是否属于“四种原子晶体”？ – 以上皆否定，则多数是分子晶体。
• 从性质上判Leabharlann ：– 熔沸点和硬度；(高：原子晶体；中：离子晶体； 低：分子晶体)
– 熔融状态的导电性。(导电：离子晶体)
2020年10月2日
8
SO2 共价键 SiO2 共价键
分子晶体 原子晶体
CO2 共价键 H2O 共价键
分子晶体 分子晶体
NaCl 离子键 HCl 共价键
离子晶体 分子晶体
CCl4 共价键 分子晶体
KCl 2020年10月2日
离子键
离子晶体
12
练习 下列各组物质气化或熔化时，所克服的微粒间 的作用（力），属同种类型的是 ( A) D
（A） ① ③ ②
（B） ② ③ ①
（C） ③ ① ②
（D）② ① ③ (91全国高考)
分析：三种晶体均属原子晶体，其熔点决定于它
们的键长和键能，键长越短，键能越大，其熔点越高。
由于碳原子半径小于硅原子半径，键长是：
C-C 键< Si-C 键 < Si-Si 键
2020年10月2日
14
练习 最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空 心的类似足球状结构，分子式为C60。下列说法正确的 是（ B）D
（A）C60是一种新型的化合物 是一种单质
（B） C60和石墨都是碳的同素异形体 碳元素组成的两种单质
（C）C60中含离子键
含共价键
（D）C60的分子量为720 12×60 = 720
（92年全国高考题）
2020年10月2日
15
晶体类型 微粒 结 合 力 熔沸点 硬度 实 例
离子晶体 离子 离子键
为
，每个P原子与 个P原子结合成共价键。
若将1分子白磷中的所有P-P键打开并各插入一个氧原
子，共可结合 个氧原子, 若每个P原子上的孤对电
子再与氧原子配位，就可以得到磷的另一种氧化物
（填分子式）。
2020年10月2日
9
（5）二氧化硅是一种
晶体，每个硅原子周围
有
个氧原子。
（6） 晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正