上课)第三章第二节-分子晶体与原子晶体

第二节分子晶体与原子晶体第一课时分子晶体晶体离子型晶体原子型晶体分子型晶体金属型晶体混合型晶体晶体的分类构成晶体的微观粒子阴、阳离子原子分子金属阳离子复习1晶体中微粒间作用力复习2微粒为分子：分子间作用力（或范德华力）或氢键微粒为原子：极性共价键或非极性共价键；微粒为阴、阳离子：离子键微粒为阳离子和自由电子：金属键观察下列两种晶体的晶胞找出两种晶体的共同点？结论：构成微粒都是分子。都是面心立方晶胞。碘晶胞二氧化碳晶胞一、分子晶体1、概念构成晶体的粒子是分子，粒子间以分子间作用力（范德华力，氢键）相互作用的晶体叫分子晶体。如碘晶体,I2分子，属于分子晶体（1）构成分子晶体的粒子是分子。（2）粒子间的相互作用:分子内的原子间以共价键结合;而相邻分子靠分子间作用力或氢键相互吸引。（3）范德华力远小于化学键的作用；（4）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。一、分子晶体碘晶体结构干冰晶体结构（1）所有非金属氢化物：H2O，H2S，NH3，CH4，HX（2）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(6)稀有气体2.典型的分子晶体：分子晶体有哪些物理特性,为什么？因为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或氢键，而分子间作用力和氢键比共价键弱得多。因此，分子晶体大多数有低熔沸点、低硬度的特点，且有些分子具有升华的特性；注意：分子晶体气化或熔化时破坏的作用力：是分子间作用力或氢键，（1）有单个分子存在，化学式就是分子式(2)较低的熔点和沸点，易升华；(3)较小的硬度；(4)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。（本身不导电，但有些溶于水能导电）（5）分子晶体的溶解性与溶质与溶剂的分子的极性相关——相似相溶3.分子晶体的一般宏观性质：（1）密堆积只有范德华力，无分子间氢键——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。4.晶体分子结构特征（分两种情况）分子的密堆积1分子的密堆积干冰的晶体结构图重要结论：与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个左图是CO2晶体晶胞的结构，有图可知CO2晶体的晶胞是一个面心立方结构，立方体的每个顶点上有一个CO2分子，6个面心上还有6个CO2分子，每个CO2分子周围离该分子距离最近且相等的CO2分子有12个（同层4个，上层4个，下层4个），每个晶胞从CO2晶体中分享到4个CO2分子，无数个这样的晶胞在空间无隙并置形成了CO2晶体干冰为例4.晶体分子结构特征（分两种情况）分子的密堆积重要结论：与CO2分子距离最近的CO2分子共有12个有分子间氢键——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特征。如：HF、NH3、冰（每个水分子周围只有4个紧邻的水分子）。（2）非密堆积4.晶体分子结构特征（分两种情况）冰中１个水分子周围有４个水分子冰的结构2分子的非密堆积冰中水分子之间的相互作用除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子靠氢键形成的，由于氢键具有一定的方向性，每个水分子与周围的4个水分子结合，4个水分子也按照这样的规律再与其它水分子结合。这样，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的2个氢原子通过共价键结合，因此他们之间的距离较近一些，与其他水分子的另外2个氢原子靠氢键结合在一起。在这种排列中，分子的间距比较大，有很多空隙，比较松散。因此，液态水变成固态水时，即水凝固成冰.雪.霜时，密度减小。2冰（分子的非密堆积）6、分子晶体熔、沸点高低的比较规律分子晶体要熔化或汽化都需要克服分子间的作用力。分子间作用力越大，物质熔化和汽化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。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。深入探究2、为何分子晶体的硬度小，熔沸点低？①构成晶体的微粒是分子②分子之间以分子间作用力（主要是范德华力）相结合，范德华力远小于化学键的作用3.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。4、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。在冰中由于氢键的方向性，导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下冰的体积较大，密度比干冰小。5、为什么冰的密度比水的小，而4℃时的水的密度最大？①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高，留有相当大的空隙，体积较大，密度比水小②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，密度开始增大；③超过4℃时，由于热运动加剧，分子间距离再次加大，密度又逐渐减小6、如何比较分子晶体熔沸点的高低？①一般来说，分子晶体中范德华力越大，物质的熔、沸点越高。②分子间氢键的形成使物质的熔、沸点升高；分子内氢键的形成使物质的熔、沸点降低。许多气体可以与水形成水合物晶体。最早发现这类水合物晶体的是19世纪初的英国化学家戴维，他发现氯可形成化学式为Cl2·8H20的水合物晶体。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”………科学视野：天然气水合物—一种潜在的能源本节小结:1、分子晶体：由分子构成。相邻分子靠分子间作用力相互吸引。2、分子晶体特点：低熔点、升华、硬度很小等。3、常见分子晶体分类：(1)所有非金属氢化物(2)部分非金属单质，(3)部分非金属氧化物(4)几乎所有的酸(而碱和盐则是离子晶体(5)绝大多数有机物的晶体。本节小结:晶体分子结构特征（１）只有范德华力，无分子间氢键－分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2（２）有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HF、冰、NH3）第二节分子晶体与原子晶体第二课时思考与交流•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？二、原子晶体1、定义：原子间以共价键相结合而形成的空间网状结构的晶体。2、构成微粒：原子3、微粒之间的作用：共价键4、气化或熔化时破坏的作用力：共价键观察·思考•对比分子晶体和原子晶体的数据，原子晶体有何物理特性？2、原子晶体的物理特性1.熔点和沸点高2.硬度大（如金刚石是天然存在的最硬的物质3.一般不导电（但晶体硅是半导体）4.难溶于一些常见的溶剂原子晶体为什么有较高的熔沸点？原子晶体气化或熔化时破坏的作用力:共价键所以原子晶体一般都有：熔沸点高，硬度大，难溶于一般溶剂。原子晶体熔、沸点比较规律：对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。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•某些氧化物：–二氧化硅（SiO２）晶体109º28´共价键典型的原子晶体金刚石的结构特征：在金刚石晶体里①每个碳原子都采取SP3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价键跟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体的中心。②这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空间网状晶体。③金刚石晶体中所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；④晶体中最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；⑤晶体中每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子与C—C键数之比为：1：（4x½）=1：2180º109º28´Sio共价键SiO2的结构特征：在SiO2晶体中①,二氧化硅中Si原子均以sp3杂化，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个Si原子相结合。实际上，SiO2晶体是由Si原子和O原子按1：2的比例所组成的立体网状的晶体。②最小的碳环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。③1molSiO2中含4molSi—O键180º109º28´SiO共价键思考1原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？不能。因为原子晶体是一个三维的网状结构，无小分子存在。思考2以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？（1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。（2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。思考3为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价键，而C—O键能Si-O键能，所以CO2分子更稳定。思考4怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？因为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，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石＞碳化硅＞锗。分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较晶体类型分子晶体原子晶体结构粒子间的作用力性质硬度溶、沸点导电溶解性构成晶体粒子分子原子分子间作用力共价键结构、性质较小较大较低很高固态和熔融状态都不导电不导电相似相溶难溶于常见溶剂【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。（2）记忆常见的、典型的原子晶体。（3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。（4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。（5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。不同晶体类型熔沸点高低的判断：原子晶体：原子半径越小，共价键键能越大，熔沸点越高。Si，SiO2，SiCSiO2SiCSi分子晶体：结构相似的分子，分子量越大，分子间作用力越大，熔沸点越高。F2，Cl2，Br2，I2F2Cl2Br2I2一种结晶形碳，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2.25g/cm3，化学性质不活泼。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，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。知识拓展－石墨石墨晶体结构知识拓展－石墨石墨•1、石墨为什么很软？•2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？3、石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体。小结：金刚石、石墨的比较项目金刚石石墨晶体形状晶体中的键或作用力由最少碳原子形成环的形状与个数碳原子成键数每个环中键的平均数每个环中原子的平均数正四面体空间网状六边形平面层状共价键共价键与范德华力６个原子不同面６个原子同面４３6x1/6=16x1/2=36x1/12=1/26x1/3=2