人教高中化学第四讲　晶体结构与性质.docx

第四讲　晶体结构与性质
【课标要求】　1.能说出晶体与非晶体的区别；了解晶体中微粒的空间排布存在周期性，认识简单的晶胞。
2.借助分子晶体、共价晶体、离子晶体、金属晶体等模型认识晶体的结构特点。
3.知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
4.了解物质的聚集状态，及晶体结构的测定。
一、晶体的常识
1.晶体与非晶体
(1)晶体与非晶体的比较
晶体
非晶体
结构特征
(本质区别)
内部粒子(原子、离子或分子)在三维空间按一定规律呈周期性有序排列构成的固体物质
内部原子或分子的排列呈无序排列的分布状态的固体物质
性质
特征
自范性
有
无
熔、沸点
固定
不固定
某些物理性质和各向异性
各向异性
各向同性
能否发生X－射线衍射
能
不能
举例
金刚石、食盐、干冰等
橡胶、玻璃(玻璃体)、炭黑(无定形体)、松香、石蜡、蜂蜡、沥青、塑料、非晶体SiO2等

有些SiO2是晶体，如水晶
(2)获得晶体的三条途径
①熔融态物质凝固。
　　　　　　　　即凝华
②气态物质冷却不经液态直接凝固。
③溶质从溶液中析出。
(3)晶体的特点
①外形和内部质点排列的高度有序性。
②物理性质的各向异性，即在不同的方向上表现出不同的强度、导热性、光学性质，称之为晶体的各向异性。
③较固定的熔点。
(4)区分晶体和非晶体的方法
测定
方法
测熔点
晶体的熔点较固定，非晶体没有固定的熔点，熔化过程温度会发生变化
最可靠的
科学方法
对固体进行X射线衍射实验
2.晶胞
(1)概念
描述晶体结构的基本单元。
(2)晶体中晶胞的排列——无隙并置
①无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。
②并置：所有晶胞平行排列、取向相同。
③形状：一般而言晶胞都是平行六面体。
(3)实例——铜晶胞
顶点：8×＝1　面心：6×＝3
因此，金属铜的一个晶胞的原子数为4。
3.晶体结构的测定
(1)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。
(2)晶体结构的测定原理：
在晶体的X射线衍射实验中，当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。
(3)经过计算可以从衍射图形获得晶胞的形状和大小，分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，以及结合晶体化学组成的信息推出原子之间的相互关系等晶体结构的信息。
【诊断1】 判断叙述的正误(正确的划√，错误的划×)。
(1)固态物质一定是晶体(×)
(2)二氧化硅和干冰晶体熔化时所克服的作用力类型相同(×)
(3)通过X－射线衍射实验的方法可以区分晶体和非晶体(√)
(4)冰晶体中，分子之间存在两种相互作用力(√)
二、常见晶体的类型与结构
1.几种常见的晶体类型
(1)分子晶体——干冰和冰
①干冰的晶体结构
干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个，属于分子密堆积。晶胞中含有4个CO2分子。同类晶体还有晶体I2、晶体O2等。
②冰的晶体结构
冰的结构模型中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1 mol H2O的冰中，最多可形成2 mol“氢键”。晶胞结构与金刚石相似，含有8个H2O。
(2)共价晶体——金刚石与SiO2
①金刚石晶体
a.金刚石晶体中，每个C与另外4个C形成共价键，碳原子采取sp3杂化，C—C—C夹角是109°28′，最小的环是6元环。每个C被12个六元环共用。含有1 mol C的金刚石中形成的C—C有2 mol。
b.在金刚石的晶胞中，内部的C在晶胞的体对角线的处。每个晶胞含有8个C。
②SiO2晶体
SiO2晶体中，每个Si原子与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键，最小的环是12元环，在“硅氧”四面体中，处于中心的是Si原子。1 mol SiO2晶体中含Si—O键数目为4NA，在SiO2晶体中Si、O原子均采取sp3杂化。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的环状结构，具有手性。
(3)过渡晶体
纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等四类典型晶体之间的过渡晶体。四类晶体都有过渡型。
如Na2O、MgO、Al2O3、SiO2，这4种氧化物晶体中的化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，这些晶体既不是纯粹的离子晶体也不是纯粹的共价晶体，只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，如Na2O等。同样，偏向共价晶体的过渡晶体