1、第三章 晶体结构与性质第一节 物质的聚集状态与晶体的常识一、晶体与非晶体1. 晶体与非晶体的本质差异固体自范性微观结构晶体有（能自发呈现多面体外形）原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有（不能自发呈现多面体外形）原子排列相对无序2. 晶体特点：有规则的几何外形；有固定的熔点；各向异性。3. 区分晶体与非晶体方法： 间接方法：看是否有固定的熔点；科学方法： X射线衍射实验4. 常见晶体：各种金属、冰、石英、云母、水晶、氯化钠等。 常见非晶体：玻璃、橡胶等。二、晶胞的相关计算用均摊法确定立方晶胞中粒子的个数 第二节 分子晶体与共价晶体一、分子晶体的结构和性质1. 概念：只含分子的晶体。2. 粒
2、子间的作用：分子晶体中相邻的分子间以分子间作用力相互吸引。3. 常见分子晶体及物质类别物质种类实例所有非金属氢化物H2O、NH3、CH4等部分非金属单质卤素(X2)、O2、N2、白磷(P4)、硫(S8)、C60等部分非金属氧化物CO2、P4O10、SO2、SO3等几乎所有的酸HNO3、H2SO4、H3PO4、H2SiO3等绝大多数有机物苯、乙醇、乙酸、乙酸乙酯等4. 两种典型的分子晶体的组成和结构(1) 冰 水分子之间的主要作用力是氢键，当然也存在范德华力。 氢键有方向性，它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个相邻水分子互相吸引。(2) 干冰 干冰中的CO2分子间只存在范德
3、华力，不存在氢键。 每个晶胞中有4个CO2分子，12个原子。每个CO2分子周围等距离紧邻的CO2分子数为12个。5. 分子晶体的物理性质(1) 物理特性 分子晶体的熔、沸点较低，密度较小，硬度较小，较易熔化和挥发。 一般是绝缘体，熔融状态也不导电。 溶解性符合“相似相溶”规律。(2) 分子晶体熔、沸点高低的比较规律 分子晶体中分子间作用力越大，物质熔、沸点越高，反之越低。 具有氢键的分子晶体，熔、沸点反常高。6. 分子晶体的判断方法(1) 依据物质的类别判断：部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物的晶体都是分子晶体。(2) 依据组成晶体的粒子及粒子间作
4、用判断：组成分子晶体的粒子是分子，粒子间作用是分子间作用力。(3) 依据物质的性质判断：分子晶体的硬度小，熔、沸点低，在熔融状态或固体时均不导电。二、共价晶体的结构和性质1. 构成粒子及作用力： 共价晶体 2. 共价晶体与物质的类别物质种类实例某些非金属单质晶体硼、晶体硅、晶体锗、金刚石等某些非金属化合物SiC(碳化硅，又称金刚砂)、Si3N4 (氮化硅)、BN (氮化硼)等某些氧化物SiO2 (二氧化硅)等3. 共价晶体的熔、沸点共价晶体由于原子间以较强的共价键相结合，熔化时必需破坏共价键，而破坏它们需要很高的温度，所以共价晶体具有很高的熔点。结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能
5、越大，晶体的熔点越高。4. 典型的共价晶体(1) 金刚石碳原子采取sp3杂化，CCC夹角为10928每个碳原子与周围紧邻4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构(2) 二氧化硅晶体 二氧化硅的结构二氧化硅是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，最常见的是低温石英(SiO2)。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，没有封闭的环状结构，这一结构决定了它具有手性。 石英晶体中的硅氧四面体 石英的左、右型晶体 相连构成的螺旋链 二氧化硅的用途二氧化硅是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅电电池、芯片和光导纤维的原料。第三节 金属晶体与离子晶体一、金属
6、键与金属晶体1.金属键（1）定义：金属中金属阳离子与自由电子之间强烈的相互作用。成键粒子：金属阳离子和自由电子。本质：金属阳离子和自由电子间的静电作用（2）特征：没有饱和性和方向性；自由电子被所有金属离子共有，在整个三维空间运动，属于整块金属（3）金属键的强弱比较一般来说，金属键的强弱主要取决于金属元素原子的半径和价电子数。原子半径越小，价电子数越多，金属键越强。（4）金属键对物质性质的影响金属键越强，晶体的熔、沸点越高；金属键越强，晶体的硬度越大。2.金属晶体用电子气理论解释金属的物理性质二、离子晶体1.定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体(1)构成粒子：阳离子和阴离子。(2)相互
7、作用力：离子键。键的本质：静电作用特征：没有方向性和饱和性金属键对晶体性质的影响：离子半径越小，离子的电荷数越多，离子键越强，离子晶体的熔点越高，硬度大2.常见的离子晶体 配位数：一个离子周围最邻近的异电性离子的数目。晶体类型NaClCsCl晶胞阳离子的配位数68阴离子的配位数68晶胞中所含离子数Cl 4Na 4Cs 1Cl 13.物理性质 (1) 性质差异较大。一般，熔沸点较高，硬度较大。(2) 固体不导电，但在熔融状态或水溶液时能导电。(3) 多数离子晶体易溶于极性溶剂（如水），难溶于非极性溶剂（如苯）。 4.离子晶体的判断 (1)利用物质的分类：大多数盐、强碱，活泼金属的氧化物和过氧化物
8、(如Na2O和Na2O2)等都是离子晶体。 (2)利用元素的性质和种类：如成键元素的电负性差值大于1.7的物质，金属元素(特别是活泼的金属元素，A、A族元素)与非金属元素(特别是活泼的非金属元素，A、A族元素)组成的化合物。(3)利用物质的性质离子晶体一般具有较高的熔、沸点，难挥发，硬而脆；固体不导电，但熔融或溶于水时能导电，大多数离子晶体易溶于极性溶剂而难溶于非极性溶剂。几种典型晶体比较：晶体类型分子晶体共价晶体离子晶体金属晶体晶体粒子粒子间作用力影响因素氢键范德华力：结构相似的分子， 越大，分子间作用力越大，熔点越高。原子半径越小，键长 ，键能 ，熔点越 阴阳离子的 和 金属原子的 和 物
9、理性质熔点低、硬度小固体、熔融态不导电（部分溶于水电离后导电）熔点高、硬度大，不导电（部分晶体属于半导体）熔点、硬度差异较大；固体不导电，水溶液或熔融状态导电熔点、硬度差异较大；导电。典型实例干冰、碘、冰等金刚石、晶体硅、碳化硅、二氧化硅、晶体硼等NaCl晶体、CsCl晶体等金属单质和合金，如铜 干冰的晶胞，它属于 晶体，每个CO2分子与 CO2分子紧邻，每个晶胞中有 CO2分子冰的结构，它属于 晶体，水分子之间的主要作用力是，还有。冰晶体中水分子的空间利用率（填“较大”或“较小”），故冰的密度比水的密度要（填“大”或“小”）冰中1个水分子通过氢键与 个水分子相连，冰中水分子与氢键的数目之比为
10、 金刚石的晶体结构，金刚石属于 晶体，其中每个碳原子采取 杂化轨道与相邻的 个碳原子结合，形成共价键三维骨架结构。NaCl晶体晶胞，NaCl晶体属于 晶体，每个晶胞中有 个Na+，有 个Cl-。每个Cl紧邻着 个Na+。CsCl晶体晶胞，CsCl晶体属于 晶体。每个Cs+紧邻着 个Cl。三、过渡晶体与混合型晶体1过渡晶体：介于典型晶体之间的晶体(1)几种氧化物的化学键中离子键成分的百分数氧化物Na2OMgOAl2O3SiO2离子键的百分数/%62504133从上表可知，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。(2)偏向离子晶体的过渡晶体在许多性质
11、上与纯粹的离子晶体接近，因而通常当作离子晶体来处理，偏向共价晶体的过渡晶体则当作共价晶体来处理。第三周期元素的氧化物Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、SO3、Cl2O7七种氧化物中从左到右，离子键成分的百分数越来越小，其中作为离子晶体处理的是Na2O、MgO；作为共价晶体处理的是Al2O3、SiO2；作为分子晶体处理的是P2O5、SO3、Cl2O7。2混合型晶体-石墨（1）结构特点：层状结构石墨结构中未参与杂化的p轨道同层内，碳原子采取sp2杂化，以共价键(键)结合，形成平面六元并环结构。层与层之间靠范德华力维系。石墨的二维结构内，每个碳原子配位数为3，有一个未参与杂化的2p电
12、子，它的原子轨道垂直于碳原子平面。所有碳原子的p轨道平行且相互重叠，p轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动。 （2）晶体类型石墨晶体中，既有共价键，范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征，属于混合型晶体。 （3）性质：熔点很高、质软、易导电等。 第四节 配合物与超分子一、配合物1配位键（1）概念：成键原子一方提供孤电子对，另一方提供空轨道形成的共价键。（2）配位键的形成条件成键原子一方能提供孤电子对。如分子有NH3、H2O、HF、CO等；离子有Cl、OH、CN、SCN等。成键原子另一方能提供空轨道。如H、Al3、B及过渡金属的原子或离子。（3）配位键同样具
13、有饱和性和方向性。一般来说，多数过渡金属的原子或离子形成配位键的数目是基本不变的，如Ag形成2个配位键；Cu2形成4个配位键等。2配位化合物（1）定义：把金属离子或原子（称为中心离子或原子）与某些分子或离子（称为配体或配位体）以配位键结合形成的化合物称为配位化合物，简称配合物。如Cu(NH3)4SO4、Ag(NH3)2OH等为配合物。（2）配合物的形成以配离子Cu(NH3)42为例，NH3分子中氮原子的孤电子对进入Cu2的空轨道，Cu2与NH3分子中的氮原子通过共用氮原子提供的孤电子对形成配位键。配离子Cu(NH3)42可表示为： （3）配合物的组成中心原子：提供空轨道接受孤电子对的原子。通常是过渡元素的原子或离子，如Fe、Ni、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Ag+、Co3+、Cr3+等。配体：提供孤电子对的阴离子或分子，如Cl、NH3、H2O等。配体中直接同中心原子配位的原子叫做配位原子。配位原子必须是含有孤电子对的原子，如NH3中的N原子，H2O中的O原子等。配位数是直接与中心原子形成的配位键的数目。如Fe(CN)64中配位数为6。8
