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1、分子晶体与原子晶体最新第1页，本讲稿共24页10928共价键第2页，本讲稿共24页18010928SiO共价键第3页，本讲稿共24页石石墨墨晶晶体体结结构构知识拓展石墨知识拓展石墨第4页，本讲稿共24页（1）石墨中）石墨中C原子以原子以sp2杂化；杂化；（2）石墨晶体中最小环为六元环，含有）石墨晶体中最小环为六元环，含有C2个，个，C-C键为键为3；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；电；（4）石墨中）石墨中r（C-C）比金刚石中）比金刚石中r（C-C）短。）短。第5页，本讲稿共24页思考：（1 1）石墨为什么很软？）石墨为什么很软？（2 2
2、）石墨的熔沸点为什么很高？）石墨的熔沸点为什么很高？石墨的熔点为什么高于金刚石？石墨的熔点为什么高于金刚石？（3）石墨属于哪类晶体？）石墨属于哪类晶体？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。易滑动，所以石墨很软。它们都有很强的它们都有很强的C-CC-C共价键。在石墨中各层共价键。在石墨中各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大的共价键（大键），键），C-CC-C键长比金刚石键长比金刚石的短，键的强度大，的短，键的强度大，故其熔点金刚石高。故其熔点金刚石高。石墨为混合键型晶体。石墨
3、为混合键型晶体。熔点熔点（）沸点沸点（）石墨石墨36524827金刚石金刚石 35504827第6页，本讲稿共24页单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据金刚石金刚石晶体硅晶体硅晶体硼晶体硼熔点熔点 382316832573沸点沸点 510026282823硬度硬度 107.09.5（1）晶体硼的晶体类型属于）晶体硼的晶体类型属于_晶体，晶体，理由是理由是_。（2）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其）已知晶体硼结构单元是由硼原子组成的正二十面体，其中有中有20个等边三角形的面和一定数目的顶点，每个顶点上各有个等边三角形的面和一定数目的顶点，每
4、个顶点上各有1个个B原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由原子。通过视察图形及推算，此晶体结构单元由_个个硼原子构成。其中硼原子构成。其中BB键的键角为键的键角为_。原子熔沸点高，硬度大，符合原子晶体的性质特点1260第7页，本讲稿共24页观察与思考：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第8页，本讲稿共24页二、分子晶体二、分子晶体1 1、概念、概念分子之间通过分子间作用力（范德华力，氢键）分子之间通过分子间作用力（范德华力，氢键）结合形成的晶体。结合形成的晶体。（1 1）构成分子晶体的粒子是分子。）构成分子晶体的粒子是分子。（2 2）粒子间的相互作用是分
5、子间作用力。）粒子间的相互作用是分子间作用力。（3 3）范德华力远小于化学键的作用；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。）分子晶体熔化破坏的是分子间作用力。第9页，本讲稿共24页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？第10页，本讲稿共24页(1)较低的熔点和沸点，易升华；较低的熔点和沸点，易升华；(2)较小的硬度；较小的硬度；较小的硬度；较小的硬度；(3)一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。一般都是绝缘体，熔融状态也不导电。原因：分子间作用力较弱原因：分子间作用力较弱2、物理特性：、物理特性：第11页，本讲稿共24页3、典型的分子晶体：、
6、典型的分子晶体：非金属氢化物：非金属氢化物：H H2 2O O，H H2 2S S，NHNH3 3，CHCH4 4，HXHX酸：酸：H H2 2SOSO4 4，HNOHNO3 3，H H3 3POPO4 4部分非金属单质部分非金属单质:X X2 2，O O2 2，H H2 2，S S8 8，P P4 4，C C6060 部分非金属氧化物部分非金属氧化物:COCO2 2，SOSO2 2，NONO2 2，P P4 4O O6 6，P P4 4O O1010大多数有机物：大多数有机物：乙醇，冰醋酸，蔗糖乙醇，冰醋酸，蔗糖第12页，本讲稿共24页4、分子晶体结构特征只有范德华力，无分子间氢键分子密堆积
7、每个分子周围有12个紧邻的分子，如：C60、干冰、I2、O2有分子间氢键不具有分子密堆积特征如：HF、冰、NH3 第13页，本讲稿共24页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的晶胞第14页，本讲稿共24页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分子共有分子共有分子共有分子共有12121212个个个个 ）干冰的晶体结构图第15页，本讲稿共24页冰中个水分子周围有个水分子冰中
8、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第16页，本讲稿共24页思考：思考：1mol冰周围有？冰周围有？mol氢键氢键冰中个水分子周围有个水分子形成什么冰中个水分子周围有个水分子形成什么空间构型？空间构型？第17页，本讲稿共24页归纳要点归纳要点分子的密度取决于晶体分子的密度取决于晶体的体积，取决于紧密堆积程度，分子的体积，取决于紧密堆积程度，分子晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：晶体的紧密堆积由以下两个因素决定：（1）范德华力）范德华力（2）分子间氢键）分子间氢键第18页，本讲稿共24页
9、5、分子晶体熔、沸点高低的比较规律、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、沸点就化时需要的能量就越多，物质的熔、沸点就越高。越高。因此，比较分子晶体的熔、沸点高低，实因此，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（包括范力和际上就是比较分子间作用力（包括范力和氢键）的大小。氢键）的大小。第19页，本讲稿共24页（1）组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，）组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，范德华力越
10、大，熔沸点越高。如：范德华力越大，熔沸点越高。如：O2N2，HIHBrHCl。（2）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔）分子量相等或相近，极性分子的范德华力大，熔沸点高，如沸点高，如CON2（3）含有氢键的，熔沸点较高。如）含有氢键的，熔沸点较高。如H2OH2TeH2SeH2S，HFHCl，NH3PH3（4）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，）在烷烃的同分异构体中，一般来说，支链数越多，熔沸点越低。如沸点：正戊烷熔沸点越低。如沸点：正戊烷异戊烷异戊烷新戊烷；芳香新戊烷；芳香烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照烃及其衍生物苯环上的同分异构体一般按照“邻位邻位间间位位对位对位”
11、的顺序的顺序。第20页，本讲稿共24页思考思考1是不是在分子晶体中分子间只存在是不是在分子晶体中分子间只存在范德华力？范德华力？思考思考2为什么冰融化为水时为什么冰融化为水时,密度增大？密度增大？不对，分子间氢键也是一种分子间作用力，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。如冰中就同时存在着范德华力和氢键。在冰晶体中在冰晶体中,每个分子周围只有每个分子周围只有4个紧邻的水分子个紧邻的水分子,由于由于水分子之间的主要作用力是氢键水分子之间的主要作用力是氢键,氢键跟共价键一样具氢键跟共价键一样具有方向性有方向性,即氢键的存在迫使在四面体中心的每个水分即氢键的存在迫使
12、在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引个相邻水分子相互吸引,这一这一排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不变排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不变,留有相当留有相当大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时大的空隙。当冰刚刚融化为液态水时,热运动使冰的结热运动使冰的结构部分解体构部分解体,水分子间的空隙减小水分子间的空隙减小,密度反而增大。密度反而增大。第21页，本讲稿共24页思考思考3为何干冰的熔沸点比冰低，密为何干冰的熔沸点比冰低，密度却比冰大？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，
13、所以熔沸点比干冰高。子间作用力较难，所以熔沸点比干冰高。由于分子间作用力特别是氢键的方向性，由于分子间作用力特别是氢键的方向性，导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下体导致晶体中有相当大的空隙，所以相同状况下体积较大积较大由于由于CO2分子的相对分子质量分子的相对分子质量H2O，所以干冰，所以干冰的密度大。的密度大。第22页，本讲稿共24页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，通过比较的一些物理性质如下表所示，通过比较试判断试判断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，为什碳元素和硅元素处于元素周期表中同一主族，为什么么CO2晶体的熔、沸点很低，而晶体的熔、沸点很低，而SiO2晶体的熔沸点很晶体的熔沸点很高？高？第23页，本讲稿共24页分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较分子晶体、原子晶体结构与性质关系的比较晶体类型晶体类型分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体结结构构粒子间的作用力粒子间的作用力性性质质硬度硬度溶、沸点溶、沸点导电导电溶解性溶解性构成晶体粒子构成晶体粒子分子分子原子原子分子间作用力分子间作用力共价键共价键结构、性质结构、性质较小较小较大较大较低较低很高很高固态和熔融状固态和熔融状态都不导电态都不导电不导电不导电相似相溶相似相溶难溶于常见溶剂难溶于常见溶剂第24页，本讲稿共24页