原子晶体

层状 石墨晶体是___结构， 每层内碳原子排列成 正六边形 _______,构成 平面的网状 _________结构。同 层内每个碳原子跟其 3 他___个碳原子以较 共价键 强的_______相结合， 使石墨的熔沸点很高， 如同原子晶体。层与 层之间以较弱的 分子间作用力 _________结合，使 得片层间易滑动、质 软，如同分子晶体。 能自由移动的电子 片层中存在______， 石墨能导电，如同金 属晶体。
o
三:原子晶体
原子晶体结构
1、定义: 相邻原子间以共价键相结合而形成空 间网状结构的晶体,叫原子晶体. (1)构成粒子： (2)粒子间作用力： 原子 共价键
(3):原子晶体结构上的共同特点： 空间网状结构
三种晶体的熔点
金刚石
食 盐
干 冰
晶体的硬度
金刚石
食 盐
石墨
2、物理性质
熔、沸点高，硬度大，难压缩，一 般不导电,难溶于常见溶剂. 问题:为什么原子晶体的熔沸点很高, 硬度很大?
第一单元 晶体的类型与性质
第一节 离子晶体、分子晶体和原子晶体
原子晶体
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？
某些离子晶 体的熔沸点
物质 NaCl KCl RbCl CsCl 熔点 801 776 715 646
练习1
分析：三种晶体均属原子晶体，其熔点决定于它 们的键长和键能，键长越短，键能越大，其熔点越高。 由于碳原子半径小于硅原子半径，键长是： C-C 键< Si-C 键 < Si-Si 键
练习2
化工行业已合成有一种硬度比金刚石还 大的晶体-氮化硅,若已知氮在化合物中 显-3价,推断:
(1)其化学式可能是
练习:金刚石结构中，一个碳原子与 则每个碳原子实际形成的化学键为
4 个碳原子成键， 个； 2
a mol金刚石中，碳碳键数为 2a
mol。
分子晶体 原子晶体 分子晶体 分子晶体
离子键 共价键 共价键 离子键
离子晶体 分子晶体
分子晶体 离子晶体
CCl4 KCl
练习7 下列各组物质气化或熔化时，所克服的微粒
间的作用（力），属同种类型的是 ( A D （A）碘和干冰的升华 )
均为分子晶体
原子晶体，离子晶体 离子晶体，金属晶体 均为分子晶体
思考3
结构
晶体中每个C原子参与4条C-C键的形成，在每条键中的贡献只有一半。
材料： 已知石墨为碳元素的单质，与金刚石互为同素异形 体，石墨具有以下性质和用途：石墨的熔沸点分别 为3652℃ ~3697℃，4827 ℃。石墨具有导电性，是 一种很好的电极材料。石墨具有润滑性，工业上常 用其作固体润滑剂。石墨质软呈灰黑色固体，工业 上可作铅笔芯原料。 问题： 据有关对石墨的描述推测，石墨是否同金刚石一样 属于原子晶体。 分析： 原子晶体熔沸点高，硬度大，一般不导电，如金刚 石。而石墨熔沸点虽高却质软、润滑、能导电，不 属于原子晶体。
• 某些氧化物：
–二氧化硅（ SiO２）晶体、Al2O3
以下是金刚石和晶体硅的
熔、沸点的比较 熔点 沸点 金刚石 3550℃ 4827℃ 晶体硅 1410℃ 2355℃
同为结构相同的原子晶体,为什么金刚 石比晶体硅的熔、沸点高?
4、原子晶体熔、沸点的影响因素
原子晶体熔、沸点的高低与共价键的强弱 （即键能的大小）有关。一般说，原子半 径越短，键长越短，共价键的键能越大， 熔、沸点越高。
180º
练习
下列物质的晶体中,不存在分子的 A 是 . A C 二氧化硅 二氧化碳 B D 二氧化硫 二硫化碳
109º 28´
共价键
思考3
4 1、金刚石晶体中每个C与__个 C紧邻，由__个C组成 5 _________结构单元。 正四面体
2、最小碳环由___个碳原子组 6 不在 成且碳原子____同一个平面内. 3、金刚石晶体中每个C原子被 ___个环共有。 12 4、金刚石晶体中碳原子数与 1:2 C-C键数之比是_____
其本质是因为原子晶体中原子通过很强 的共价键连接,由于共价键比较牢固,要拆 开它需要消耗很大的能量,所以原子晶体 一般具有较高的熔沸点和较大的硬度.
3、常见的原子晶体
• 某些非金属单质：
–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
正六边形中的碳原子数为6×1/3=2。 六边形中的任一条边（即碳碳键） 均被2个正六边形共用，
故正六边形中的碳碳键数为6×1/2=3，
所以碳原子数与碳碳键数目比为2:3。
开拓思考题
• 仔细观察右边的示意图 后，回答下列问题： –金刚石与石墨的熔点 均很高，那么二者熔 点是否相同？为什么？ 若不相同，哪种更高 一些？
影
离子晶体
响
因
素
离子键（离子所带电荷数、离子半径的大小）
分子间作用力（组成与结构相似： 分子晶体 Mr的大小）；若存在氢键，则反常。
原子晶体
共价键（原子半径的大小）
不同类型的晶体，一般讲，熔沸点：原子晶体>离子晶体>分子晶体。
练习4
下列物质中熔点最高的是 A. 硫磺 C. 冰 B. 金刚石
D.食盐
练习5
判断熔点的大小, 说出判断依据
HBr
和
HCl
练习6
下列各组物质的晶体中，化学键类型相同， 晶体类型也相同的是 ( ) B
（A）SO2 和 SiO2 （C）NaCl 和 HCl （B） CO2 和 H2O （D）CCl4 和 KCl
SO2 SiO2 CO2 H 2O NaCl HCl
共价键 共价键 共价键 共价键
以下是一些有关晶体性质的数据，判断以下晶 体是否属于同种类型。
晶体 熔点℃ 沸点℃
SiO2 1273 2230
晶体硅 1410 2355
金刚石 2355 3550
熔、沸点高 原子晶体 一般不导电 难溶于常见溶剂
原子晶 体结构
Si
思考：构成以上晶体的粒子是什么？
粒子间通过什么样的作用力联系在一起？ 以上晶体结构在整体上有什么共同特点？
SiO2晶体中存在SiO2小分子吗?SiO2能不能叫分子式?
思考2
SiO2晶体中,每个硅原子与它周围 的4个硅原子所形成的空间结构为 109º 28´ 正四面体 ________,Si—O键的夹角(键角) 共价键 Si 109º 28´ 为________,SiO2晶体中,最小的 o 12 硅氧原子环上共有______个原子， 每个Si为______个最小环共有. 12
Si3N4
.
(2)其晶体类型是 原子晶体
.
(3)你认为其硬度比金刚石大的主要原因 是 键能越大,硬度越大 .
练习3
晶体类型 定义
构成粒子
（1）、离子晶体、分子晶体、原子晶体结 构与性质关系的比较：
离子晶体 分子晶体 原子晶体
阴阳离子 分子
分子间作用力
原子 共价键 高 很大
不导电，个 别为半导体
粒子间作用力 离子键
熔沸点 物 理 通 性 硬度 导电性 溶解性
较高 较大
熔融或水溶 液中能导电
较低 较小
不导电，部分 溶于水导电
一般易溶于水 部分溶于水
不溶
（2 ）、化学键和分子间作用力的比较：
化学键 概念 能量
相邻原子或离子间 强相互作用
分子间作用力
分子间存在的一种 弱相互作用
强
弱
（3）、影响晶体物理源自文库质（熔沸点）的因素：
（B） 二氧化硅和生石灰的熔化
（C）氯化钠和铁的熔化
（D）水和四氯化碳的蒸发
分析：构成物质的微粒间作用（力）相同，其实 质就是物质的晶体类型相同。
练习8
最近，科学家研制得一种新的分子，它具 有空心的类似足球状结构，分子式为C60。下列说法正 确的是（ B D ）
（A）C60是一种新型的化合物
是一种单质
复习回顾：
分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：
A、碳化铝，黄色晶体，熔点2200℃，熔融态 原子晶体 不导电；________________
B、溴化铝，无色晶体，熔点98 ℃，熔融态不 分子晶体 导电；________________ C、五氟化钒，无色晶体，熔点19.5℃，易溶 于乙醇、氯仿、丙酮中；_______________ 分子晶体 D、物质A，无色晶体，熔融时或溶于水中都能 离子晶体 导电_____________
109º 28´
180º
Si ____原子位于其中心，_______原 共价键 4个O 子占据其四个顶点，每个O 与 2 _____个Si 紧邻，每个正四面体 每个正四面体 占有1个“完 中Si与O原子个数分别是________ 整的Si”、4个 1和2 “半O原子” 比值为_______。 1:2
对晶体的掌握
•看懂离子晶体、原子晶体、分子晶体的 空间结构图。 •各种晶体微粒组成、作用力、熔点硬度 比较 •由晶体结构图写物质的化学式 •利用已知晶体结构图形进行相似结构的 类推
Si
o
180º
109º 28´ 共价键
思考1
思考2
思考1
SiO2晶体中每个Si与_____个O紧邻 4 形成的空间结构为____________, 正四面体
（B） C60和石墨都是碳的同素异形体 碳元素组成的两种单质 （C）C60中含离子键 含共价键 12×60 = 720
（D）C60的分子量为720
小结
晶体类型判断
（1）由构成粒子： 离子--离子晶体 分子--分子晶体 原子--原子晶体 （2）由粒子间作用力： 离子键---离子晶体 从组成上判断（仅限于中学范围）： 共价键---原子晶体 分子间作用力 ---分子晶体 –有无金属离子？(有：离子晶体) （3）由熔沸点高低及导电性： –是否属于“四种原子晶体（ 很高--原子晶体 较高--离子晶体 较低--分子晶体 金刚石、金 刚砂（SiC）、晶体硅、石英（SiO2） ）”？ 熔融状态能导电--离子晶体 –以上皆否定，则多数是分子晶体。 （4）由物质类别 强碱、绝大多数盐、部分金属氧化物及过氧化物 ---离子晶体 多数非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸和多数有机物 ---分子晶体 金刚石、晶体硅、晶体二氧化硅、碳化硅 ---离子晶体
石墨的晶体结构
石墨中C－C夹 角为 120℃
石墨晶体——过渡型晶体或混合型晶体
思考 石墨晶体中,
平均每个正六边形占有 2 的C原子数为_____个，占有的C-C键 3 数为_____个,C原子数与C-C键数之比 2:3 是______
解析： 我们可以先选取一个正六边形 此结构中的碳原子数为6 一个碳原子被三个六元碳环共用，
晶体 液态 熔化时破坏共价键 键长越短 气态
物质越稳定
共价键越强
键能越大
键长:C—C < C– Si < Si—Si
熔沸点越高
已知金刚砂即碳化硅(SiC)质 地坚硬,常作优质磨料.其结构和金刚石 相似,只是碳的骨架结构中有一半位置 被硅原子所取代,形成C-Si交替的空间 网状结构.金刚砂属于 原子 晶体,其熔沸 点与金刚石、晶体硅相比,高低顺序 为 金刚石>碳化硅>晶体硅 .