化学竞赛晶体结构144页PPT
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安徽高中化学竞赛-无机-6-第六章 晶体结构基础(共234页PPT)
换算关系为 4.8 D = 1.602 10－19 C 1.0 10－10 m 1.602 10－19 1.0 10－10 C•m 1D = 4.8 显然 1 D = 3.34 10－30 C•m
随着国际单位制的推广与
° 应用，德拜和 A 等单位已经逐
渐停止使用。
极性分子的偶极矩称为永久
氢的两侧尽量呈直线排列。 体现出氢键的方向性。
除非其他外力有较大影响时，才
改变方向。
氢键的强度介于化学键和分子
间作用力之间。 氢键的强度大小和氢原子两侧
的原子所属元素的电负性有关。
见下列氢键的键能数据
E / kJ•mol－1
F－H· · · · F O－H· · · · O N－H· · · · N 28.0 18.8 5.4
为诱导偶极。
诱导偶极用 µ 表示， 其强 度大小与电场强度成正比。 也与分子的变形性成正比。
所谓分子的变形性，即分子的
正负电重心的可分离程度。 分子体积越大，电子越多，变
形性越大。
非极性分子在无外电场作用时， 由于运动、碰撞，原子核和电子
的相对位置变化 … … 其正负电重心
可有瞬间的不重合。 极性分子也会由于上述原因改变
取向力的大小与偶极矩的平方成
正比， F 2
诱导偶极 —— 永久偶极之间 的作用称为诱导力。
极性分子作为电场，使非极性
分子产生诱导偶极
极性分子作为电场，使极性分 子的偶极增大，产生诱导偶极 这时诱导偶极与永久偶极之间 产生诱导力。
因此诱导力存在于
极性分子 —— 非极性分子 也存在于
极性分子 —— 极性分子
正负电重心。
这种由于分子在一瞬间正负 电重心不重合而造成的偶极 称为瞬间偶极 瞬间偶极和分子的变形性大
随着国际单位制的推广与
° 应用，德拜和 A 等单位已经逐
渐停止使用。
极性分子的偶极矩称为永久
氢的两侧尽量呈直线排列。 体现出氢键的方向性。
除非其他外力有较大影响时，才
改变方向。
氢键的强度介于化学键和分子
间作用力之间。 氢键的强度大小和氢原子两侧
的原子所属元素的电负性有关。
见下列氢键的键能数据
E / kJ•mol－1
F－H· · · · F O－H· · · · O N－H· · · · N 28.0 18.8 5.4
为诱导偶极。
诱导偶极用 µ 表示， 其强 度大小与电场强度成正比。 也与分子的变形性成正比。
所谓分子的变形性，即分子的
正负电重心的可分离程度。 分子体积越大，电子越多，变
形性越大。
非极性分子在无外电场作用时， 由于运动、碰撞，原子核和电子
的相对位置变化 … … 其正负电重心
可有瞬间的不重合。 极性分子也会由于上述原因改变
取向力的大小与偶极矩的平方成
正比， F 2
诱导偶极 —— 永久偶极之间 的作用称为诱导力。
极性分子作为电场，使非极性
分子产生诱导偶极
极性分子作为电场，使极性分 子的偶极增大，产生诱导偶极 这时诱导偶极与永久偶极之间 产生诱导力。
因此诱导力存在于
极性分子 —— 非极性分子 也存在于
极性分子 —— 极性分子
正负电重心。
这种由于分子在一瞬间正负 电重心不重合而造成的偶极 称为瞬间偶极 瞬间偶极和分子的变形性大
最新奥赛晶体结构题型分析和学习方法.教学讲义ppt课件
（1）MgH2晶体是金红石型结构，Z＝2，所以一个 晶胞中含有4个H原子，密度为：
N m V Z6.0 2120 3(45 .2 1.0 0 510 0 1 4 8)0230 .21 310 10
0.10g9 c7 m 3
8.09.1 8017905712(2倍 1)
MgH2晶体中氢的密度，是标准状态下氢气密度的 1221倍。
然界并不存在的物质－C3N4，理论计算表明，这种C3N4物
质比金刚石的硬度还大，不仅如此，这种物质还可用作蓝紫 激光材料，并有可能是一种性能优异的非线性光学材料。这 篇论文发表以后，在世界科学领域引起了很大的轰动，并引
发了材料界争相合成－C3N4的热潮，虽然大块的－C3N4 晶体至今尚未合成出来，但含有－C3N4晶粒的薄膜材料已
（1）掺杂后晶体的化学式为
；晶胞类型
为
；如果C60－为顶点，那么K＋所处的位置
是
；处于八面体空隙中心的K＋到最邻近的
C0掺杂K＋后的晶胞参数几乎没有 发生变化，试给出理由。
（3）计算预测C60球内可容纳半径多大的掺杂原 子。
解答
这个题目的关键是掺杂C60晶胞的构建。C60 形成如下图所示的面心立方晶胞，K＋填充 全部八面体空隙，根据本文前面的分析，这 就意味着K＋处在C60晶胞的体心和棱心，形 成类似NaCl的晶胞结构。这样，掺杂C60的 晶胞确定后，下面的问题也就迎刃而解了。
晶体结构内容相互关系图晶体晶体基本概念和结构晶胞及其类型配位数空隙粒子数计算碓砌方式以及原子坐标等晶体类型和性质4种晶体类型结构和性质特点及其相关计算堆积类型面心立方最密堆积a1六方最密堆积a3体心立方密堆积a2简单立方堆积金刚石型堆积a4最密堆积密堆积原理是一个把中学化学的晶体结构内容联系起来的一个桥梁性的理论体系
N m V Z6.0 2120 3(45 .2 1.0 0 510 0 1 4 8)0230 .21 310 10
0.10g9 c7 m 3
8.09.1 8017905712(2倍 1)
MgH2晶体中氢的密度，是标准状态下氢气密度的 1221倍。
然界并不存在的物质－C3N4，理论计算表明，这种C3N4物
质比金刚石的硬度还大，不仅如此，这种物质还可用作蓝紫 激光材料，并有可能是一种性能优异的非线性光学材料。这 篇论文发表以后，在世界科学领域引起了很大的轰动，并引
发了材料界争相合成－C3N4的热潮，虽然大块的－C3N4 晶体至今尚未合成出来，但含有－C3N4晶粒的薄膜材料已
（1）掺杂后晶体的化学式为
；晶胞类型
为
；如果C60－为顶点，那么K＋所处的位置
是
；处于八面体空隙中心的K＋到最邻近的
C0掺杂K＋后的晶胞参数几乎没有 发生变化，试给出理由。
（3）计算预测C60球内可容纳半径多大的掺杂原 子。
解答
这个题目的关键是掺杂C60晶胞的构建。C60 形成如下图所示的面心立方晶胞，K＋填充 全部八面体空隙，根据本文前面的分析，这 就意味着K＋处在C60晶胞的体心和棱心，形 成类似NaCl的晶胞结构。这样，掺杂C60的 晶胞确定后，下面的问题也就迎刃而解了。
晶体结构内容相互关系图晶体晶体基本概念和结构晶胞及其类型配位数空隙粒子数计算碓砌方式以及原子坐标等晶体类型和性质4种晶体类型结构和性质特点及其相关计算堆积类型面心立方最密堆积a1六方最密堆积a3体心立方密堆积a2简单立方堆积金刚石型堆积a4最密堆积密堆积原理是一个把中学化学的晶体结构内容联系起来的一个桥梁性的理论体系
安徽高中化学竞赛-结构化学 7 晶体的点阵结构和晶体的性质(共101页PPT)
二 维 周 期 性 结 构 与 平 面 点 阵
Cu （111面）的点阵. 红线画出的是一个平面正当格子：
(3)
空间点阵
向空间三维方向伸展的点阵称为空间点阵 选取三个不平行、不共面的单位向量 a, b, c,可将
空间点阵划分为空间格子。空间格子一定是平行六面
体。
正当空间格子只有 7 种形状 14 种型式.
第七章 晶体的点阵结构 和晶体的性质
7.1 晶体的结构和性质
一、晶体的定义
由原子、分子或离子等微粒在空间按一定 规律、周期性重复排列所构成的固体物质。
图7.1 晶态结构示意图
图7.2 非晶态结构示意图
7.1 晶体的结构和性质
二、 晶体结构的特征
固体物质按原子(分子、离子)在空
无定形 晶 体
间排列是否长程有序
立方面心是一种常见的
金属晶体结构，其中每个
原子都是一个结构基元， 都可被抽象成一个点阵点 .
正确做法是按统一取法把每一对离子A-B作为结构
基元，抽象为点阵点, 就得到正确的点阵——立方简单.
CsCl型晶体的点阵——立方简单
NaCl型晶体中，按统一的方式将每一对离子A-B
抽象为一个点阵点。 于是，点阵成为立方面心。
所有点阵点分布在一个平面上。
所有点阵点分布在三维空间上。
空间点阵
(1)
直线点阵
以直线连接各个阵点形成的点阵称为直线点阵
§7.2 晶体结构的周期性与点阵
(2)
平面点阵
在二维方向上排列的阵点, 即为平面点阵. 最简单的情况是等径圆球密置层. 每个球抽取为一个点. 这些点即构成平面点阵.
b a
Cu （111面）密置层（每个原子就是一个结构基元，对应一个点阵点）：
晶体结构PPT演示课件
同素异形体、同位素与同分异构体的比较
同位素
同素异形体
同分异构体
定义 研究对象
质子数相同、质 同一种元素
量数（或中子数）形成的不同
不同的原子
单质
原子
单质
分子式相同而结 构不同的化合物
化合物
性质
化学性质几乎 完全相同
物理性质差别 大，化学性质 稍有差别
物理性质和化 学性质均有较 大差别
常见实例
1H、2H、3H 35Cl、37Cl
态和熔融状态时都不导电。有些在水溶液中能电离 而导电。
3）溶解性 相似相溶：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极
性溶质一般能溶于极性溶剂
20
一般来说，对于组成和结构相似的物质：
相对分子 质量越大
分子间作 用力越大
物质熔点 沸点越高
讨论：1）比较下列各组物质的熔、沸点高低
① CS2、CO2 ②CCl4 、O2、NaCl、NaF、MgO 离子晶体的熔沸点比分子晶体高 2）为什么氮气的熔沸点很低，而化学性质 很稳定？
◆概念分析：
（1）构成分子晶体的基本微粒是什么？哪些物质可形成 分子晶体？
（2）这些微粒是通过什么作用力形成晶体的？
思考：①稀有气体单质的结构微粒是什么？
②分子晶体表示的化学式的意义？ （3）在干冰晶如体S、中S能8、否C找60到、一P、个CPO4 2分子？
18
干冰晶体结构的特点
①在干冰晶胞中存在哪些作用力？
15
在NaCl晶体中，以Na+为中心与之最近且距离
相等的Na+共有多少个？
12个
16
◆物理性质分析： 离子晶体
1）离子晶体的物理性质一般有何特征？为什么？
同位素
同素异形体
同分异构体
定义 研究对象
质子数相同、质 同一种元素
量数（或中子数）形成的不同
不同的原子
单质
原子
单质
分子式相同而结 构不同的化合物
化合物
性质
化学性质几乎 完全相同
物理性质差别 大，化学性质 稍有差别
物理性质和化 学性质均有较 大差别
常见实例
1H、2H、3H 35Cl、37Cl
态和熔融状态时都不导电。有些在水溶液中能电离 而导电。
3）溶解性 相似相溶：非极性溶质一般能溶于非极性溶剂；极
性溶质一般能溶于极性溶剂
20
一般来说，对于组成和结构相似的物质：
相对分子 质量越大
分子间作 用力越大
物质熔点 沸点越高
讨论：1）比较下列各组物质的熔、沸点高低
① CS2、CO2 ②CCl4 、O2、NaCl、NaF、MgO 离子晶体的熔沸点比分子晶体高 2）为什么氮气的熔沸点很低，而化学性质 很稳定？
◆概念分析：
（1）构成分子晶体的基本微粒是什么？哪些物质可形成 分子晶体？
（2）这些微粒是通过什么作用力形成晶体的？
思考：①稀有气体单质的结构微粒是什么？
②分子晶体表示的化学式的意义？ （3）在干冰晶如体S、中S能8、否C找60到、一P、个CPO4 2分子？
18
干冰晶体结构的特点
①在干冰晶胞中存在哪些作用力？
15
在NaCl晶体中，以Na+为中心与之最近且距离
相等的Na+共有多少个？
12个
16
◆物理性质分析： 离子晶体
1）离子晶体的物理性质一般有何特征？为什么？
高中化学竞赛晶体结构课件
• 晶格能越大： 晶格能 q1 q2
r
– 形成的离子晶体越稳定；（离子键越强）
– 熔点越高；
– 硬度越大。
5
离子晶体总结
• 熔点较高 • 沸点较高 • 易脆性 • 溶解性 Some are soluble, some not.
离子晶体的性质还跟离子键的极化有关，极 化越强，离子键越弱，熔沸点越低，溶解性越小。
18
按照液晶的形成条件分类
热致液晶
熔致液晶
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．
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．
19
液晶的三种结构类型（近晶型）
• 近晶型： 由棒状或片状分子组
16
层状结构晶体－石墨 石墨晶体结构
17
液晶
液晶的发现
• 1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做加
热胆甾醇苯甲酸脂结晶的实验时发现：在 145.5摄氏度时，结晶凝结成浑浊粘稠的液体， 加热到178.5摄氏度时,形成了透明的液体． • 德国物理学家莱曼用偏光显微镜观察时， 发现这种材料有双折射现象，他阐明了这一 现象并提出了“液晶”这一学术用语．
• 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
9
3、分子晶体
• 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。
– 构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的 相互作用是分子间作用力。
10
分子晶体特点
（1）较低的熔点和沸点 （2）较小的硬度 （3）一般都是绝缘体，熔融状态
化学第三章-晶体结构PPT教学课件
质点
晶胞 （2020平/10/1行6 六面体）
晶格
11
3. 晶胞参数(unit cell parameter)
晶胞的大小和形状由六个参数决定，称为晶胞参 数或点阵参数。a、b、c不一定相等也不一定垂直
2020/10/16
12
按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系
20注20/1：0/16对称性从上到下逐渐降低
13
与晶系对应的晶胞
c
bα
β γ
a
立方
c ba
三方
2020/10/16
c a
b
四方
c a
b
正交
c ba
六方
c ba
单斜
c ba
三斜
14
质点在晶胞上的分布类型
• 简单格子（P）：仅在单位平行六面体的8个顶角 上有结点；
• 底心格子（C）：除8个顶角上有结点外，平行六 面体上、下两个平行面的中心各有一个结点；
2020/10/16
3
3.1.1晶体的宏观特性
晶体： 一定的几何外形 固定的熔点 各向异性
非晶体： 无一定的几何外形 无固定的熔点 各向同性
2020/10/16
N4H H 2P4O
SiO2
金刚石
季戊四醇 4
晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明 显的特征，同一种晶体由于生成条件的不 同，外形上可能差别，但晶体的晶面角 （interfacial anglt）却不会改变。
25
离子晶体的性质
（1）离子晶体的熔点较高，硬度较大，难挥发 （2）离子晶体在溶于水或熔融时，可以导电 （3）离子晶体一般较脆 （4）离子晶体物质一般较易溶于水
2020/10/16
江苏化学竞赛夏令营课件1晶体结构
34
35
（3）晶胞
• 空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点
阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置
(平移无隙)的平行六面体单位，称为点阵单位。
相应地，按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面 体单位称为晶胞。 矢量a，b，c的长度a，b，c及其相互间的夹角α，β，γ 称为点阵参数或晶胞参数。
子坐标为x+1/2, y+1/2和z+1/2 的原子跟它没有任何 区别 • 化学上相同，是同一种原子，几何上也相同，具 有相同的化学环境，配位数相同，配位多面体在 空间中的取向也相同。
71
体心晶胞举例
Na a = 429.06 pm
体心晶胞 Z = 2
72
体心晶胞与简单晶胞辨异
Na
CsCl
73
面心晶胞
六方晶胞不是六方柱 六方柱的1/3不能同时为三个晶胞 （它们不具有平移关系）
53
（3）四方晶系(t)
四方 Tetragonal a=bc,
===90°
54
（4）三方晶系(h)
三方 Rhombohedral a=b=c, ==90°
55
（5）正交晶系(o)
正交 Rhombic abc,
19
• ⑸有特定的对称性
20
(6)
晶体的周期性结构使它成为天然的三维光
晶
栅，周期与X光波长相当, 能够对X光产生衍射:
体
的
X
射
线
衍
射
效
应
21
四. 晶体的点阵结构
概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的 每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点 按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一 个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意 两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能 使它复原。 点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
35
（3）晶胞
• 空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点
阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置
(平移无隙)的平行六面体单位，称为点阵单位。
相应地，按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面 体单位称为晶胞。 矢量a，b，c的长度a，b，c及其相互间的夹角α，β，γ 称为点阵参数或晶胞参数。
子坐标为x+1/2, y+1/2和z+1/2 的原子跟它没有任何 区别 • 化学上相同，是同一种原子，几何上也相同，具 有相同的化学环境，配位数相同，配位多面体在 空间中的取向也相同。
71
体心晶胞举例
Na a = 429.06 pm
体心晶胞 Z = 2
72
体心晶胞与简单晶胞辨异
Na
CsCl
73
面心晶胞
六方晶胞不是六方柱 六方柱的1/3不能同时为三个晶胞 （它们不具有平移关系）
53
（3）四方晶系(t)
四方 Tetragonal a=bc,
===90°
54
（4）三方晶系(h)
三方 Rhombohedral a=b=c, ==90°
55
（5）正交晶系(o)
正交 Rhombic abc,
19
• ⑸有特定的对称性
20
(6)
晶体的周期性结构使它成为天然的三维光
晶
栅，周期与X光波长相当, 能够对X光产生衍射:
体
的
X
射
线
衍
射
效
应
21
四. 晶体的点阵结构
概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的 每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点 按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一 个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意 两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能 使它复原。 点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
化学竟赛晶体结构
动是没有方向的，但在外加电场的条件下自由电子就会发生定 向运动，因而形成电流，所以金属容易导电。
金属的延展性
++
+
+++
+
+
++
+
+++
++
+
+
+
++
外力
自由电子
+ 金属离子
+++
+
++
+
+
++
++++
+++
+
+++
+
金属原子
金属导热的原因
金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子发生碰 撞，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块 金属达到相同的温度。
Na+Cl-
+ Na
Cl-
返回
食盐的晶体结构图
Cl
+ Na
可见：在NaCl晶体中，钠离子、氯离子按一定的规律在空间排列成立方体。每个钠 离子周围同时吸引着6个氯离子，每个氯离子也同时吸引着6个钠离子。
6
5 1
2
3
Cl
Na +
4
6
1 2
5 4
3
CsCl晶体
在晶体结构中最小重复单位叫晶胞。
根据离子晶体的 晶胞，求阴、阳 离子个数比的方
=1/2×面心粒子数 =1×体心粒子数
在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿， 其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示 试回答：
金属的延展性
++
+
+++
+
+
++
+
+++
++
+
+
+
++
外力
自由电子
+ 金属离子
+++
+
++
+
+
++
++++
+++
+
+++
+
金属原子
金属导热的原因
金属容易导热，是由于自由电子运动时与金属离子发生碰 撞，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块 金属达到相同的温度。
Na+Cl-
+ Na
Cl-
返回
食盐的晶体结构图
Cl
+ Na
可见：在NaCl晶体中，钠离子、氯离子按一定的规律在空间排列成立方体。每个钠 离子周围同时吸引着6个氯离子，每个氯离子也同时吸引着6个钠离子。
6
5 1
2
3
Cl
Na +
4
6
1 2
5 4
3
CsCl晶体
在晶体结构中最小重复单位叫晶胞。
根据离子晶体的 晶胞，求阴、阳 离子个数比的方
=1/2×面心粒子数 =1×体心粒子数
在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿， 其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示 试回答：