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1、第三章晶体结构与性质第三章晶体结构与性质3.1晶体常识晶体常识11/27/2023n你知道固体有晶体和非晶体之分吗？你知道固体有晶体和非晶体之分吗？n晶体晶体:具有规则几何外形的固体具有规则几何外形的固体n非晶体非晶体:没有规则几何外形的固体没有规则几何外形的固体n能否举例说明？能否举例说明？11/27/2023雪花晶体雪花晶体食糖晶体食糖晶体明矾晶体明矾晶体单质硫单质硫食盐晶体食盐晶体11/27/202311/27/2023祖祖 母母 绿绿11/27/2023绿宝石11/27/2023猫 眼 石 11/27/2023紫水晶 11/27/2023黄黄 水水 晶晶 黄黄 水水 晶晶 11/27/
2、2023NaCl晶体结构示意图：晶体结构示意图：Na+Cl-11/27/2023金刚石晶体金刚石晶体结构示意图结构示意图11/27/2023干干冰冰晶晶体体结结构构11/27/2023非晶态又称玻璃态非晶态又称玻璃态11/27/2023玻璃结构示意图玻璃结构示意图BOSiM11/27/2023 晶体的原子呈周期性排列晶体的原子呈周期性排列 非晶体的原子不呈周期性排列非晶体的原子不呈周期性排列11/27/2023宏观晶体的形貌宏观晶体的形貌 立方11/27/202311/27/2023 1.从外形看从外形看,晶体与非晶体有何不同晶体与非晶体有何不同?2.构成晶体的微粒在空间的排列有何特点构成晶体
3、的微粒在空间的排列有何特点?晶体与非晶体比较晶体与非晶体比较 自范性自范性 微观结构微观结构晶体晶体有有(能自发呈现多面能自发呈现多面体外形体外形)粒子在三维空间呈周粒子在三维空间呈周期性有序排列期性有序排列非晶非晶体体没有没有(不能自发呈现不能自发呈现多面体外形多面体外形)粒子排列相对无序粒子排列相对无序11/27/2023说明说明:(1)晶体自范性的本质晶体自范性的本质:是晶体中粒子是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。的宏观表象。在一定条件下晶体能自动地呈现具有在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形（晶体一定对称性的多面体的
4、外形（晶体的形貌）。的形貌）。非晶体不能呈现多面体的外形。非晶体不能呈现多面体的外形。(2)晶体自范性的条件之一晶体自范性的条件之一:生长速率生长速率适当适当。11/27/202311/27/2023水晶石水晶石11/27/20233.晶体形成的途径晶体形成的途径n熔融态物质凝固熔融态物质凝固.n气态物质冷却不经液态直接凝固气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华凝华).n溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出.11/27/2023n1.石墨石墨(C)和蓝宝石和蓝宝石(Al2O3SiO2)是常见的晶是常见的晶体体,其中石墨的结构呈层状其中石墨的结构呈层状,在与层垂直方向在与层垂直方向的导电率为与层平行方向
5、上导电率的的导电率为与层平行方向上导电率的1/10000;蓝宝石在不同方向上的硬度是不同的蓝宝石在不同方向上的硬度是不同的.n2.石蜡和玻璃都是非晶体石蜡和玻璃都是非晶体,如果将二者加热如果将二者加热,当当温度升高到一定程度后温度升高到一定程度后,开始软化开始软化,流动性增流动性增强强,最后变成液体最后变成液体.整个过程温度不断上升整个过程温度不断上升,并并且在这个过程中没有固定的熔解热效应且在这个过程中没有固定的熔解热效应.11/27/2023思考与交流思考与交流:1.如何鉴别晶体和非晶体如何鉴别晶体和非晶体?2.右图是玻璃的结构示右图是玻璃的结构示意图意图,根据该图判断玻璃根据该图判断玻璃
6、是不是晶体是不是晶体?为什么为什么?3.你能列举一些可能有效你能列举一些可能有效的方法鉴别真假宝石的方法鉴别真假宝石(假宝假宝石通常是用玻璃仿造的石通常是用玻璃仿造的)吗吗?11/27/2023阅读教材第62页 科学视野晶体的晶体的X-射线衍射实验射线衍射实验用于晶体鉴别用于晶体鉴别11/27/2023晶体与非晶体n性 质 晶 体 非晶体n自范性 有 无n熔 点 固定 不固定n各向异性 有 无 nX-衍射（粉末）明锐线条 漫峰晶体晶体1.定义：有规则几何形状的固体定义：有规则几何形状的固体11/27/20232.晶体自范性的条件之一晶体自范性的条件之一:生长速率适当生长速率适当3.晶体形成的途
7、径：晶体形成的途径：熔融态物质凝固熔融态物质凝固.气态物质冷却不经液态直接凝固气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华凝华).溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出.11/27/20231.下列关于晶体与非晶体的说法正确下列关于晶体与非晶体的说法正确的是的是A.晶体一定比非晶体的熔点高晶体一定比非晶体的熔点高B.晶体有自范性但排列无序晶体有自范性但排列无序C.非晶体无自范性而且排列无序非晶体无自范性而且排列无序D.固体固体SiO2一定是晶体一定是晶体2.区别晶体与非晶体最可靠的科学方区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是法是 A.熔沸点熔沸点 B.硬度硬度 C.颜色颜色 D.x-射线衍射实验射线衍射实验CD1
8、1/27/20231、下列不属于晶体的特点是（、下列不属于晶体的特点是（）A.一定有固定的几何外形一定有固定的几何外形B.一定有各向异性一定有各向异性C.一定有固定的熔点一定有固定的熔点D.一定是无色透明的固体一定是无色透明的固体D11/27/20232.晶体具有各向异性。如蓝晶石晶体具有各向异性。如蓝晶石（Al2O3SiO2）在不同方向上的）在不同方向上的硬度不同；又如石墨在与层垂直的硬度不同；又如石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上方向上的导电率与层平行的方向上的导电率的导电率1104。晶体的各向异性。晶体的各向异性主要表现在是：（主要表现在是：（）硬度硬度 导热性导热性 导电性
9、导电性 光学光学性质性质A.B.C.D.D 11/27/2023二二晶胞晶胞1.描述晶体结构的基本单元叫做晶胞描述晶体结构的基本单元叫做晶胞蜂巢与蜂室蜂巢与蜂室铜晶体铜晶体铜晶胞铜晶胞晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻然而，晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻然而，蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。11/27/2023金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图11/27/2023NaCl晶体结构和晶胞晶体结构和晶胞思考与交流思考与交流:1.上述铜晶体、金刚石、上述铜晶体、金刚石、NaCl晶体的晶胞
10、空间构形是怎晶体的晶胞空间构形是怎样的？样的？2.在在NaCl晶体中，晶胞是如何排列的？晶胞之间是否存晶体中，晶胞是如何排列的？晶胞之间是否存在空隙？在空隙？11/27/2023平行六面平行六面体体无隙并置无隙并置11/27/2023三种典型立方晶体结构三种典型立方晶体结构体心立方体心立方简单立方简单立方面心立方面心立方11/27/2023二二晶胞晶胞1.描述晶体结构的基本单元叫做晶胞描述晶体结构的基本单元叫做晶胞2.一般来说一般来说,晶胞都是平行六面体晶胞都是平行六面体.晶胞在晶体中是晶胞在晶体中是“无隙并置无隙并置”而成而成.3.晶胞中粒子数的计算：均摊法晶胞中粒子数的计算：均摊法11/2
11、7/20233.晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算体心：体心：1面心面心:1/2顶点顶点:1/8棱边棱边:1/411/27/2023立方晶胞立方晶胞体心：体心：1面心：面心：1/2棱边：棱边：1/4顶点：顶点：1/8小结小结:晶胞对质点的占有率晶胞对质点的占有率11/27/20233.常见晶胞中微粒数的计算 (1)六方晶胞：在六方体顶点的微粒为六方晶胞：在六方体顶点的微粒为6个晶个晶胞共有，在面心的为胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。全属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6+21/2+3=6 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方
12、体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶顶 -1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-1（2）面心立方：在立方体顶点的微粒为）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 (3)体心立方：在立方体顶点的微粒为体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。部属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：81/8+1=211/27/202311/27/2023 石墨石墨晶体的层状结构，晶体的层状结构，层内为平面正六边
13、形结构层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：（如图），试回答下列问题：（1 1）图中平均每个正六边形）图中平均每个正六边形占有占有C C原子数为原子数为_个、占有个、占有的碳碳键数为的碳碳键数为_个。个。碳原子数目与碳碳化学键数碳原子数目与碳碳化学键数目之比为目之比为_._.练习一：练习一：2:32:32 23 311/27/2023 练习二练习二2001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各
14、单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有有1个镁原子，个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为学式可表示为A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg3B211/27/2023Mg原子的数目：原子的数目：121/6+21/2=3B原子的数目：原子的数目：6故化学式可表示为故化学式可表示为 MgB211/27/202311/27/2023 练习三练习三2001年报道的硼和镁形成的纳米颗粒，如图所示的是该年报道的硼和镁形成的纳米颗粒，如图所示的是该纳米颗粒：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面纳米颗粒：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱
15、的上下底面还各有还各有1个镁原子，个镁原子，6个硼原子位于棱柱内。则该纳米颗个硼原子位于棱柱内。则该纳米颗粒化学式可表示为粒化学式可表示为A、MgB B、MgB2 C、Mg2B D、Mg14B6注意晶胞结构与纳米颗粒、分注意晶胞结构与纳米颗粒、分子簇的区别子簇的区别11/27/20232.晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体正二十面体,其中含有其中含有20个等边三角形和一定个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角各有一个原子，试观察数目的顶角，每个顶角各有一个原子，试观察图形回答。这个基本结构单元由图形回答。这个基本结构单元由_个硼原子个硼原子组成，共含有组成，共含有_个个B-B键。键。123011/27/2023玛瑙玛瑙水晶水晶11/27/2023非晶态和晶态石英的非晶态和晶态石英的X-射线粉末衍射图谱射线粉末衍射图谱晶态石英的谱图晶态石英的谱图非晶态石英的谱图非晶态石英的谱图11/27/202311/27/202311/27/202311/27/2023Na Z=2 Zn Z=2金刚石 C Z=8 I2 Z=411/27/2023