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第2节 共价晶体与分子晶体
知识回顾
1．金属晶体是指 。
2．离子晶体是指 。
典型离子晶体结构类型： 型、 型、 型和 型。
3．晶格能是指将 。
4．离子间距越 ，离子所带电荷越 ，晶格能越大，离子晶体的熔、沸点越 。
金属原子通过金属键形成的晶体
阴、阳离子在空间呈现周期性重复排列所形成的晶体
NaCl型、CsCl型和ZnS型。
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
将1 mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量
小
多
高
钻石恒久远,一颗永流传
联想质疑
科学研究表明，30 亿年前，在地壳下 200 km 左右的地幔中，处在高温、高压岩浆中的碳元素逐渐形成了具有正四面体结构的金刚石。火山爆发时，金刚石夹在岩浆中上升到接近地表时冷却，形成含有少量金刚石的原生矿床。金刚石具有诸多不同凡响的优良性质∶ 熔点高，不导电，硬度极高。这些性质显然是由金刚石的结构决定的。那么，金刚石具有怎样的结构呢
金刚石磨头
金刚石钻石
金刚石结构
碳原子杂化方式：
SP3
键长
键角
347KJ·mol-1
键角：
4
1 ：2
空间网状结构
金刚石晶胞
观察思考
在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有多少个？
2. 在金刚石晶体中每个碳原子连接有几个共价键？
3. 在金刚石晶体中碳原子个数与C-C共价键个数之比是多少？
4
键长：
键能：
0.154nm
109°28′
三.共价晶体
定义：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体
结构特点：
(1)由于共价键的饱和性与方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是有限的；
(2)由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子
性质特点：
熔点高、硬度很大、性质十分稳定
常见原子晶体：
晶体硅（Si）、晶体锗（Ge）、晶体硼（B）
碳化硅（SiC）、二氧化硅（SiO2）
碳化硅（SiC）——金刚砂
结构特点：
碳化硅晶体与金刚石结构相似，其空间结构中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子个数之比为1∶1。
性质特点：
硬度大，具有耐热性、耐氧化性和耐腐蚀性。
用途：
磨料、耐火材料、电热元件，制造机械工程的结构件、化学工程中的密封件。
二氧化硅（SiO2）
①在二氧化硅晶体里，硅原子和氧原子交替排列，不会出现Si—Si键和O—O键，而只有Si—O键，即1个硅原子与4个氧原子形成4个共价键，每个氧原子与2个硅原子形成2个共价键。②每个硅原子与相邻的4个氧原子以共价键相结合构成正四面体结构，硅原子在正四面体的中心，4个氧原子在正四面体的4个顶点，则每个正四面体占有1个完整的硅原子、2个氧原子。因此，二氧化硅晶体中硅原子和氧原子的个数比为1∶2，化学式为SiO2。
结构特点：
硅（Si）晶体
结构特点：
把金刚石中的C原子换成Si原子，得到晶体硅的结构模型，不同的是Si—Si键长C—C键长。
硅晶体
交流研讨
从表 3-2-4 中的数据可以看出，尽管金刚石、碳化硅和晶体硅都是共价晶体且它们的结构相似，但是它们的熔点和硬度有较大差异，请讨论产生这种差异的原因。
键能：C—C＞C—Si＞Si—Si；
熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅；
硬度：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
规律：
共价晶体具有很高的熔点，很大的硬度；
对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小， 键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
影响共价晶体熔点的主要因素——共价键
联想质疑
在金属晶体、离子晶体和共价晶体中，原子或离子之间都是通过化学键相互结合的，相应化学键的特点对晶体中微粒的空间排布方式会产生影响。那么，像碘、干冰、等这些以分子为基本构成微粒的晶体中，分子会如何排列呢
碘晶体
干冰晶体
四.分子晶体
1.定义：分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体
常见的分子晶体：
(1)部分非金属单质：
卤素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有气体
(2)所有非金属氢化物：水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷
(3)部分非金属氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO2
(4)所有的酸(而强碱和多数盐则是离子晶体)
(5)绝大多数有机物的晶体
二氧化碳晶体结构
碘晶体结构
长方体晶胞
二氧化碳晶体结构
碘晶体结构
正方体晶胞
晶胞所含分子数 4
晶胞所含分子数 4
交流研讨
表 3-2-5 列出了一些分子晶体的熔点和沸点。请根据表中所列数据猜想;影响不同分子晶体熔点、沸点的原因可能有哪些
分子量越大、熔点越高
2.分子晶体物理性质：
熔沸点低、硬度小
影响分子晶体熔点的主要因素——分子间作用力
规律：
组成和结构相似且晶体中没有氢键的分子晶体来说，相对分子量越大，分子间作用力增强，熔沸点升高。
观察思考
常温下，液态水中水分子在不停地做无规则的运动。0 ℃以下，水凝结为冰，其中的水分子排列由杂乱无序变得十分有序。观察图，思考∶冰晶体中存在着哪几种微粒间的相互作用 这对冰晶体的结构与性质产生了怎样的影响
分子间作用力 氢键
冰的结构
冰晶体的结构与性质
由于氢键的方向性，使冰晶体中每个水分子与四面体顶点的4个分子相互吸引，形成空隙较大的网状体，所以冰的密度比水小，结的冰会浮在水面上
冰中的氢键
3.分子晶体的结构特征
苯甲酸晶体
苯甲酸晶体结构
(2)分子非密堆积 ——范德华力还有分子间氢键（如：HF 、冰、NH3 ）
(1)分子密堆积——只有范德华力，无分子间氢键（每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰 、I2、O2等）
联想质疑
实验测定，石墨的熔点高达 3850 ℃，这说明石墨晶体具有共价晶体的特点。但是，石墨很软并且能导电，是非常好的润滑剂，这说明它又不同于共价晶体。那么，石墨究竞属于哪种类型的晶体呢
109°28′
碳原子杂化方式：
347KJ·mol-1
键角：
键长：
键能：
0.154nm
石墨晶体结构
SP2
大π键具有金属键的性质，所以沿层平行方向导电性强。
无限的六边形平面网状。层内共价键，层间范德华力。
结构特点：
晶体类型：
混合型晶体
用途：
制造电极、润滑剂、铅笔芯等
拓展视野
1914年，布里奇曼（P.Bridgman） 在200℃和1.2 GPa（1 GPa约为1万大气压）下首次用白磷合成得黑磷。 1946 年，布里奇曼因在高压物理领域中的贡献而获得诺贝尔物理学奖。100年后，黑磷再次受到极大关注。2014 年，中国家陈仙辉与张远波合作利用黑磷实现了高速场效应晶体管的应用尝试，为研究黑磷的广泛应用拉开了序幕。
黑磷有正交、简单立方和菱方等三种晶型。其中，正交晶型的黑磷具有半导体性质， 可用作电学和光学材料。在晶体中，与石墨相似，黑磷具有层状结构，层间依靠范德华力结合在一起。而在层内，每个磷原子与其他三个磷原子相连，形成二维皱褶蜂巢型结构。二维的单层黑磷又称磷烯，它具有比石墨烯更大的带隙（0.3~2 eV），磷烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着广阔的应用前景。
黑磷
五.晶体结构的复杂性
(1)一方面，物质组成的复杂性导致晶体中存在多种不同微粒以及不同的微粒间作用，这也使这类晶体具有重要应用。
(2)另一方面，金属键、离子键、共价键、配位键等都是化学键的典型模型，但是，原子之间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态。由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的晶体，也可能是居于金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。
金属晶体、离子晶体、共价晶体、分子晶体等模型都是典型的晶体结构模型，大多数实际晶体结构要复杂得多，都是过渡型或混合型的。
类型项目 金属晶体 共价晶体 分子晶体 离子晶体
构成晶体的微粒 金属阳离子和“自由电子” 原子 分子 阴、阳
离子微粒间作用 金属键 共价键 分子间作用力(范德华力或氢键) 离子键
作用力强弱(一般地) 一般较强，有的较弱 很强 弱 较强
确定作用力强弱的一般判断方法 离子半径、价电子数 键长(原子半径) 组成结构相似时比较相对分子质量 离子所带
电荷、半径熔、沸点 差别较大(汞常温下为液态，钨熔点为3 410 ℃) 高 低 较高
硬度 差别较大 大 较小 略硬而脆
导热和导电性 良导体 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 不良导体(熔化后或溶于水导电)
溶解性(水) 一般不溶于水，少数与水反应 一般不溶 相似相溶 多数易溶
组成微粒堆积方式 等径圆球紧密堆积 不服从紧密堆积原理 紧密堆积(与分子形状有关且分子间不存在氢键) 非等径圆球紧密堆积
归纳总结
四种晶体类型比较
课堂小结
共价晶体
分子晶体
定义：
结构：
性质：
相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体
定义：
熔点高、硬度很大、性质十分稳定
(1)由于共价键的饱和性与方向性，使每个中心原子周围排列的原子数目是有限的；
(2)由于所有原子间均以共价键相结合，所以晶体中不存在单个分子
常见物质：
Si、（Ge）、B、SiC、SiO2
结构：
性质：
常见物质：
分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体
熔沸点低、硬度小
密堆积（无氢键）
非密堆积（有氢键）
非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物。
感谢您的观看

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