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第2節 共價晶體與分子晶體
知識回顧
1．金屬晶體是指 。
2．離子晶體是指 。
典型離子晶體結構類型： 型、 型、 型和 型。
3．晶格能是指將 。
4．離子間距越 ，離子所帶電荷越 ，晶格能越大，離子晶體的熔、沸點越 。
金屬原子通過金屬鍵形成的晶體
陰、陽離子在空間呈現周期性重復排列所形成的晶體
NaCl型、CsCl型和ZnS型。
NaCl
CsCl
ZnS
CaF2
將1 mol離子晶體完全氣化為氣態陰、陽離子所吸收的能量
小
多
高
鉆石恒久遠,一顆永流傳
聯想質疑
科學研究表明，30 億年前，在地殼下 200 km 左右的地幔中，處在高溫、高壓巖漿中的碳元素逐漸形成了具有正四面體結構的金剛石?；鹕奖l時，金剛石夾在巖漿中上升到接近地表時冷卻，形成含有少量金剛石的原生礦床。金剛石具有諸多不同凡響的優良性質∶ 熔點高，不導電，硬度極高。這些性質顯然是由金剛石的結構決定的。那么，金剛石具有怎樣的結構呢
金剛石磨頭
金剛石鉆石
金剛石結構
碳原子雜化方式：
SP3
鍵長
鍵角
347KJ·mol-1
鍵角：
4
1 ：2
空間網狀結構
金剛石晶胞
觀察思考
在金剛石晶體中每個碳原子周圍緊鄰的碳原子有多少個？
2. 在金剛石晶體中每個碳原子連接有幾個共價鍵？
3. 在金剛石晶體中碳原子個數與C-C共價鍵個數之比是多少？
4
鍵長：
鍵能：
0.154nm
109°28′
三.共價晶體
定義：相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間立體網狀結構的晶體
結構特點：
(1)由于共價鍵的飽和性與方向性，使每個中心原子周圍排列的原子數目是有限的；
(2)由于所有原子間均以共價鍵相結合，所以晶體中不存在單個分子
性質特點：
熔點高、硬度很大、性質十分穩定
常見原子晶體：
晶體硅（Si）、晶體鍺（Ge）、晶體硼（B）
碳化硅（SiC）、二氧化硅（SiO2）
碳化硅（SiC）——金剛砂
結構特點：
碳化硅晶體與金剛石結構相似，其空間結構中碳原子和硅原子交替排列。碳原子和硅原子個數之比為1∶1。
性質特點：
硬度大，具有耐熱性、耐氧化性和耐腐蝕性。
用途：
磨料、耐火材料、電熱元件，制造機械工程的結構件、化學工程中的密封件。
二氧化硅（SiO2）
①在二氧化硅晶體里，硅原子和氧原子交替排列，不會出現Si—Si鍵和O—O鍵，而只有Si—O鍵，即1個硅原子與4個氧原子形成4個共價鍵，每個氧原子與2個硅原子形成2個共價鍵。②每個硅原子與相鄰的4個氧原子以共價鍵相結合構成正四面體結構，硅原子在正四面體的中心，4個氧原子在正四面體的4個頂點，則每個正四面體占有1個完整的硅原子、2個氧原子。因此，二氧化硅晶體中硅原子和氧原子的個數比為1∶2，化學式為SiO2。
結構特點：
硅（Si）晶體
結構特點：
把金剛石中的C原子換成Si原子，得到晶體硅的結構模型，不同的是Si—Si鍵長C—C鍵長。
硅晶體
交流研討
從表 3-2-4 中的數據可以看出，盡管金剛石、碳化硅和晶體硅都是共價晶體且它們的結構相似，但是它們的熔點和硬度有較大差異，請討論產生這種差異的原因。
鍵能：C—C＞C—Si＞Si—Si；
熔點：金剛石＞碳化硅＞晶體硅；
硬度：金剛石＞碳化硅＞晶體硅。
規律：
共價晶體具有很高的熔點，很大的硬度；
對結構相似的共價晶體來說，原子半徑越小， 鍵長越短，鍵能越大，晶體的熔點就越高。
影響共價晶體熔點的主要因素——共價鍵
聯想質疑
在金屬晶體、離子晶體和共價晶體中，原子或離子之間都是通過化學鍵相互結合的，相應化學鍵的特點對晶體中微粒的空間排布方式會產生影響。那么，像碘、干冰、等這些以分子為基本構成微粒的晶體中，分子會如何排列呢
碘晶體
干冰晶體
四.分子晶體
1.定義：分子之間通過分子間作用力結合形成的晶體
常見的分子晶體：
(1)部分非金屬單質：
鹵素(X2)、氧(O2)、硫(S8)、氮(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有氣體
(2)所有非金屬氫化物：水、硫化氫、氨、氯化氫、甲烷
(3)部分非金屬氧化物：CO2、P4O6、P4O10、SO2
(4)所有的酸(而強堿和多數鹽則是離子晶體)
(5)絕大多數有機物的晶體
二氧化碳晶體結構
碘晶體結構
長方體晶胞
二氧化碳晶體結構
碘晶體結構
正方體晶胞
晶胞所含分子數 4
晶胞所含分子數 4
交流研討
表 3-2-5 列出了一些分子晶體的熔點和沸點。請根據表中所列數據猜想;影響不同分子晶體熔點、沸點的原因可能有哪些
分子量越大、熔點越高
2.分子晶體物理性質：
熔沸點低、硬度小
影響分子晶體熔點的主要因素——分子間作用力
規律：
組成和結構相似且晶體中沒有氫鍵的分子晶體來說，相對分子量越大，分子間作用力增強，熔沸點升高。
觀察思考
常溫下，液態水中水分子在不停地做無規則的運動。0 ℃以下，水凝結為冰，其中的水分子排列由雜亂無序變得十分有序。觀察圖，思考∶冰晶體中存在著哪幾種微粒間的相互作用 這對冰晶體的結構與性質產生了怎樣的影響
分子間作用力 氫鍵
冰的結構
冰晶體的結構與性質
由于氫鍵的方向性，使冰晶體中每個水分子與四面體頂點的4個分子相互吸引，形成空隙較大的網狀體，所以冰的密度比水小，結的冰會浮在水面上
冰中的氫鍵
3.分子晶體的結構特征
苯甲酸晶體
苯甲酸晶體結構
(2)分子非密堆積 ——范德華力還有分子間氫鍵（如：HF 、冰、NH3 ）
(1)分子密堆積——只有范德華力，無分子間氫鍵（每個分子周圍有12個緊鄰的分子，如：C60、干冰 、I2、O2等）
聯想質疑
實驗測定，石墨的熔點高達 3850 ℃，這說明石墨晶體具有共價晶體的特點。但是，石墨很軟并且能導電，是非常好的潤滑劑，這說明它又不同于共價晶體。那么，石墨究競屬于哪種類型的晶體呢
109°28′
碳原子雜化方式：
347KJ·mol-1
鍵角：
鍵長：
鍵能：
0.154nm
石墨晶體結構
SP2
大π鍵具有金屬鍵的性質，所以沿層平行方向導電性強。
無限的六邊形平面網狀。層內共價鍵，層間范德華力。
結構特點：
晶體類型：
混合型晶體
用途：
制造電極、潤滑劑、鉛筆芯等
拓展視野
1914年，布里奇曼（P.Bridgman） 在200℃和1.2 GPa（1 GPa約為1萬大氣壓）下首次用白磷合成得黑磷。 1946 年，布里奇曼因在高壓物理領域中的貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。100年后，黑磷再次受到極大關注。2014 年，中國家陳仙輝與張遠波合作利用黑磷實現了高速場效應晶體管的應用嘗試，為研究黑磷的廣泛應用拉開了序幕。
黑磷有正交、簡單立方和菱方等三種晶型。其中，正交晶型的黑磷具有半導體性質， 可用作電學和光學材料。在晶體中，與石墨相似，黑磷具有層狀結構，層間依靠范德華力結合在一起。而在層內，每個磷原子與其他三個磷原子相連，形成二維皺褶蜂巢型結構。二維的單層黑磷又稱磷烯，它具有比石墨烯更大的帶隙（0.3~2 eV），磷烯在場效應晶體管、光電子器件、自旋電子學、氣體傳感器及太陽能電池等方面有著廣闊的應用前景。
黑磷
五.晶體結構的復雜性
(1)一方面，物質組成的復雜性導致晶體中存在多種不同微粒以及不同的微粒間作用，這也使這類晶體具有重要應用。
(2)另一方面，金屬鍵、離子鍵、共價鍵、配位鍵等都是化學鍵的典型模型，但是，原子之間形成的化學鍵往往是介于典型模型之間的過渡狀態。由于微粒間的作用存在鍵型過渡，即使組成簡單的晶體，也可能是居于金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體之間的過渡狀態，形成過渡晶體。
金屬晶體、離子晶體、共價晶體、分子晶體等模型都是典型的晶體結構模型，大多數實際晶體結構要復雜得多，都是過渡型或混合型的。
類型項目 金屬晶體 共價晶體 分子晶體 離子晶體
構成晶體的微粒 金屬陽離子和“自由電子” 原子 分子 陰、陽
離子微粒間作用 金屬鍵 共價鍵 分子間作用力(范德華力或氫鍵) 離子鍵
作用力強弱(一般地) 一般較強，有的較弱 很強 弱 較強
確定作用力強弱的一般判斷方法 離子半徑、價電子數 鍵長(原子半徑) 組成結構相似時比較相對分子質量 離子所帶
電荷、半徑熔、沸點 差別較大(汞常溫下為液態，鎢熔點為3 410 ℃) 高 低 較高
硬度 差別較大 大 較小 略硬而脆
導熱和導電性 良導體 不良導體 不良導體(部分溶于水發生電離后導電) 不良導體(熔化后或溶于水導電)
溶解性(水) 一般不溶于水，少數與水反應 一般不溶 相似相溶 多數易溶
組成微粒堆積方式 等徑圓球緊密堆積 不服從緊密堆積原理 緊密堆積(與分子形狀有關且分子間不存在氫鍵) 非等徑圓球緊密堆積
歸納總結
四種晶體類型比較
課堂小結
共價晶體
分子晶體
定義：
結構：
性質：
相鄰原子間以共價鍵結合而形成的具有空間立體網狀結構的晶體
定義：
熔點高、硬度很大、性質十分穩定
(1)由于共價鍵的飽和性與方向性，使每個中心原子周圍排列的原子數目是有限的；
(2)由于所有原子間均以共價鍵相結合，所以晶體中不存在單個分子
常見物質：
Si、（Ge）、B、SiC、SiO2
結構：
性質：
常見物質：
分子之間通過分子間作用力結合形成的晶體
熔沸點低、硬度小
密堆積（無氫鍵）
非密堆積（有氫鍵）
非金屬單質、非金屬的氧化物和氫化物等無機物以及多數有機化合物。
感謝您的觀看

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