原子晶体(2)
高中化学原子晶体教案
高中化学原子晶体教案
教学内容：原子晶体
教学目标：
1. 了解原子晶体的基本概念和特征；
2. 掌握原子晶体的分类和性质；
3. 理解原子晶体的结构和成因。
教学重点：
1. 原子晶体的定义和特征；
2. 原子晶体的分类和性质；
3. 原子晶体的结构和成因。
教学步骤：
一、导入（5分钟）
1. 引入原子晶体的概念，让学生了解原子晶体在化学领域的重要性。
二、讲解（15分钟）
1. 讲解原子晶体的定义和特征；
2. 分类原子晶体；
3. 探讨原子晶体的性质。
三、示范（10分钟）
1. 展示一些原子晶体的实物样品，让学生通过观察、探讨来加深对原子晶体的理解。
四、练习（15分钟）
1. 让学生进行原子晶体相关的习题练习，巩固所学知识。
五、总结与确立（5分钟）
1. 对原子晶体的相关知识进行总结，确立学生的学习目标。
六、拓展延伸（10分钟）
1. 介绍一些实际应用中原子晶体的应用，激发学生对化学知识的兴趣。
七、课堂小结（5分钟）
1. 总结本节课的重点内容，引导学生对所学知识的掌握。
教学反思：
本节课主要围绕原子晶体的基本概念、分类和结构展开，通过实物样品的展示和练习题的讲解，让学生更加深入理解和掌握原子晶体的知识。
同时，通过拓展延伸，引导学生了解原子晶体在实际应用中的重要性，提高他们对化学知识的兴趣和学习动力。
希望学生在本节课的学习中能够掌握原子晶体知识，对化学学习有更深入的理解。
第三章 第二节 原子晶体与分子晶体 第2课时 Word版含答案
第2课时原子晶体[学习目标定位] 1.知道原子晶体的概念，能够从原子晶体的结构特点理解其物理特性。
2.学会晶体熔、沸点比较的方法。
一、原子晶体的概念、结构及其性质1.概念及组成(1)概念：相邻原子间以共价键相结合形成的具有空间立体网状结构的晶体，称为原子晶体。
(2)构成微粒：原子晶体中的微粒是原子，原子与原子之间的作用力是共价键。
2.两种典型原子晶体的结构(1)金刚石的晶体结构模型如图所示。
回答下列问题：①在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。
②晶体中相邻碳碳键的夹角为109°28′，碳原子采取了sp3杂化。
③最小环上有6个碳原子，晶体中C原子与C—C键个数之比为1∶2。
④晶体中C—C键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
(2)二氧化硅晶体结构模型如图所示。
回答下列问题：①每个硅原子都采取sp3杂化，以4个共价单键与4个氧原子结合，每个氧原子与2个硅原子结合，向空间扩展，构成空间网状结构。
②晶体中最小的环为6个硅原子、6个氧原子组成的12元环，硅、氧原子个数比为1∶2。
3.特性由于原子晶体中原子间以较强的共价键相结合，故原子晶体：①熔、沸点很高，②硬度大，③一般不导电，④难溶于溶剂。
4.常见的原子晶体：常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
原子晶体的结构特点(1)构成原子晶体的微粒是原子，其相互作用力是共价键。
(2)原子晶体中不存在单个分子，化学式仅仅表示的是物质中的原子个数比关系，不是分子式。
例1下列物质的晶体直接由原子构成的一组是()①CO2②SiO2③晶体Si④白磷⑤氨基乙酸⑥固态HeA.①②③④⑤⑥B.②③④⑥C.②③⑥D.①②⑤⑥【考点】原子晶体【题点】原子晶体的一般性质及判断答案C解析CO2、白磷、氨基乙酸、固态He是分子晶体，其晶体由分子构成，稀有气体He由单原子分子构成；SiO2、晶体Si属于原子晶体，其晶体直接由原子构成。
什么叫原子晶体
①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。
②石墨的熔沸点为什么很高？
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。
小结：
1、离子晶体、分子晶体、原子晶体比较
离子晶体
组成微粒 阴、阳离子 离子键
分子晶体
分 子
原子晶体
原 子
微粒间作用力
熔沸点 硬度 导电性
分子间作用力 共价键
较高
较大
低
小
高
大 一般为 非导体
水溶液、 非导体，水 熔融态导电 溶液可能导电
2、晶体的熔沸点的比较 （1）不同类型晶体
原子晶体＞离子晶体＞分子晶体
（2）相同类型晶体 由晶体内微粒间作用力大小来确定
①离子晶体 组成相似的离子晶体，看离子键的强度。 ②分子晶体
复习巩固
1、离子晶体、分子晶体的构成粒子 及 粒子间作用各是什么? 2、影响离子晶体、分子晶体熔沸点、
硬度大小的因素各是什么？
阅读思考:
1、什么叫原子晶体？ 2、原子晶体的特点？
3、哪些物质属于原子晶体？
一、原子晶体
1、定义：原子间通过共价键结合 而成的晶体叫原子晶体。 ① 构成粒子：原子
② 粒子间作用：共价键
金刚石、单晶硅、碳化硅、二氧化硅等。
石墨 —混合型晶体
石墨晶体由碳原子构成，是层状结构，层内每 个碳原子与周围三个碳原子以共价键结合，形 成以正六边形排列成平面网状结构，层与层之 间以范德华力相结合，且有自由移动的电子。 构成微粒：原子； 微粒间作用力：共价键和分子间作用力； 石墨晶体具有原子晶体结构特点,又有分子晶 体结构特点,所以属混合晶体过渡型晶体。
3.3 原子晶体
拓展练习
碳化硅和立方氮化硼的结构与金刚石类似，碳化硅硬度仅次于金刚石，立方氮 化硼硬度与金刚石相当，其晶胞结构如图所示。
4
拓展练习
4
4
拓展练习 现有两组物质的熔点数据如表所示 ：
根据表中数据回答下列问题： (1)A组属于__原___子___晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是 __共___价__键___。
：
Si
O
共价键 实际上就是在晶体硅的Si—Si 键上插入O原子。
金刚石和二氧化硅
SiO2的晶体结构分析 ：(1)1个Si原子周围结合_4___个O原子；同时 ，每个O原子跟2____个Si原子相结合。实际 上，SiO2晶体是由Si、O原子1:按2 _____的比例 所构成的立体网状晶体。 (2)晶体中最小的环是由__6___个Si原子和__6___个O原子构成的 _1_2__元环。
原子晶体
教学目标
知道原子晶体的概念，能够从原子晶体的结构特点理解 其物理特性。
了解原子晶体的特征，能以典型物质为例描述原子晶体 结构与性质的关系。
学会晶体熔、沸点比较的方法 。
教学重点
原子晶体的概念；原子晶体的结构和性质 。
教学难点
原子晶体的结构特点 。
分子晶体 什么是分子晶体？举例说明 。分子间通过分子间作用力结合而成的晶体。例如干冰（ CO2晶体）和晶体碘等。
金刚石和二氧化硅
②正四面体向空间延伸成立体网状 ③。所有的C—C键长、键角相等 ④。最小的碳环由6个C组成，不在同一平面内 ⑤。每个C参与了4条C—C键的形成，在每条键中的贡献只有一 半，故C与C—C键数之比为1:(4×½)= 1:2。 ⑥晶体硅结构与金刚石相似，只是键长不同
金刚石和二氧化硅
3-2-2原子晶体
第三章 晶体结构与性质
说明：
①金刚石晶体中每个碳原子与它直接相邻的4个碳原子
形成正四面体结构，所以金刚石晶体中C—C—C的夹角为 109°28′。 ②金刚石晶体中每个碳原子与周围4个碳原子形成4个 C—C键，平均每个碳原子形成2个C—C键，所以金刚石晶体 中碳原子数与C—C键数之比为1∶2，即含1mol碳原子的金 刚石晶体含有2molC—C键。 ③金刚石中最小的碳环上有6个碳原子。
人 教 版 化 学
第三章 晶体结构与性质
说明：
确定非金属单质的晶体类型的方法：
①依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断：构成 原子晶体的粒子是原子，原子间的作用力是共价键；构成 分子晶体的粒子是分子，分子间的作用是范德华力。 ②也可以依据晶体的熔、沸点判断：原子晶体熔、沸
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点高，常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百
1.原子晶体的概念 所有原子都以共价键相互结合，整块晶体是一个三维
的共价键网状结构，又称共价晶体。
2．原子晶体的构成微粒 原子晶体中不存在分子，只存在原子。 注意： 原子晶体中不存在分子，所以原子晶体的化学式不代
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表分子，只代表组成原子的个数比，如SiO2代表SiO2晶体中
硅原子与氧原子的个数比为1∶2，不代表存在SiO2分子。
C—Si＞Si—Si，键能越大，原子晶体的熔点越高，A项正确； NH3 分子之间有氢键，故NH3 的沸点高于PH3 的，B项正确；人
二氧化硅是原子晶体，硬度大，白磷和冰都是分子晶体，
硬度较小，C项错误；卤化硅为分子晶体，它们的组成和结 构相似，分子间不存在氢键，故相对分子质量越大，熔点 越高，D项正确。 [答案] C
四种晶体类型
晶体，一般包括离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体四种类型。
一、依据构成晶体的微粒和微粒间的作用判断（1）离子晶体的构成微粒是阴、阳离子，微粒间的作用是离子键。
（2）原子晶体的构成微粒是原子，微粒间的作用是共价键。
（3）分子晶体的构成微粒是分子，微粒间的作用为分子间作用力。
（4）金属晶体的构成微粒是金属阳离子和自由电子，微粒间的作用是金属键。
二、依据物质的分类判断（1）金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类是离子晶体。
（2）大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅等)、非金属氢化物、非金属氧化物(除SiO2外)、几乎所有的酸、绝大多数有机物(除有机盐外)是分子晶体。
（3）常见的单质类原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼等,常见的化合类原子晶体有碳化硅、二氧化硅等。
（4）金属单质是金属晶体。
三、依据晶体的熔点判断。
（1）离子晶体的熔点较高。
（2）原子晶体的熔点很高。
（3）分子晶体的熔点低。
（4）金属晶体多数熔点较高,但有少数熔点相当低。
四、依据导电性判断。
（1）离子晶体溶于水及熔融状态时能导电。
（2）原子晶体一般为非导体。
（3）分子晶体为非导体,而分子晶体中的电解质(主要是酸和强极性非金属氢化物)溶于水,使分子内的化学键断裂形成自由移动的离子,也能导电。
（4）金属晶体是电的良导体。
五、依据硬度和机械性能判断。
（1）离子晶体硬度较大、硬而脆。
（2）原子晶体硬度大。
（3）分子晶体硬度小且较脆。
（4）金属晶体多数硬度大,但也有硬度较小的,且具有延展性。
(完整版)材料科学基础笔记
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1原子结构2原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14 种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷； b 可有无限多种。
2晶胞图1－6 （1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c 及其夹角α,β,γ 表示。
晶体结构与性质知识点
第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体①晶体：是内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。
②非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。
2、晶体的特征（1）晶体的基本性质晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。
①自范性：a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。
b．“自发”过程的实现，需要一定的条件。
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。
②均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。
③各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。
④对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。
在外形上，常有相等的对称性。
这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。
晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。
⑤最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比较，其内能最小。
⑥稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。
⑦有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。
⑧能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。
X射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。
利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。
非晶体物质没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
（2）晶体SiO2与非晶体SiO2的区别①晶体SiO2有规则的几何外形，而非晶体SiO2无规则的几何外形。
②晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO2内部质点排列无序。
③晶体SiO2具有固定的熔沸点，而非晶体SiO2无固定的熔沸点。
④晶体SiO2能使X射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
晶体中粒子的相互作用-(2)
一个原子获得一个电子成为负离子所释放的能量称为 原子的电子亲和能。原子的电离能和亲和能的相对大 小反映了原子吸引电子的能力，可用电负性来量度。
1
1. 离子键结合(ionic bond) 两种元素的原子相结合时，
失去电子的成为正离子，获得 电子的成为负离子，正、负离 子依靠静电力而结合在一起， 构成离子晶体。
2
2. 共价键结合(covalent bond) 当电负性较大的同种原子结合成晶体时，相邻的
两个原子各自将一个外层电子贡献出来，形成共享 形式，这两个电子的活动范围也在这两个原子之间 使两个原子结合。被共享的电子称为配对电子，电 子配对的方式称为共价键，以共价键结合的晶体称 为原子晶体。
金刚石结构，碳原子最外 层有四个价电子可与周围的 原子形成共价键，构成四面 体结构：中心碳原子与四个 顶角上的每个碳原子都共享 两个价电子，形成四根键。
Am(m n) 0 Bn(n 1)
由上式可以得到m>n。表示两原子之间的斥力作
பைடு நூலகம்
用比引力作用随间距的增大衰减得更快。 6
自由粒子结合成晶体时所释放的能量，或把晶体拆
散成单个自由粒子所需提供的能量，称为结合能。可
认为晶体中原子之间相互作用势能的总和，数值上就
等于晶体的结合能。由N个原子组成的晶体的结合能
3
3. 分子键结合(molecular bond) 当分子直接结合成晶体时，是依靠分子之间的范德
瓦耳斯力彼此结合在一起的，这种结合方式称为分子 键或范德瓦耳斯键。范德瓦耳斯键是一种很弱的结合 力，与气体分子之间或液体分子之间情形相类似。由 范德瓦耳斯键构成的晶体称为分子晶体。
低温下的惰性气体，如氩、氖、氪和氙等以及大部 分有机物所形成的晶体，都属于分子晶体。 4. 金属键结合(metallic bond)
晶体结构
山东大学材料科学基础
S2-： 0 0 0； 0 ½ ½； ½ 0 ½; ½ ½ 0 Zn2+： ¼ ¼ ¾； ¼ ¾ ¼； ¾ ¼ ¼; ¾ ¾ ¾
结构型式 离 子 堆 积 描 述 化学组成比 n+/n负离子堆积方式 正负离子配位数比CN+/CN正离子所占空隙种类 正离子所占空隙分数 立方ZnS型 1:1 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2
钙钛矿型结构中离子间关系如下: 设A位离子半径为rA,B位离子半径为rB,O2-半径为 ro, rA+ro＝√2（rB+ro） 但是，实际测定发现，A、B离子半径有一定的变 动范围，可表示为： 2rA+2ro＝t √2（rB+ro） 式中，t为容忍因子， t=0.77∽1.10
山东大学材料科学基础
A与B离子的电价不限于2价和4价，任意一对阳 离子半径适合于配位条件，且其原子价之和为6， 则它们可能取这种结构。 钙钛矿型化合物化学计量比可以是A2+B4+O3(如 BaTiO3和PbZrO3)或是A3+B3+O3(如LaGaO ,LaAlO )； 也可以A1+B5+O3(如KNbO ,NaWO )或A1+B2+O3（KNiF ）; 混合形式如Pb(Mg Nb )O 和Pb(Sc Ta )O 也是可能的。
山东大学材料科学基础
Ti Ba
四方BaTiO3结构中离子的位置，Ti离子向上位移
山东大学材料科学基础
从立方到四方转变温度称为居里点。 对于纯BaTiO3居里点为130℃。除BaTiO3外，许多晶体 都有自发极化，大多数铁电体结构都有氧八面体，氧八 面体空隙越大，其中金属离子半径越小、电荷越大，则 晶体就越容易发生自发极化。 在钙钛矿化合物中，居里点转变温度变化很大。如 PbTiO3，较大的Pb2+取代Ba2+,Ti4+的八面体环境更为不 安定，立方－四方转变温度是490℃；而SrTiO3居里点 只有－55℃。这可以解释成，Sr2+比Ba2+小，使得氧八 面体也小，可以将Ti稳定在体心位置。实际上，居里点 可以在一个很宽的范围连续的变化，通过在BaTiO3和 PbTiO3（提高Tc）或SrTiO3(降低Tc)之间形成固溶体。
四种晶体
四种晶体一．原子晶体1.定义：相邻的原子之间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体。
2.构成晶体的微粒：原子3.微粒间的相互作用：共价键①概念：原子间通过共用电子对所形成的相互作用。
②分类：极性共价键﹑非极性共价键③特征：有方向性﹑有饱和性④影响强度的因素：成键原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越稳定⑤对物质性质的影响：共价键的键能越大，分子稳定性越强4.物理性质：熔沸点高，难溶于水，硬度大，固态时不导电（熔点：金刚石﹥碳化硅﹥晶体硅）一般来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越牢固，熔沸点越高5.实例：某些非金属单质，如:B、Si、Ge 等；某些非金属化合物，如：SiC、BN、SiO2 二．金属晶体1.定义：通过金属键结合而形成的晶体2.构成晶体的微粒：金属阳离子和自由电子3.微粒间的相互作用：金属键4.物理性质：导热性、导电性、延展性，熔沸点较高，硬度较大一般来说，金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属晶体内部作用力越强，离子的熔沸点越高5.实例：金属、合金6.金属晶体的四种堆积模型简单立方：代表金属Po；配位数6；晶胞占有的原子数1体心立方（钾型）：代表金属Na、K、Fe；配位数8；晶胞占有的原子数2面心立方（铜型）：代表金属Cu、Ag、Au；配位数12；晶胞占有的原子数4六方最密堆积（镁型）：代表金属Mg、Zn、Ti；配位数12；晶胞占有的原子数2 三．分子晶体1.定义：分子间以分子间作用力结合而成的晶体2.构成微粒：分子3.微粒间的相互作用力：①范德华力：特征：无方向性、无饱和性影响强度的因素：随着分子极性的增大而增大组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越大对物质性质的影响：影响物质的熔沸点、溶解度等物理性质组成和结构相似的物质，随着相对分子质量的增大，物质的熔沸点增大②氢键：分类：分子间氢键、分子内氢键特征：有方向性、有饱和性影响强度的因素：对A—H…B，A、B的电负性越大，B原子半径越小，键能越大对物质性质的影响：使物质的熔沸点升高，在水中的溶解度越大4．物理性质：熔沸点较低，硬度较小；“相似相溶”原理汽化或熔融时，克服分子间作用力不破坏化学键在固态或熔融状态下不导电5.实例：非金属氢化物、部分非金属单质、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物四．离子晶体1．定义：离子间通过离子结合而形成的晶体2．构成微粒：阴离子和阳离子3．微粒间的相互作用：离子键4．物理性质：具有较高的熔沸点，难挥发，硬而脆，固态不导电，熔化或溶于水后能导电大多数易溶与极性溶剂（如水中），难溶于非极性溶剂（如汽油煤油）一般来说，阴阳离子所带的电荷数越多，离子半径越小，则离子键越强，离子晶体的熔沸点越高6.实例：强碱、活泼金属氧化物、绝大多数盐五．得到晶体的途径：熔融状态物质凝固气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）溶质从溶液中析出。
01晶体学基础
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续二
（1）电子和空穴：有效电荷与实际电荷相等。 （2）原子晶体：带电的取代杂质缺陷的有效电荷就
等于该杂质离子的实际电荷。 （3）化合物晶体：缺陷的有效电荷一般不等于实际
电荷。
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缺陷的表示
• 无缺陷状态：0 • 晶格结点空位：VM, VX • 填隙原子:Ai, Xi • 错位原子:在AB中，AB, BA • 取代原子:在MX中NM • 电子缺陷:e’, h• • 带电缺陷: VM’, VX •, Ai •, Xi’, AB, BA , NM(n-m)
• 箭头表示反应方向
V V 0 NaCl(s) ' •
Na
Cl
• 箭头上表示基质的化学
式
•
生成物主要由缺陷组成
AgCl
AgCl(s )
Agi•
VA' g
Cl
Cl
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基本的缺陷反应方程式
1．具有夫伦克耳缺陷(具有等浓度的晶格空位和填隙原子的 缺陷)的整比化合物M2+X2-：
位错模型
如图所示，晶体中多余的半原子面好象一片刀刃切入晶体中， 沿着半原子面的“刃边”，形成一条间隙较大的“管道”，该 “管道”周围附近的原子偏离平衡位置，造成晶格畸变。刃型 位错包括“管道”及其周围晶格发生畸变的范围，通常只有3到 5个原子间距宽，而位错的长度却有几百至几万个原子间距。刃 位错用符号 “┻”表示。
内容回顾
1.晶体结构的周期性; 2.点阵结构与点阵； 3. 点阵与平移群及与点阵结构的关系； 4. 晶体结构参数； 5. 晶面指数的确定；
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晶体结构 (2)
二、晶体常见题型
（一）晶体 化学式的确定
晶体中,每个 在NaCl晶体中 每个 +同时吸引着 6 个 晶体中 每个Na 同时吸引着__个 Cl-；每个 -同时吸引着 6 个Na+。 每个Cl 同时吸引着___个 晶体中,每个 在NaCl晶体中 每个 +周围与之等距离且最近的 + 晶体中 每个Na 周围与之等距离且最近的Na ___个 每个Cl 周围与之等距离且最近的Cl ___个 有12 个；每个 -周围与之等距离且最近的 -有12 个。
A.TiC B.Ti6C7 C.Ti14C13 D.Ti13C14
此题给出的是分子簇结构而非晶体结构，故只需数出原子的 此题给出的是分子簇结构而非晶体结构， 数目即可。 数目即可。
（二）晶体密度、粒子间距离的计算
右图为NaCl晶胞的结构示意图 。 它向三 晶胞的结构示意图。 [ 例 1 ] 右图为 晶胞的结构示意图 维空间延伸得到完美晶体。试回答： 维空间延伸得到完美晶体。试回答： （1）一个 ）一个NaCl晶胞中有 8×1/8＋6×1/2＝4 个 晶胞中有 × ＋ × ＝ Na＋，有 1＋12×1／4＝4 个Cl－。 ＋ × ／ ＝ （2）一定温度下 ， 用 X射线衍射法测得晶胞的 ） 一定温度下， 射线衍射法测得晶胞的 边长为a 晶体的密度。 边长为 cm，求该温度下 ，求该温度下NaCl晶体的密度。 晶体的密度
C
计算晶胞中各原子数： 计算晶胞中各原子数： Y：1 ： Ba：2 ： Cu：8×1/8 +8×1/4 = 3 ： × ×
均摊法是研究晶体结构的常用方法， 均摊法是研究晶体结构的常用方法，但要注意以 下题型： 下题型： 例：最近科学家发现一种由钛原子 和碳原子构成的气态团簇分子， 和碳原子构成的气态团簇分子，如 图所示。 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是碳原 则它的化学式是（ 子，则它的化学式是（ ）
《固体物理学》房晓勇教材02-第二章 晶体的结合和弹性
第
海 纳 百 川
大 道 致 远
第
(1)稀有气体的I1总是处于极大值(完满电子层)，碱金属的I1处 于极小值(原子实外仅一个电子)，易形成一价正离子。
(2)除过渡金属外，同一周期元素的I1基本随Z增加而增大(半 径减小)；同一族中随Z增加I1减小。
海
(3)过渡金属的I1不规则地随Z增加，同一周期中，最外层ns2 大 纳 相同，核电荷加一，(n－1)d轨道加一电子，所加电子大部分 道 百 在ns以内，有效核电荷增加不多，易失去最外层的s电子。
1 1 ( 2 s 2 p x 2 p y 2 pz ) 2
“杂化轨道”
大 道 致 远
共价键结合比较强：原子晶体具有高力学强度、高熔点、 高沸点和低挥发性的特点，导电率和导热率低。原子晶
第
三、金属晶体
结合力：金属键
第Ⅰ族、第Ⅱ族及过渡元素晶体都是典型的金属晶体。
海 纳 百 川
海 纳 百 川
f (r )
r
(a )
r r0 , f (r ) 0 ,
斥力
r r0 , f (r ) 0 , 引力
远
r0
rm
r
(b )
r r0 , f (r ) 0, u(r )min
r rm , f ( rm )
最大有效引力
第
u(r )
du ( ) |r r0 0 dr
大 道 致 远
第
2.3 结合力的一般性质
一、原子间的相互作用 吸引力
海 纳 百 川
库仑引力 库仑斥力
大
原子间的相互作用力
排斥力
泡利原理引起
道 致 远
第
假设相距无穷远的两个自由原子间的相互作用能为零，相
二维原子晶体材料 vo2
二维原子晶体材料 vo2二维原子晶体材料VO2引言二维材料作为一种新型材料，具有独特的物理和化学特性，在能源、电子器件和传感器等领域具有广阔的应用前景。
本文将重点介绍一种重要的二维材料——VO2。
一、VO2的基本概述VO2（二氧化钒）是一种重要的过渡金属氧化物，具有多种结晶形态。
其中，单晶VO2在室温下属于金属相，而在高温下则属于绝缘相。
这种相变现象使VO2成为了研究的热点之一。
二、VO2的结构特点VO2的晶体结构属于四方晶系，晶胞中含有两个钒原子和两个氧原子。
在金属相中，钒原子之间存在着共价键，导致电子自由度较高，因而表现出金属性质；而在绝缘相中，钒原子之间的电子形成了离域，导致电子自由度较低，呈现出绝缘性质。
三、VO2的相变机制VO2的相变机制主要涉及到电荷、自旋和晶格的变化。
在金属相到绝缘相的相变过程中，VO2晶格结构发生畸变，钒原子之间的距离减小，形成了间隙。
这种畸变导致了电子的局域化，使得VO2由金属相转变为绝缘相。
四、VO2的应用前景由于VO2在相变时具有明显的电学、光学和热学性质的变化，因此在能源、电子器件和传感器等领域具有广泛的应用前景。
例如，VO2可以用于制备高性能的热敏电阻，用于制造温度传感器和红外探测器等。
五、VO2的制备方法制备VO2的方法主要包括化学气相沉积和溶胶凝胶法。
化学气相沉积是通过将VOCl3等前驱体在高温下与氧气反应得到VO2薄膜，而溶胶凝胶法则是通过将金属盐和有机物溶解在溶液中，再通过热处理得到VO2材料。
六、VO2的挑战与展望尽管VO2在二维材料领域具有巨大的潜力，但仍然面临着一些挑战。
例如，VO2的相变温度通常较高，制备过程较为复杂，限制了其在实际应用中的推广。
未来的研究应该致力于寻找更低的相变温度和简化制备工艺，以实现VO2的大规模应用。
结论VO2作为一种重要的二维原子晶体材料，具有独特的相变特性和广阔的应用前景。
通过深入研究其结构特点和相变机制，可以为其在能源、电子器件和传感器等领域的应用提供理论基础和技术支持。
原子晶体__第2课时_导学案
高山不爬不能到顶，竞走不跑不能取胜，永恒的幸福不争取不能获得。
想成为一名成功者，先必须做一名奋斗者。
《选修三第三章第一节 原子晶体》导学案（第2课时）高二 班 第 组 姓名 组内评价 教师评价_______【课标要求】1、原子晶体的结构特征和形成原子晶体的物质种类；2、正确区分原子晶体与分子晶体 【重点难点】1、掌握原子晶体的结构特征 【新课导学】自主学习课本68-72页，完成下列任务 二、原子晶体1、概念：相邻原子间以________相互结合而形成的具有三维的共价键网状结构的晶体， 叫原子晶体，又叫共价晶体。
2、构成晶体的粒子：___________，故原子晶体中无___________。
3、原子晶体的物理性质熔点_______，硬度_______，_____溶于一般溶剂，_____导电，延展性_____。
4、常见的原子晶体(1) 某些非金属单质，如____________________。
(2) 某些非金属化合物，如____________。
(3) 某些________，如二氧化硅、氧化铝。
5、 原子晶体的物理性质（1）熔点_____，硬度______。
（2）______一般的溶剂。
（3）_______导电。
（4）对于原子晶体，一般来说，原子间键长越____，键能越____，共价键越_____，物质的熔沸点越_____，硬度越_____。
6、典型的原子晶体(如图)金刚石的晶体结构模型 二氧化硅的晶体结构模型 (1) 金刚石①在晶体中，每个碳原子以___________与_______个碳原子相结合，成为______________。
②晶体中C —C 键夹角为____________，碳原子采取了______杂化。
③最小环上有______个碳原子。
④晶体中C 原子个数与C —C 键数之比为1：(4×1/2)=1：2(2) 二氧化硅①在晶体中，_____个硅原子和_____个氧原子形成______个共价键；每个氧原子与______个硅原子相结合。
原子晶体离子晶体金属晶体熔沸点
原子晶体离子晶体金属晶体熔沸点1、不同晶体类型的物质（1）、一般情况下，原子晶体>离子晶体>分子晶体，而金属晶体的熔沸点差异较大，有的很高（钨），有的很低（汞）。
（2）、对于有明显状态差异的物质，根据常温下状态进行判断。
如NaCl>Hg>CO22、同种晶体类型（1）、同属原子晶体：原子间通过共价键形成原子晶体，原子晶体的熔沸点取决于共价键的强弱。
一般，原子半径越大，共价键越长，共价键就越弱，熔沸点越低。
如：金刚石（C—C）>碳化硅（C—Si）>晶体硅（Si—Si）（2）、同属离子晶体：阴阳离子通过离子键形成离子晶体，离子晶体的熔沸点取决于离子键的强弱，离子所带电荷越多，离子半径越小，则离子键越强，熔沸点越高。
如：MgO>MgCl2>NaCl>CsCl（3）、同属金属晶体：金属阳离子和自由电子通过金属键形成金属晶体，金属阳离子带的电荷越多，半径越小，金属键越强，熔沸点越高。
如：Al>Mg>Na3、分子晶体分子之间通过分子间作用力形成分子晶体，分子晶体熔沸点比较复杂，有许多具体情况需要分别讨论。
（1）、组成和结构相似的分子晶体，一般相对分子质量越大，分子间作用力越强，熔沸点越高，如I2>Br2>Cl2>F2；CH4<C2H6<C3H8<C4H10（2）、组成和结构不相似的物质，分子的极性越大，熔沸点越高，如CO>N2（3）、同分异构体之间a.一般支链越多，熔沸点越低。
如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷b.结构越对称，熔沸点越低。
如沸点：邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯（4）、若分子间存在氢键，则熔沸点会反常高，通常含有氢键的物质有氨、冰、干冰，乙醇。
如HF>HI>HBr>HCl。
第2章 晶体结合
《固体物理学》 微电子与固体电子学院
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2.1 晶体结合的普遍特征
结论：同一周期元素自左至右电负性逐渐增大，同一族元素 自上而下电负性逐渐减小，过渡族元素的电负性比较接近。
电负性定性判断晶体类型：
（1）当两个成键原子的电负性差值较大时，晶体结合往往采
取离子键； （2）同种原子之间的成键，主要是共价键或金属键； （3）电负性差值小的原子之间成键主要是共价键。
4
2.1 晶体结合的普遍特征
（3）排斥作用起源于：（a） 同性电荷之间的库仑力；（b） 由于Pauli不相容原理的限制所 引起的排斥作用。
O
U(r)
r0 rm
r
b 排斥势可表示为： u R ( r ) rn
b是晶格参量，n是玻恩指数， 都是实验确定的常数
O
f(r)
r
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2.1 晶体结合的普遍特征
3. 体弹性模量
（1）晶体受外力时体积的变化。即∆P与-∆V/V之比。
P U 2U K V V ( ) V V V V V 2
2U T=0时，K V0 2 V V0
弹性模量可由实验测定。
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N 2 2
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2.2 离子键与离子晶体
设 rij ij R ，R是最近邻间距：
N U U ( R) 2 2e 2 ' 1 1 ' b ( ) n ( n ) ij R ij 40 R
19
2.2 离子键与离子晶体
第 i 个离子与其它N-1个个离子间的互作用势：
高中化学选修3知识点图示大全
高中化学选修3知识点图示大全第一章原子结构与性质一.原子结构1.能级与能层2.原子轨道3.原子核外电子排布规律（1）能量最低原理现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。
构造原理和能量最低原理是从整体角度考虑原子的能量高低，而不局限于某个能级。
（2）泡利（不相容）原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。
换言之，一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利（Pauli）原理。
（3）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特（Hund）规则。
比如，p3的轨道式为或，而不是。
洪特规则特例：当p、d、f轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。
即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。
前36号元素中全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。
4.基态原子核外电子排布的表示方法(1)电子排布式①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1。
②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：[Ar]4s1。
(2)电子排布图(轨道表示式)每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。
如基态硫原子的轨道表示式为二.原子结构与元素周期表1.原子的电子构型与周期的关系(1)每周期第一种元素的最外层电子的排布式为ns1。
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第二节分子晶体和原子晶体（第2课时）
编制：张强审核：审批：日期：2014-4-25
【教学目标】
1、知识与技能：理解原子晶体的定义，构成晶体的粒子以及粒子间的相互作用；熟知重要的、典型的原子晶体；掌握原子晶体的熔点、沸点、硬度等物理性质及变化规律；掌握金刚石、晶体硅等晶体的结构
2、过程与方法：采用比较、讨论、归纳、综合的方法进行教学。
3、情感、态度与价值观：体验科学的魅力，进一步形成科学的价值观。
【教学重点、难点】
原子晶体的概念；原子晶体的结构特点；晶体类型与性质之间的关系；
【教学过程】
二．原子晶体
1、原子晶体的概念
①概念：有的晶体的微观空间里没有分子，在原子晶体中，所有原子都以共价键相互结合，形成共价键网状结构。
又称为共价晶体
②构成原子晶体的粒子_______________。
③原子间以较强的_____________相结合。
2、常见的原子晶体（阅读（P68~69页）：
①
②
3、典型的原子晶体结构：
①金刚石：
在金刚石晶体里每个C原子被 C原子包围
形成。
最终金刚石构成一个坚实
的彼此联结的。
金刚石最小的碳环上有个碳原子。
②二氧化硅：
①在晶体中每个硅原子和个原子形成个共价键；
②每个氧原子与个硅原子相结合。
故SiO2晶体中硅原子
与氧原子按比例组成。
③最小环上有个原子。
【思考1】①原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？
②1mol金刚石中有____mol C-C ?
4、原子晶体的物理特性
表3－3 某些原子晶体的熔点和硬度
由上表格可以看出原子晶体：熔沸点硬度溶于水
【思考2】
①原子晶体的熔沸点与什么有关？
②怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？
5、原子晶体熔、沸点比较规律
在共价键形成的原子晶体中，原子半径_______，键长_______，键能_________，晶体的熔、沸点________。
熔点：金刚石_______碳化硅______晶体硅
【思考3】
①“具有共价键的晶体叫做原子晶体”。
这种说法对吗？为什么？
②为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？
6、不同类型的晶体熔沸点比较：
原子晶体分子晶体
【练习】：比较固体F2、 Cl2、金刚石、冰的熔沸点
7、分子晶体和原子晶体的比较
【课堂练习】：
1、有下列几种晶体：A.水晶，B.冰醋酸，C.白磷，D.金刚石，E.晶体氩，F.干冰。
（1）属于分子晶体的是____ ____(填字母，下同)，直接由原子构成的分子晶体是________。
（2）属于原子晶体的化合物是_ _______。
（3）直接由原子构成的晶体是____ ____。
（4）受热熔化时，化学键不发生变化的是___ _____，需克服共价键的是____ ____。
2、有关晶体的下列说法中，正确的是()
A．晶体中分子间氢键越强，分子越稳定
B．原子晶体中共价键越弱，熔点越低
C．冰融化时水分子中共价键发生断裂
D．原子晶体中只存在极性共价键，不可能存在其他类型的化学键
3、下列说法中错误的是()
A．金刚石晶体中的最小碳原子环由6个碳原子构成
B．金刚石晶体中的碳原子是sp3杂化的
C．1 mol SiO2晶体中含2 mol Si—O键
D．金刚石化学性质稳定，即使在高温下也不会和O2反应
4、下列晶体的熔沸点排列正确的是（）
A：Cl2〈F2B：H2O〈H2S C：金刚石〉晶体硅D：二氧化硫〉二氧化硅。