分子晶体

第三章第三章 第二节第二节分子晶体和原子晶体分子晶体和原子晶体观察与思考：下列两种晶体有什么共同点？碘晶体结构碘晶体结构干冰晶体结构干冰晶体结构分子晶体分子晶体概念概念：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。构成粒子构成粒子：分子（构成分子的原子间以共价键结合）构成粒子间的相互作用构成粒子间的相互作用：分子间作用力。气化或熔化是破坏的作用力气化或熔化是破坏的作用力：分子间作用力。稀有气体分子为单原子分子，无共价键。组成和结构相似时，相对分子质量越大分子间作用力越大，熔沸点越高。有氢键时，熔沸点升高。分子晶体有哪些物理特性，为什么？分子晶体有哪些物理特性，为什么？分子晶体的物理特性：分子晶体的物理特性：较低的熔点和沸点较低的熔点和沸点较小的硬度（多数分子晶体在常温较小的硬度（多数分子晶体在常温时为气态或液态）时为气态或液态）一般都是绝缘体，固态或熔融状态一般都是绝缘体，固态或熔融状态也不导电。也不导电。溶解性与溶质、溶剂的分子的极性溶解性与溶质、溶剂的分子的极性相关相关相似相溶。相似相溶。原因：分子间作用力很弱原因：分子间作用力很弱下列属于分子晶体的性质的是（）A、熔点1070，易溶于水，水溶液能导电B、能溶于CS2，熔点112.8 ，沸点444.6 C、熔点1400 ，可做半导体材料，难溶于水D、熔点97.81 ，质软，导电，密度0.97g/cm-3B 典型的分子晶体：典型的分子晶体：所有非金属氢化物所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX，PH3，SiH4等所有的酸所有的酸：H2SO4，HNO3，H3PO4等部分非金属单质部分非金属单质:X2，O2，H2，S8，P4,C60,稀稀有气体等有气体等部分非金属氧化物部分非金属氧化物:CO2，SO2，NO2，P4O6、P4O10等大多数有机物大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖等下列属于分子晶体的一组物质是（）A、CaO、NO、COB、CCl4、H2 O2、HeC、CO2、SO2、NaClD、CH4、O2、Na2 OB分子晶体结构特征分子晶体结构特征（）只有范德华力，无分子间氢键分子密（）只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积（每个分子周围有堆积（每个分子周围有1212个紧邻的分子，如：个紧邻的分子，如：C C6060、干冰干冰 、I I2 2、O O2 2）（）（）有分子间氢键不具有分子密堆积特征有分子间氢键不具有分子密堆积特征（如（如：HF HF、冰冰、NHNH3 3 ）分子的密堆积分子的密堆积（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有（与每个分子距离最近的相同分子共有12121212个个个个 ）氧（O2）的晶体结构碳60的晶胞分子的密堆积分子的密堆积（与（与COCO2 2分子距离最近的分子距离最近的COCO2 2分子共有分子共有1212个个 ）干冰的晶体结构图冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰中个水分子周围有个水分子冰的结构冰的结构氢键具有方向性氢键具有方向性分子的非密堆积分子的非密堆积笼装化合物笼装化合物练习：下列各组物质各自形成晶体，均属于分子晶体的化合物是 ()ANH3、HD、C10 H8 BPCl3、CO2、H2SO4 CSO2、SO3、C60 DCCl4、Na2S、H2O2练习：下列分子晶体，关于溶、沸点高低叙述中，正确的是 ()ACl2 I2 BSiCl4CCl4 CNH3CH3(CH2)3CH3BB思考与交流思考与交流CO2和和SiO2的一些物理性质如下表所示，通过的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断比较试判断SiO2晶体是否属于分子晶体。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，碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么为什么CO2晶体的熔、沸点很低，而晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体晶体的熔沸点很高？的熔沸点很高？18010928SiO共价键二氧化硅晶体结构示意图二氧化硅的晶体结构二氧化碳的晶体结构10928共价键金刚石的晶体结构示意图原子晶体原子晶体概念：概念：相邻原子间相邻原子间以共价键相结合以共价键相结合而形成而形成空间立体网状结构空间立体网状结构的晶体。的晶体。构成粒子：构成粒子：原子原子构成粒子之间的作用：构成粒子之间的作用：共价键共价键熔化时需克服的作用：熔化时需克服的作用：共价键共价键原子晶体中，成键元素原子半径越小，共价键键能越大，熔点越高。练习1、碳化硅SiC的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中C 原子和Si原子的位置是交替的。在下列三种晶体金刚石、晶体硅、碳化硅中，它们的熔点从高到低的顺序是（）A、B、C、D、A思考：思考：（1）在金刚石晶体中）在金刚石晶体中,C采取什采取什么杂化方式？每个么杂化方式？每个C与多少个与多少个C成成键？形成怎样的空间结构？每个键？形成怎样的空间结构？每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？最小碳环由多少个碳原子组个？最小碳环由多少个碳原子组成？它们是否在同一平面内？成？它们是否在同一平面内？（2）在金刚石晶体中，）在金刚石晶体中，C原子原子个数与个数与CC键数之比为多少？键数之比为多少？（3）12克金刚石中克金刚石中CC键数键数为多少为多少NA？金刚石的结构特征金刚石的结构特征在金刚石晶体里在金刚石晶体里每个碳原子都采取每个碳原子都采取sp3杂化杂化，被相邻的，被相邻的4个碳原子包围，以共价个碳原子包围，以共价键跟键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处于正四面体的中心。体的中心。这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间空间网状晶体网状晶体。金刚石晶体中金刚石晶体中所有的所有的CC键长相等，键角相等（键长相等，键角相等（10928）；晶体中晶体中最小的碳环由最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内个碳组成，且不在同一平面内；晶体中每个晶体中每个C参与了参与了4条条CC键的形成，而在每条键中的贡献键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故只有一半，故C原子与原子与CC键数之比为键数之比为：1：（4 x）=1：2思考思考1：在：在SiO2晶体中每个硅原子晶体中每个硅原子周围紧邻的氧原子有多少个？每周围紧邻的氧原子有多少个？每个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个氧原子周围紧邻的硅原子有多少个？在个？在SiO2晶体中硅原子与氧原子晶体中硅原子与氧原子个数之比是多少？个数之比是多少？思考思考2：在：在SiO2晶体中每个硅原子晶体中每个硅原子连接有几个共价键？每个氧原子连连接有几个共价键？每个氧原子连接有几个共价键？硅原子个数与接有几个共价键？硅原子个数与SiO共价键个数之比是多少？氧原子个数与共价键个数之比是多少？氧原子个数与SiO共价键个数之比是多少？共价键个数之比是多少？思考思考3:在二氧化硅的晶体结构中在二氧化硅的晶体结构中,最小的环由几个原最小的环由几个原子构成子构成?SiO2的结构特征的结构特征在在SiO2晶体中晶体中1个个Si原子和原子和4个个O原子形成原子形成4个共价键，每个个共价键，每个Si原子周围结合原子周围结合4个个O原子；同时，每个原子；同时，每个O原子跟原子跟2个个Si原子相结合。实际上，原子相结合。实际上，SiO2晶体是由晶体是由Si原子和原子和O原子按原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体的比例所组成的立体网状的晶体。最小的碳环是由最小的碳环是由6个个Si原子和原子和6个个O原子组成的原子组成的12元环。元环。1mol SiO2中含中含4mol SiO键键观察观察思考思考对比分子晶体和原子晶体的数据，原子对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？晶体有何物理特性？原子晶体的物理特性原子晶体的物理特性熔点和沸点高熔点和沸点高硬度大硬度大一般不导电一般不导电且难溶于一些常见的溶剂且难溶于一些常见的溶剂原因：在原子晶体中，由于原子间以原因：在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构立体网状结构练习根据下列性质判断，属于原子晶体的是（）A、熔点2700 ，导电性好，延展性强B、无色晶体，熔点3550 ，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂C、无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ，熔化是能导电D、熔点-56.6，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电B常见的原子晶体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）晶体某些氧化物：二氧化硅（SiO）晶体、Al2O3练习下列晶体中，化学键类型相同，晶体类型也相同的是（）A、SO2与SiO2 B、CO2与H2OC、HCl与金刚石 D、CCl4与SiCB解释：结构相似的原子晶体，原子半径越解释：结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高金刚石硅锗金刚石硅锗交流与研讨交流与研讨1 1、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅、怎样从原子结构角度理解金刚石、硅和锗的熔点和硬度依次下降？和锗的熔点和硬度依次下降？2 2、“具有共价键的晶体叫做原子晶体具有共价键的晶体叫做原子晶体”。这种说法对吗？为什么？这种说法对吗？为什么？解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键，解释：不对，分子晶体中通常也含有共价键，如如COCO2 2、O O2 2,某些离子晶体中也含共价键，如某些离子晶体中也含共价键，如NaOHNaOH、NHNH4 4ClCl练习：有下列物质：水晶；冰醋酸；碳化硅；白磷；晶体氩；干冰；铝；金刚石；过氧化氢。根据要求填空。(1)属于原子晶体的化合物是 。(2)直接由原子构成的晶体是 。(3)直接由原子构成的分子晶体是 。(4)由极性分子构成的晶体是 ，属于分子晶体的单质是_。(5)在一定条件下，能导电而不发生化学反应的是 ，受热熔化需克服共价键的是_。练习：在40GPa高压下，用激光器加热到1800 K时，人们成功制得原子晶体干冰，其结构和性质与SiO2原子晶体相似，下列说法正确的是 ()A原子晶体干冰易升华，可用作制冷剂B原子晶体干冰有很高的熔点和沸点C原子晶体干冰的硬度小，不能用作耐磨材料D原子晶体干冰在一定条件下可与氢氧化钠反应E每摩尔原子晶体干冰中含4 mol C-O键BDE 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。知识拓展石墨知识拓展石墨石墨晶体结构石墨晶体结构知识拓展石墨知识拓展石墨石墨石墨为什么很软？石墨为层状结构，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合各层之间是范德华力结合，容，容易滑动，所以石墨很软。易滑动，所以石墨很软。石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很很强的共价键（大强的共价键（大键）键），故熔沸点很高。故熔沸点很高。石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为石墨为混合键型晶体混合键型晶体原子晶体和分子晶体的差异晶体类型分子晶体原子晶体定义略略组成粒子分子原子粒子间的相互作用分子间作用力共价键物理性质熔沸点低很高硬度小大实例干冰、水等金刚石、硅等晶体类型分子晶体原子晶体定义组成粒子粒子间的相互作用物理性质熔沸点硬度实例分析下列物质的物理性质，判断其晶体类型：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，熔点碳化铝，黄色晶体，熔点2200，熔融态，熔融态不导电；不导电；_B、溴化铝，无色晶体，熔点溴化铝，无色晶体，熔点98，熔融态不，熔融态不导电；导电；_C、五氟化钒，无色晶体，熔点五氟化钒，无色晶体，熔点19.5，易溶，易溶于乙醇、氯仿、丙酮中；于乙醇、氯仿、丙酮中；_D、物质物质A，无色晶体，熔融时或溶于水中都能无色晶体，熔融时或溶于水中都能导电导电_讨论总结分子晶体有什么特点？哪些晶体是分子晶体？原子晶体有什么特点？哪些晶体是原子晶体？氢键对分子晶体的结构与性质有何影响？总结对比原子晶体和分子晶体的差异。