第二节 分子晶体
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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”………
第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水
合物，可满足人类 1000年的能源需要。天然气水合物是一种晶
分子密堆积。这类晶体每个分子周围 一般有12个紧邻的分子，如：C60、 干冰 、I2、O2。
（2）非密堆积
有分子间氢键——氢键具有方向性， 使晶体中的空间利率不高，留有相当 大的空隙。这种晶体不具有分子密堆 积的特征。如：HF 、NH3、冰（每个 水分子周围只有4个紧邻的水分子，形 成4个氢键）。
分子密堆积 分子非密堆积
5、典型的分子晶体
（1）所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX （2）大部分非金属单质：X2、O2、H2、S8、P4、C60 （3）部分非金属氧化物： CO2、 SO2、 NO2、P4O6、 P4O10 （4）几乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4 （5）绝大多数有机物的晶体：乙醇、冰醋酸、蔗糖
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。
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。
晶体类型 构成晶体的粒子 结构 粒子间的相互作用力
性质
硬度 熔、沸点
导电性 溶解性
分子晶体
晶体类型
分子晶体
构成晶体的粒子
分子
结构
粒子间的相互作用力
范德华力、 （冰、NH3、HF－－氢键）
硬度
小
性质
熔、沸点 导电性
较低 固态、熔融状态不导电
溶解性
相似相溶、 （冰、NH3、HF－－氢键）
课堂反馈： 1、分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？
由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或晶体 熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，因此，分子 晶体以及它熔化成的液体都不导电。
分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于 水，有的不导电，如C2H5OH溶于水。
2、如何理解冰熔化时密度增大？ 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。
思考与交流：结合表格和已有知识分析：分子晶体有哪 些物理特性？为什么?
4、物理性质：
（1）较低的熔点和沸点，易升华；
注意： ① 分子间作用力越大，熔沸点越高（相对分子质量， 分子极性，氢键）。分子间有氢键作用的物质，熔、 沸点反常，一般升高。 ② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力, 不破坏 化学键。 ③ 物质的状态与熔沸点有一定联系，一般是：气态 ＜液态＜固态。
简单立方 体心立方
面心立方
晶胞对原子的占有率
顶点：1/8
晶胞
棱边：1/4 面心：1/2
体心：1
第二节 分子晶体
1、概念： 只含分子的晶体叫分子晶体，或者说分子间 以范德华力或氢键相结合形成的晶体。
2、组成微粒： 分子 3、粒子间作用力：分子内原子间以共价键结合，相邻分子间
靠范德华力或氢键相互吸引。
无隙——指晶胞与晶胞总是共面共顶角共棱地比邻，晶 胞间不留任何空隙。
并置——是指所有晶胞平行排列，取向相同。即从一个
晶胞到另一个晶胞，无须转动，是简单平移；或者说，
晶体是由许许多多方向完全一致的晶胞在晶体微观空间
的任何一个方向上平行地排列着的，晶体中不存在取向
不同的晶胞。
平行六面
无隙并
体
置
常见的晶胞类型
晶体具有的性质：自范性、各向异性（强度、导热性、 导电性、光学性质等）；有固定的熔沸点；有规则的几 何外形。
鉴别晶体和非晶体的方法 （1）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行
X－射线衍射实验。 （2）物理性质的差异
如：外形、硬度、熔点、折光率等。
描述晶体结构的基本单元叫做晶胞
晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻。然而， 蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。
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：天然气水合物－－一种潜在的能源
分子的密堆积
干冰的晶体结构图
碘晶体结构图
与CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有 12 个。
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，形成4个氢键。 计算：1mol 水拥有 2mol 氢键。
冰与液态水结构对比（虚线是氢键）
冰
的
结
构
6、分子晶体结构特征
（1）密堆积 只有范德华力，无分子间氢键。为
水晶
玛瑙
晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图
晶体与非晶体的本质差异
晶体 非晶体
自范性
微观结构
有(能自发呈现多面体外形) 原子在三维空间里呈周 期性有序排列
Baidu Nhomakorabea
没有(不能自发呈现多面体外 原子排列相对无序 形)
（1）晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现 周期性的有序排列的宏观表象。 （2）晶体自范性的条件之一：生长速率适当。
（2）硬度较小； （3）一般都是绝缘体，在熔融状态也不导电（用以区 别离子晶体），有些在水溶液中可以导电。 （4）一般极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶 于非极性溶剂（遵循相似相溶原理）。
一般地说：对于组成和结构相似的物质，相对分子 质量越大，范德华力越大，物质的熔点沸点越高。
H2O NH3 HF 为什么比同主族氢化物的沸点高？
体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个
CH4分子或1个游离H2O分子。根据上述信息，完成下两题： 1、下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是
A、两种都是极性分子
D
B、两种都是非极性分子
第28届国际地质大会提供的资料显示，海底有大量的天然气水
合物，可满足人类 1000年的能源需要。天然气水合物是一种晶
分子密堆积。这类晶体每个分子周围 一般有12个紧邻的分子，如：C60、 干冰 、I2、O2。
（2）非密堆积
有分子间氢键——氢键具有方向性， 使晶体中的空间利率不高，留有相当 大的空隙。这种晶体不具有分子密堆 积的特征。如：HF 、NH3、冰（每个 水分子周围只有4个紧邻的水分子，形 成4个氢键）。
分子密堆积 分子非密堆积
5、典型的分子晶体
（1）所有非金属氢化物：H2O、H2S、NH3、CH4、HX （2）大部分非金属单质：X2、O2、H2、S8、P4、C60 （3）部分非金属氧化物： CO2、 SO2、 NO2、P4O6、 P4O10 （4）几乎所有的酸： H2SO4、HNO3、H3PO4 （5）绝大多数有机物的晶体：乙醇、冰醋酸、蔗糖
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。
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。
晶体类型 构成晶体的粒子 结构 粒子间的相互作用力
性质
硬度 熔、沸点
导电性 溶解性
分子晶体
晶体类型
分子晶体
构成晶体的粒子
分子
结构
粒子间的相互作用力
范德华力、 （冰、NH3、HF－－氢键）
硬度
小
性质
熔、沸点 导电性
较低 固态、熔融状态不导电
溶解性
相似相溶、 （冰、NH3、HF－－氢键）
课堂反馈： 1、分子晶体是否导电？什么条件下可以导电？
由于构成分子晶体的粒子是分子，不管是晶体或晶体 熔化成的液体，都没有带电荷的离子存在，因此，分子 晶体以及它熔化成的液体都不导电。
分子晶体溶于水时，水溶液有的能导电，如HCl溶于 水，有的不导电，如C2H5OH溶于水。
2、如何理解冰熔化时密度增大？ 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。
思考与交流：结合表格和已有知识分析：分子晶体有哪 些物理特性？为什么?
4、物理性质：
（1）较低的熔点和沸点，易升华；
注意： ① 分子间作用力越大，熔沸点越高（相对分子质量， 分子极性，氢键）。分子间有氢键作用的物质，熔、 沸点反常，一般升高。 ② 分子晶体熔化时一般只破坏分子间作用力, 不破坏 化学键。 ③ 物质的状态与熔沸点有一定联系，一般是：气态 ＜液态＜固态。
简单立方 体心立方
面心立方
晶胞对原子的占有率
顶点：1/8
晶胞
棱边：1/4 面心：1/2
体心：1
第二节 分子晶体
1、概念： 只含分子的晶体叫分子晶体，或者说分子间 以范德华力或氢键相结合形成的晶体。
2、组成微粒： 分子 3、粒子间作用力：分子内原子间以共价键结合，相邻分子间
靠范德华力或氢键相互吸引。
无隙——指晶胞与晶胞总是共面共顶角共棱地比邻，晶 胞间不留任何空隙。
并置——是指所有晶胞平行排列，取向相同。即从一个
晶胞到另一个晶胞，无须转动，是简单平移；或者说，
晶体是由许许多多方向完全一致的晶胞在晶体微观空间
的任何一个方向上平行地排列着的，晶体中不存在取向
不同的晶胞。
平行六面
无隙并
体
置
常见的晶胞类型
晶体具有的性质：自范性、各向异性（强度、导热性、 导电性、光学性质等）；有固定的熔沸点；有规则的几 何外形。
鉴别晶体和非晶体的方法 （1）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行
X－射线衍射实验。 （2）物理性质的差异
如：外形、硬度、熔点、折光率等。
描述晶体结构的基本单元叫做晶胞
晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻。然而， 蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。
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：天然气水合物－－一种潜在的能源
分子的密堆积
干冰的晶体结构图
碘晶体结构图
与CO2分子距离最近且相等的CO2分子共有 12 个。
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，形成4个氢键。 计算：1mol 水拥有 2mol 氢键。
冰与液态水结构对比（虚线是氢键）
冰
的
结
构
6、分子晶体结构特征
（1）密堆积 只有范德华力，无分子间氢键。为
水晶
玛瑙
晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图
晶体与非晶体的本质差异
晶体 非晶体
自范性
微观结构
有(能自发呈现多面体外形) 原子在三维空间里呈周 期性有序排列
Baidu Nhomakorabea
没有(不能自发呈现多面体外 原子排列相对无序 形)
（1）晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现 周期性的有序排列的宏观表象。 （2）晶体自范性的条件之一：生长速率适当。
（2）硬度较小； （3）一般都是绝缘体，在熔融状态也不导电（用以区 别离子晶体），有些在水溶液中可以导电。 （4）一般极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶 于非极性溶剂（遵循相似相溶原理）。
一般地说：对于组成和结构相似的物质，相对分子 质量越大，范德华力越大，物质的熔点沸点越高。
H2O NH3 HF 为什么比同主族氢化物的沸点高？
体，晶体中平均每46个水分子构建成8个笼，每个笼可容纳1个
CH4分子或1个游离H2O分子。根据上述信息，完成下两题： 1、下列关于天然气水合物中两种分子极性的描述正确的是
A、两种都是极性分子
D
B、两种都是非极性分子