离子晶体、分子晶体、原子晶体

• 〖思考1〗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2〗为什么冰融化为水时,密度增大？ 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。
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。
７、该晶胞中有几个Cs+ ？几个Cl－ ？
化学式呢？ １、１、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“Tｉ”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） O原子 Ti原子 Ba原子
Si O
109º 28´
180º
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（4×6）/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0.5×2=1个。
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：O2>N2， HI>HBr>HCl。 （2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力 大，熔沸点高，如CO>N2 （3）含有氢键的，熔沸点较高。如 H2O>H2Te>H2Se>H2S，HF>HCl，NH3>PH3 （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。
观察与思考： 下列两种晶体有什么共同点？
干冰晶体结构
碘晶体结构
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？
复习总结：
微粒间作用
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。
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： 阴、阳离子 微粒间的作用力： 离子键 ３. 离子晶体的结构
NaCl晶体结构示意图：
Cห้องสมุดไป่ตู้-
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
氧（O2）的晶体结构
碳60的晶胞
（与每个分子距离最近的相同分子共有12个 ）
分子的密堆积
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
Na+
Cl-
钠离子数 = 8× 8 + 6× 2 = 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
1 +1=4 晶胞中的氯离子数=12× 41 1
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） 8 ５、每个Cs+离子周围有____个Cl－离子，每 8 个Cl－ 离子周围有____个Cs+ 离子 ６、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 ６ ６ 的Cl－有____个。
3．该晶胞中实际有几个Na+ ？几个Cl－ ？
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
４.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。
12g金刚石C-C键数为多少NA？
①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σ 键，故键角为 109°28′； ②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； ③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 6×1/6=1； ④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。
〖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”………
例题解析：
O原子 Ti原子 Ba原子
Ba：1x1 Ti：8x(1/8) O：12x(1/4) 化学式为：BaTiO3
离子晶体物理性质列表：
晶体质点 微粒间作用力 熔沸点 硬度 溶解性 导电性
阴、阳 离 子
离子键
较高
易溶于 溶于水 较 极性溶 或熔融 硬 剂 时导电
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
熔点 沸点
14130C
12900C
NaCl
CsCl
8010C
6450C
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
Q阴XQ F=K 2 R阳 键长
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。
rNa <rCs 故熔沸点NaCl>CsCl
+ +
练习1 比较下列晶体熔沸点高低：NaF KCl NaCl KBr CsI NaF>NaCl>KCl>KBr>CsI
共价键
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
–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（ SiO２）晶体、Al2O3
109º 28´
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？
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。
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C═O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。
（与CO2分子距离最近的 CO2分子共有12个 ）
干冰的晶体结构图
分子的非密堆积
氢键具有方向性
冰中１个水分子周围有４个水分子
冰的结构
思考：1mol冰周围有？mol氢键
冰中１个水分子周围有４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
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。
• 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：
练
习
看图写化学式
A2BC2
离子晶体
什么叫离子晶体？
离子间通过离子键结合而成的晶体。 离子晶体的特点？
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。
哪些物质属于离子晶体？
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？
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？
二氧化硅晶体结构示意图
Si O
109º 28´
180º
共价键
金刚石的晶体结构示意图
109º 28´