江蘇省級(jí)化學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)第4講：晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)(趙波)

晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)趙波

南京師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院zbchem@126.com一部分基本概念和基本結(jié)構(gòu)一、晶體的定義“晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)?！弊⒁猓海?）一種物質(zhì)是否是晶體是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，而非由外觀判斷；（2）周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。二、晶體性質(zhì)

⑴均勻性⑵各向異性⑶自發(fā)地形成多面體外形F+V=E+2

其中，F(xiàn)-晶面，V-頂點(diǎn)，E-晶棱⑷有明顯確定的熔點(diǎn)⑸有特定的對(duì)稱性⑹使X射線產(chǎn)生衍射三、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)概念：在晶體內(nèi)部原子或分子周期性地排列的每個(gè)重復(fù)單位的相同位置上定一個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)按一定周期性規(guī)律排列在空間，這些點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)點(diǎn)陣。點(diǎn)陣是一組無(wú)限的點(diǎn)，連結(jié)其中任意兩點(diǎn)可得一矢量，將各個(gè)點(diǎn)陣按此矢量平移能使它復(fù)原。點(diǎn)陣中每個(gè)點(diǎn)都具有完全相同的周圍環(huán)境。結(jié)構(gòu)基元：在晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中每個(gè)點(diǎn)陣所代表的具體內(nèi)容，包括原子或分子的種類和數(shù)量及其在空間按一定方式排列的結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)=點(diǎn)陣+結(jié)構(gòu)基元（1）直線點(diǎn)陣（2）平面點(diǎn)陣（3）晶胞空間點(diǎn)陣必可選擇3個(gè)不相平行的連結(jié)相鄰兩個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的單位矢量a，b，c，它們將點(diǎn)陣劃分成并置的平行六面體單位，稱為點(diǎn)陣單位。相應(yīng)地，按照晶體結(jié)構(gòu)的周期性劃分所得的平行六面體單位稱為晶胞。矢量a，b，c的長(zhǎng)度a，b，c及其相互間的夾角α，β，γ稱為點(diǎn)陣參數(shù)或晶胞參數(shù)。晶胞結(jié)構(gòu)圖

晶胞晶胞與晶格晶胞的劃分對(duì)稱性晶系正當(dāng)晶胞正當(dāng)晶胞素晶胞：含1個(gè)結(jié)構(gòu)基元復(fù)晶胞：含2個(gè)以上結(jié)構(gòu)基元晶胞的二個(gè)要素晶胞的二個(gè)基本要素：一是晶胞大小和形狀；二是晶胞中各原子坐標(biāo)位置。晶胞大小和形狀可用晶胞參數(shù)表示；晶胞中原子位置可用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示。原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)晶體中原子的坐標(biāo)參數(shù)是以晶胞的3個(gè)軸作為坐標(biāo)軸，以3個(gè)軸的軸長(zhǎng)作為坐標(biāo)軸單位的:

因?yàn)閤、y、z1，所以我們將x、y、z定義為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。晶胞知識(shí)要點(diǎn)晶胞一定是一個(gè)平行六面體，其三邊長(zhǎng)度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空間并置堆砌而成的。劃分晶胞要遵循2個(gè)原則：一是盡可能反映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性；二是盡可能小。并置堆砌

整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空間并置堆砌而成的。晶胞種質(zhì)點(diǎn)個(gè)數(shù)的計(jì)算第二節(jié)、晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性一、晶體的對(duì)稱性1晶系

根據(jù)晶體的對(duì)稱性，按有無(wú)某種特征對(duì)稱元素為標(biāo)準(zhǔn)，將晶體分成7個(gè)晶系：1.立方晶系(c)：在立方晶胞4個(gè)方向體對(duì)角線上均有三重旋轉(zhuǎn)軸(a=b=c,α=β=γ=90o)2.六方晶系(h)：有1個(gè)六重對(duì)稱軸(a=b,α=β=90o,γ=120o)晶系3.四方晶系(t)：有1個(gè)四重對(duì)稱軸(a=b,α=β=γ=90o)4.三方晶系(h)：有1個(gè)三重對(duì)稱軸(a=b,α=β=90o,γ=120o)5.正交晶系(o)：有3個(gè)互相垂直的二重對(duì)稱軸或2個(gè)互相垂直的對(duì)稱面(α=β=γ=90o)晶系6.單斜晶系(m)：有1個(gè)二重對(duì)稱軸或?qū)ΨQ面(α=γ=90o)7.三斜晶系(a)：沒有特征對(duì)稱元素1晶系立方

Cubica=b=c,===90°四方Tetragonala=bc,===90°正交Rhombicabc,===90°三方

Rhombohedrala=b=c,==90°a=bc,==90°=120°六方

Hexagonala=bc,==90°,=120°單斜

Monoclinicabc==90°,90°三斜

Triclinicabc===90°2空間點(diǎn)陣型式

根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，將點(diǎn)陣空間的分布按正當(dāng)單位形狀的規(guī)定和帶心型式進(jìn)行分類，得到14種型式：⑻簡(jiǎn)單六方(hP)⑼R心六方(hR)⑽簡(jiǎn)單四方(tP)⑾體心四方(tI)⑿簡(jiǎn)單立方(cP)⒀體心立方(cI)⒁面心立方(cF)⑴簡(jiǎn)單三斜(ap)⑵簡(jiǎn)單單斜(mP)⑶C心單斜(mC,mA,mI)⑷簡(jiǎn)單正交(oP)⑸C心正交(oC,oA,oB)⑹體心正交(oI)⑺面心正交(oF)第二部分

晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理密堆積的定義密堆積：由無(wú)方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢(shì)能盡可能降低，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。常見的密堆積類型最密非最密常見密堆積型式面心立方最密堆積（A1）六方最密堆積（A3）體心立方密堆積（A2）1.面心立方最密堆積(A1)和六方最密堆積(A3)從上面的等徑圓球密堆積圖中可以看出：只有1種堆積形式;每個(gè)球和周圍6個(gè)球相鄰接,配位數(shù)位6,形成6個(gè)三角形空隙;每個(gè)空隙由3個(gè)球圍成;由N個(gè)球堆積成的層中有2N個(gè)空隙,即球數(shù)：空隙數(shù)=1：2。兩層球的堆積情況圖

1.在第一層上堆積第二層時(shí)，要形成最密堆積，必須把球放在第二層的空隙上。這樣，僅有半數(shù)的三角形空隙放進(jìn)了球，而另一半空隙上方是第二層的空隙。

2.第一層上放了球的一半三角形空隙，被4個(gè)球包圍，形成四面體空隙；另一半其上方是第二層球的空隙，被6個(gè)球包圍，形成八面體空隙。兩層堆積情況分析三層球堆積情況分析

第二層堆積時(shí)形成了兩種空隙：四面體空隙和八面體空隙。那么，在堆積第三層時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩種方式：1.第三層等徑圓球的突出部分落在正四面體空隙上，其排列方式與第一層相同，但與第二層錯(cuò)開，形成ABAB…堆積。這種堆積方式可以從中劃出一個(gè)六方單位來(lái)，所以稱為六方最密堆積（A3）。2.另一種堆積方式是第三層球的突出部分落在第二層的八面體空隙上。這樣，第三層與第一、第二層都不同而形成ABCABC…的結(jié)構(gòu)。這種堆積方式可以從中劃出一個(gè)立方面心單位來(lái)，所以稱為面心立方最密堆積（A1）。六方最密堆積（A3）圖六方最密堆積（A3）分解圖面心立方最密堆積（A一）圖面心立方最密堆積（A1）分解圖A1型最密堆積圖片將密堆積層的相對(duì)位置按照ABCABC……方式作最密堆積，重復(fù)的周期為3層。這種堆積可劃出面心立方晶胞。A3型最密堆積圖片將密堆積層的相對(duì)位置按照ABABAB…方式作最密堆積，這時(shí)重復(fù)的周期為兩層。A1、A3型堆積小結(jié)第二層的密堆積方式也只有一種，但這兩層形成的空隙分成兩種正四面體空隙（被四個(gè)球包圍）正八面體空隙（被六個(gè)球包圍）突出部分落在正四面體空隙AB堆積A3（六方）突出部分落在正八面體空隙ABC堆積A1（面心立方）第三層

堆積方式有兩種A1、A3型堆積的比較以上兩種最密堆積方式，每個(gè)球的配位數(shù)為12。有相同的堆積密度和空間利用率(或堆積系數(shù))，即球體積與整個(gè)堆積體積之比。均為74.05%?？障稊?shù)目和大小也相同，N個(gè)球（半徑R）；2N個(gè)四面體空隙，可容納半徑為0.225R的小球；N個(gè)八面體空隙，可容納半徑為0.414R的小球。A1、A3的密堆積方向不同：

A1：立方體的體對(duì)角線方向，共4條，故有4個(gè)密堆積方向易向不同方向滑動(dòng)，而具有良好的延展性。如Cu.A3：只有一個(gè)方向，即六方晶胞的C軸方向，延展性差，較脆，如Mg.2.體心立方密堆積（A2）A2不是最密堆積。每個(gè)球有八個(gè)最近的配體（處于邊長(zhǎng)為a的立方體的8個(gè)頂點(diǎn)）和6個(gè)稍遠(yuǎn)的配體，分別處于和這個(gè)立方體晶胞相鄰的六個(gè)立方體中心。故其配體數(shù)可看成是14，空間利用率為68.02%.每個(gè)球與其8個(gè)相近的配體距離與6個(gè)稍遠(yuǎn)的配體距離A2型密堆積圖片3.金剛石型堆積（A4）配位數(shù)為4，空間利用率為

34.01%，不是密堆積。這種堆積方式的存在因?yàn)樵娱g存在著有方向性的共價(jià)鍵力。如Si、Ge、Sn等。邊長(zhǎng)為a的單位晶胞含半徑的球8個(gè)。

4.堆積方式及性質(zhì)小結(jié)堆積方式點(diǎn)陣形式空間利用率配位數(shù)Z球半徑面心立方最密堆積(A1)面心立方74.05%124六方最密堆積(A3)六方74.05%122體心立方密堆積(A2)體心立方68.02%8(或14)2

金剛石型堆積(A4)面心立方34.01%48第三部分晶體類型根據(jù)形成晶體的化合物的種類不同可以將晶體分為：離子晶體、分子晶體、原子晶體和金屬晶體。1.離子晶體離子鍵無(wú)方向性和飽和性，在離子晶體中正、負(fù)離子盡可能地與異號(hào)離子接觸，采用最密堆積。離子晶體可以看作大離子進(jìn)行等徑球密堆積，小離子填充在相應(yīng)空隙中形成的。離子晶體多種多樣，但主要可歸結(jié)為6種基本結(jié)構(gòu)型式。（1）NaCl（1）立方晶系，面心立方晶胞；（2）Na+和Cl-配位數(shù)都是6；

（3）Z=4（4）Na+，C1-，離子鍵。（5）Cl-離子和Na+離子沿（111）周期為|AcBaCb|地堆積，ABC表示Cl-離子，abc表示Na+離子；Na+填充在Cl-的正八面體空隙中。NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)和密堆積層排列(NaCl,KBr,RbI,MgO,CaO,AgCl)ZnS

ZnS是S2-最密堆積，Zn2+填充在一半四面體空隙中。分立方ZnS和六方ZnS。立方ZnS（1）立方晶系，面心立方晶胞；Z=4（2）S2-立方最密堆積|AaBbCc|（3）Zn原子位于面心點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上；S原子也位于另一個(gè)這樣的點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上，后一個(gè)點(diǎn)陣對(duì)于前一個(gè)點(diǎn)陣的位移是體對(duì)角線底1/4。原子的坐標(biāo)是：4S：000，1/21/20，1/201/2，01/21/2；

4Zn:1/41/41/4,3/43/41/4,3/41/43/4,1/43/43/4立方ZnS晶胞圖圖2填充全部四面體空隙六方ZnS（1）六方晶系，簡(jiǎn)單六方晶胞。（2）Z=2（3）S2-六方最密堆積|AaBb|。（4）配位數(shù)4：4。（6）2s：000，2/31/31/2；

2Zn：005/8，2/31/31/8。六方ZnS晶胞圖CaF2型（螢石）（1）立方晶系，面心立方晶胞。（2）Z=4（3）配位數(shù)8：4。（4）Ca2+，F(xiàn)-，離子鍵。

（5）Ca2+立方最密堆積，F(xiàn)-填充在全部四面體空隙中。

（6）Ca2+離子配列在面心立方點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上，F(xiàn)-離子配列在對(duì)Ca2+點(diǎn)陣的位移各為對(duì)角線的1/4與3/4的兩個(gè)面心立方點(diǎn)陣的陣點(diǎn)上。原子坐標(biāo)是：

4Ca2+：000，1/21/20，1/201/2，01/21/2；

8F-：1/41/41/4，3/43/41/4，3/41/43/4，1/43/43/4，3/43/43/4，1/41/43/4，1/43/41/4，3/41/41/4。CaF2結(jié)構(gòu)圖片CaF2的結(jié)構(gòu)圖CsCl型:（1）立方晶系，簡(jiǎn)單立方晶胞。（2）Z=1。（3）Cs+，Cl-，離子鍵。（4）配位數(shù)8：8。（5）Cs+離子位于簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣的陣點(diǎn)上位置上，Cl-離子也位于另一個(gè)這樣的點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上，它對(duì)于前者的位移為體對(duì)角線的1/2。原子的坐標(biāo)是：Cl-:000；Cs+:1/21/21/2

CsCl結(jié)構(gòu)圖片(CsCl,CsBr,CsI,NH4Cl)

TiO2型（1）四方晶系，體心四方晶胞。（2）Z=2

（3）O2-近似堆積成六方密堆積結(jié)構(gòu)，Ti4+填入一半的八面體空隙，每個(gè)O2-附近有3個(gè)近似于正三角形的Ti4+配位。（4）配位數(shù)6：3。TiO2結(jié)構(gòu)圖片2.分子晶體定義：?jiǎn)卧臃肿踊蛞怨矁r(jià)鍵結(jié)合的有限分子，由范德華力凝聚而成的晶體。范圍：全部稀有氣體單質(zhì)、許多非金屬單質(zhì)、一些非金屬氧化物和絕大多數(shù)有機(jī)化合物都屬于分子晶體。特點(diǎn)：以分子間作用力結(jié)合，相對(duì)較弱。除范德華力外，氫鍵是有些分子晶體中重要的作用力。氫鍵定義：Ｘ－ＨＹ，Ｘ－Ｈ是極性很大的共價(jià)鍵，Ｘ、Ｙ是電負(fù)性很強(qiáng)的原子。氫鍵的強(qiáng)弱介于共價(jià)鍵和范德華力之間；氫鍵由方向性和飽和性；Ｘ－Ｙ間距為氫鍵鍵長(zhǎng)，Ｘ－ＨＹ夾角為氫鍵鍵角（通常100180）；一般來(lái)說(shuō)，鍵長(zhǎng)越短，鍵角越大，氫鍵越強(qiáng)。氫鍵對(duì)晶體結(jié)構(gòu)有著重大影響。3.原子晶體定義：以共價(jià)鍵形成的晶體。共價(jià)鍵由方向性和飽和性，因此，原子晶體一般硬度大，熔點(diǎn)高，不具延展性。代表：金剛石、Si、Ge、Sn等的單質(zhì)，－C3N4、SiC、SiO2等。4.金屬晶體金屬鍵是一種很強(qiáng)的化學(xué)鍵，其本質(zhì)是金屬中自由電子在整個(gè)金屬晶體中自由運(yùn)動(dòng)，從而形成了一種強(qiáng)烈的吸引作用。絕大多數(shù)金屬單質(zhì)都采用A1、A2和A3型堆積方式；而極少數(shù)如：Sn、Ge、Mn等采用A4型或其它特殊結(jié)構(gòu)型式。金屬晶體ABABAB…,配位數(shù)：12.例：MgandZnABCABC…,配為數(shù)：12，例:Al,Cu,Ag,Au立方密堆積，面心金(gold,Au)體心立方e.g.,Fe,Na,K,U簡(jiǎn)單立方（釙，Po）簡(jiǎn)單立方堆積第四部分奧賽晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容的分析2.注重知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系晶系空間點(diǎn)陣型式點(diǎn)群空間群晶胞類型堆積方式：A1,A3,A2,A4晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容的相互關(guān)系密堆積原理是一個(gè)把中學(xué)化學(xué)的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)橋梁性的理論體系。4.參考教材另外可以參考：*潘道皚，趙成大，鄭載興等編，《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》，高等教育出版社，北京：1990*馬宏佳主編，《高中化學(xué)奧林匹克競(jìng)賽試題評(píng)析》，南京師范大學(xué)出版社，2001?；靖拍钕嗷ヂ?lián)系實(shí)際應(yīng)用二、淺談晶體結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)理解應(yīng)用深化提高第五部分典型例題及其解答題型分類及分析1推斷1.1由晶體結(jié)構(gòu)推測(cè)分子式1.2已知分子式推測(cè)晶體結(jié)構(gòu)2畫晶胞2.1由平面層狀結(jié)構(gòu)圖畫出晶胞

2.2畫出三維晶胞透視圖3．與堆積方式有關(guān)的計(jì)算3.1相關(guān)物質(zhì)原子、分子離子的空間占有率的計(jì)算3.2有關(guān)晶體類型和堆積方式的判斷3.3有關(guān)點(diǎn)陣形式的判斷和配位數(shù)的計(jì)算

3.4堆積--填隙模型中，有關(guān)四面體、八面體、立方體空隙的計(jì)算和判斷3.5粒子間距離的計(jì)算以及晶胞參數(shù)的計(jì)算3.6原子坐標(biāo)4．與密度有關(guān)的計(jì)算5、化學(xué)式的確定6、氫鍵7、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一．晶胞構(gòu)建題型例題1：今年3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在39K呈超導(dǎo)性可能是人類對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)的新里程碑。在硼化鎂晶體的理想模型中，鎂原子和硼原子是分層排布的，像維夫餅干，一層鎂一層硼地相間，圖5—l是該晶體微觀空間中取出的部分原于沿C軸方向的投影，白球是鎂原子投影，黑球是硼原子投影，圖中的硼原子和鎂原子投影在同一平面上。由圖5—l可確定硼化鎂的化學(xué)式為：畫出硼化鎂的一個(gè)晶胞的透視圖，標(biāo)出該晶胞內(nèi)面、棱、頂角上可能存在的所有硼原子和鎂原子（鎂原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。解答[1]MgB2

[2]例題2題目：SiC具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性及較高的高溫強(qiáng)度等特點(diǎn)，已成為一種重要的工程材料。其晶體具有六方ZnS型結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)為a=308pm，c=505pm，已知C原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為0，0，0和；Si原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為和。（1）

按比例畫出SiC六方晶胞；（2）每個(gè)晶胞中含有SiC

個(gè)。（3）晶體中Si的堆積型式是

。

C填充的空隙類型是

。（4）列式計(jì)算C—Si鍵長(zhǎng)。

解答（1）SiC六方晶胞

解答（2）每個(gè)晶胞中含有2個(gè)SiC。

（3）Si原子作六方最密堆積，C原子填充在Si圍成的四面體空隙中。

（4）由（1）中晶胞圖可以看出，Si-C

鍵長(zhǎng)為：

二．氫鍵題型例題3：氟硅酸H2SiF6具有很好的防治小麥銹病的藥效，但它易按下式分解而失效:H2SiF6(l)SiF4(g)+2HF(g)。后來(lái)人們將四氟化硅氣體通入尿素的甲醇溶液制得了氟硅酸脲晶體，它易溶于水，和含量相同的氟硅酸具有相同的防銹藥效，并有許多優(yōu)越性能而成為氟硅酸的替代產(chǎn)品。晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試表明，氟硅酸脲屬四方晶系，晶胞參數(shù)a=926.3pm,c=1789.8pm,晶體密度1.66g.cm-3;晶體由[(NH2)2CO]2H+和SiF62-兩種離子組成，其中[(NH2)2CO]2H+是由兩個(gè)尿素分子俘獲一個(gè)質(zhì)子形成的脲合質(zhì)子。（1）試分析脲合質(zhì)子[(NH2)2CO]2H+的結(jié)構(gòu)和成鍵情況；（2）計(jì)算說(shuō)明一個(gè)氟硅酸脲晶胞中包含多少個(gè)這樣的脲合質(zhì)子；（3）與氟硅酸相比，氟硅酸脲能有效地保持藥效并減小腐蝕性，請(qǐng)解釋原因。答案（1）或2個(gè)尿素分子俘獲1個(gè)質(zhì)子H+，在尿素分子的2個(gè)氧原子間形成很強(qiáng)的氫鍵O…H…O。（2）根據(jù)密度計(jì)算公式可得：根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，一個(gè)晶胞中包含4個(gè){[(NH2)2CO]2H}2SiF6，即一個(gè)晶胞中有8個(gè)脲合質(zhì)子[(NH2)2CO]2H+。

（3）因?yàn)樵诜杷犭寰w每2個(gè)尿素分子俘獲1個(gè)質(zhì)子H+形成脲合質(zhì)子[(NH2)2CO]2H+，被俘獲的質(zhì)子與2個(gè)尿素分子的O原子間形成很強(qiáng)的氫鍵O…H…O，這就使得氟硅酸脲緩慢地釋放質(zhì)子，而有效地抑制了下述反應(yīng)的進(jìn)行：H2SiF6(l)SiF4(g)+2HF(g)，從而能有效地保持藥效并減小腐蝕性。例題4丙酮在己烷和三氟甲烷中易溶解，其中

中溶解的熱效應(yīng)較大，因?yàn)?/p>

。三氟甲烷三氟甲烷分子結(jié)構(gòu)中－CF3是一個(gè)強(qiáng)吸電子基團(tuán)，故C原子上的H也幾乎成了裸露的質(zhì)子，這樣，三氟甲烷與丙酮形成了氫鍵，從而導(dǎo)致丙酮在三氟甲烷中溶解時(shí)，產(chǎn)生的熱效應(yīng)較大。例題7咖啡因?qū)χ袠猩窠?jīng)有興奮作用，其結(jié)構(gòu)式如下。常溫下，咖啡因在水中的溶解度為2g/100gH2O，加適量水楊酸鈉[C6H4(OH)(COONa)]，由于形成氫鍵而增大咖啡因的溶解度。請(qǐng)?jiān)诟綀D上添加水楊酸鈉與咖啡因形成的氫鍵。專題四、原子坐標(biāo)三．原子坐標(biāo)相關(guān)題型例題5：甲烷水合物（nCH4·46H2O）是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物，在海洋深處蘊(yùn)藏量非常大，是未來(lái)的重要能源之一。它的晶體結(jié)構(gòu)可看作由五角十二面體〔512〕和十四面體〔51262〕共面連接堆積形成。在立方晶胞中，〔512〕的中心處在頂角和體心位置；〔51262〕中心位置坐標(biāo)為（0，1/4，1/2）、（0，3/4，1/2）、（1/2，0，1/4）、（1/2，0，3/4）、（1/4，1/2，0）、（3/4，1/2，0）共計(jì)6個(gè)。它們彼此共用六角形面連成柱體，再和五角十二面體共面連接。右圖所示出甲烷水合物中水骨架的結(jié)構(gòu)。甲烷水合物晶胞結(jié)構(gòu)

（1）CH4分子由于體積較小，可包合在這兩種多面體中，若全部充滿時(shí)，確定晶胞的組成（即n值）

。（2）已知該晶胞參數(shù)a＝1180pm，計(jì)算1m3甲烷水合物晶體中可釋放CH4的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。（3）有的文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)開采1m3的甲烷水合物晶體可得到164m3的甲烷氣體，請(qǐng)根據(jù)③的結(jié)果給出合理的解釋。解答（1）8CH4·46H2O或n＝8（2）按晶體的理想組成和晶胞參數(shù)，可算得晶胞體積V和晶胞中包含CH4的物質(zhì)的量n（CH4）：

V（晶胞）＝a3＝(1180pm)3＝1.