12.2 晶体的微观结构

12.2 晶体的微观结构

教学目标

1．知道晶体内部的物质微粒是依照一定规律在空间整齐排列的．

2．知道晶体外形的规则性和物理性质的各向异性可用晶体物质微粒的规则排列来说明．

引入

晶体和非晶体在外形上和一些物理性质上的不同，我们可以从固体的微观结构上去寻找原因．

一、固体的微观结构

1．历史回顾

①17世纪提出假说

从17世纪开始，人们根据晶体外形的规则性和物理性质的各向异性提出了一些假说，认为晶体内部的微粒是有规则地排列着．

②19世纪中叶，该学说虽得到进一步发展，人们的认识有了一定提高，但仍限于一种假说．

③1912年，应用X射线证实假说的正确性．现在，人们用电子显微镜对晶体内部结构进行直接观察和照相，进一步证实了这种假说的正确性．

2．固体的微观结构（空间点阵）

①定义：组成晶体的物质微粒（分子、原子或离子）依照一定的规律，在空间中整齐地排列，构成空间点阵。

②点阵结构形成原因：晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离，形成了空间点阵结构。微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．

③注意：点阵模型并不代表晶体的真实情况，它只是组成晶体的物质微粒有规则排列的示意图。

二、晶体的特征

固体的微观结构决定了具体外形的规则性和一些物理性质的各向异性

1．晶体外形的规则性可以用微粒的规则排列来解释

【演示】食盐晶体结构模型：食盐的晶体是由钠离子Na＋和氯离子Cl－组成的，它们等距离交错地排列在三组相互垂直的平行线上，因而食盐具有正方体的外形．

2．晶体的各向异性是由晶体内部的结构所决定．

①晶体各向异性的微观解释

如图表示在一个平面上晶体物质微粒的排列情况，从图中可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上，物质微粒的数目不同，直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少，正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起晶体的不同方向上物理性质的不同．

方解石对光产生双折射现象的原因，是因为它在各个方向上的折射率不同所致。云母片各方向上导热性质不同，是由其空间点阵决定的。

②同素异形体：由同种元素组成的不同晶体叫做同素异形体．

有的物质能够生成种类不同的几种晶体，是因为它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构．

同一物质的微粒能形成不同的空间点阵，生成种类不同的几种晶体，这种性质中物质的多样性。

【演示】石墨的晶体结构模型和金刚石的晶体结构模型．

石墨是层状结构，层与层之间距离较大，作用力较弱，沿着这个方向容易把石墨一层一层地剥下，石墨的层状结构决定了它的质地松软，可以用来制作粉状润滑剂，也可用来制作铅笔芯等．

金刚石中碳原子间的作用力很强．所以，金刚石有很大的硬度，能用来切割玻璃，如果把它安装在钻探机的钻头上，能够钻入坚硬的岩石内．

不只是碳元素能组成不同的晶体，其他元素也有这种情况．例如：白磷和红磷的化学成分相同，但是白磷具有立方体结构，而红磷具有层状结构．

③同一种化学成分的物质，既能以晶体的形式存在，又能以非晶体的形式存在。如天然水晶是晶体，而熔融的水晶（石英玻璃）是非晶体。

许多晶体在一定条件下可以转化为晶体。