第一節(jié)：晶體的常識

第一節(jié)晶體的常識第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.定義：

晶體——具有規(guī)則幾何外形的固體

非晶體——沒有規(guī)則幾何外形的固體一、晶體與非晶體雪花

水晶石祖母綠貓眼石紫水晶黃水晶

黃水晶

金屬晶體

晶體離子晶體

原子晶體

分子晶體

2.分類

根據(jù)組成晶體的微粒的種類及微粒之間的作用不同而分成四種類型。3、晶體與非晶體的本質(zhì)差異說明：晶體自范性的本質(zhì)：是晶體中粒子微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。晶體自范性的條件之一：生長速率適當(dāng)。自范性微觀結(jié)構(gòu)晶體有（能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子在三維空間里呈周期性有序排列非晶體沒有（不能自發(fā)呈現(xiàn)多面體外形）原子排列相對無序4.晶體的特性

（2）均一性：指晶體的化學(xué)組成、密度等性質(zhì)在晶體中各部分都是相同的。（1）自范性：在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)規(guī)則的多面體外形。

（3）各向異性：同一晶體中，晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。

（4）對稱性：晶體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特殊的對稱性。

（5）穩(wěn)定性：晶體有最小內(nèi)能，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定5、晶體形成的途徑①熔融態(tài)物質(zhì)凝固.②氣態(tài)物質(zhì)冷卻不經(jīng)液態(tài)直接凝固(凝華).③溶質(zhì)從溶液中析出.6.鑒別晶體和非晶體

（1）性質(zhì)差異——如外形、硬度、熔點(diǎn)、折光率注意：晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)（2）對固體進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)（是區(qū)分晶體和非晶體最科學(xué)的方法）。非晶態(tài)二氧化硅和晶態(tài)二氧化硅X-衍射粉末圖譜的對比

1、下列關(guān)于晶體與非晶體的說法正確的是

A、晶體一定比非晶體的熔點(diǎn)高

B、晶體有自范性但排列無序

C、非晶體無自范性而且排列無序

D、固體SiO2一定是晶體2、區(qū)別晶體與非晶體最可靠的科學(xué)方法是

A、熔沸點(diǎn)B、硬度

C、顏色D、x-射線衍射實(shí)驗(yàn)CD[課堂練習(xí)]六.晶胞7、晶胞：

從晶體中“截取”出來具有代表性的最小部分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。晶胞與晶體磚塊與墻蜂室與蜂巢金剛石的多面體外形、晶體結(jié)構(gòu)和晶胞示意圖NaCl晶體結(jié)構(gòu)和晶胞思考與交流:上述銅晶體、金剛石、NaCl晶體的晶胞空間構(gòu)形是怎樣的？

平行六面體無隙并置結(jié)論：晶胞一般是平行六面體，整塊晶體可看作數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成（晶胞間無間隙，平行排列）二、晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型

組成晶體的原子、離子或分子在沒有其他因素（如共價鍵的方向性）影響時，在空間的排列大都服從緊密堆積原理。這是因?yàn)榉謩e借助于沒有方向性的金屬鍵、離子鍵和分子間相互作用形成的金屬晶體、離子晶體和分子晶體的結(jié)構(gòu)中，都趨向于使原子或分子吸引盡可能多的原子或分子分布于周圍，并以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變的比較穩(wěn)定。堆積原理：緊密堆積：微粒之間的作用力，使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間。1、等徑圓球的密堆積由于金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子中的電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。等徑圓球的密堆積方式有：A1型最密堆積、A2型密堆積、A3型最密堆積。

二維平面堆積方式I型II型行列對齊四球一空非最緊密排列行列相錯三球一空最緊密排列密置層非密置層在一列上的密堆積排列：在一個平面上的密堆積排列：配位數(shù)為4配位數(shù)為6一個原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數(shù)目稱為配位數(shù)

三維空間堆積方式Ⅰ.簡單立方堆積1、簡單立方堆積釙PO型形成簡單立方晶胞，空間利用率較低52％，金屬釙（Po）采取這種堆積方式。我們常用空間利用率來表示緊密堆積的程度空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在整個晶體空間中所占有的體積百分比。用它來表示緊密堆積的程度球體積空間利用率=100%晶胞體積這是非密置層另一種堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中,得到的是體心立方堆積。Na、K、Cr、W等屬于體心立方堆積。Ⅱ.體心立方堆積體心立方堆積A2鉀型配位數(shù)：8空間占有率：68.02%123456

第二層：對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5位。(或?qū)?zhǔn)2，4，6位，其情形是一樣的)123456AB，

關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。思考：密置層的堆積方式有哪些？

上圖是此種六方堆積的前視圖ABABA

第一種：將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球123456

于是每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式，形成六方堆積。

配位數(shù)12(同層6，上下層各3

)Ⅲ.六方堆積鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積

六方密堆積六方最密堆積A3：金屬晶體的原子空間堆積模型3六方堆積方式的金屬晶體：Mg、Zn、Ti

第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC

第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個周期。這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。

配位數(shù)12

(同層6，上下層各3

)Ⅳ.面心立方堆積金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積

面心立方A1（銅型）金屬晶體的原子空間堆積模型BCA

ABCABC形式的堆積，為什么是面心立方堆積？我們來加以說明。面心立方最密堆積分解圖鎂型，六方堆積銅型，面心立方堆積簡單立方鉀型（體心立方堆積）鎂型（六方密堆積）銅型（面心立方密堆積）①簡單立方堆積配位數(shù)=6空間利用率=52.36%②體心立方堆積A2——體心立方晶胞配位數(shù)=8空間利用率=68.02%③六方堆積A3——六方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%④面心立方堆積A1——面心立方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%堆積方式及性質(zhì)小結(jié)離子晶體的密堆積結(jié)構(gòu)---非等徑圓球的密堆積

由于陰陽離子的半徑不相同，故離子晶體可以視為不等徑圓球的密堆積，即：將不同半徑的圓球的堆積看成是大球先按一定方式做等徑圓球的密堆積，小球再填充在大球所形成的空隙中。如NaCl配位數(shù)為6，即每個Na+離子周圍直接連有6個CI-，反之亦然。2、非等徑圓球的密堆積由于范德華力沒有方向性和飽和性，因此分子間盡可能采取緊密排列方式，但分子的排列方式與分子的形狀有關(guān)。如：作為直線型分子的二氧化碳在空間是以A1型密堆積方式形成晶體的。5、原子晶體堆積方式－不服從緊密堆積方式3、分子晶體的堆積方式－緊密堆積方式

原因：共價鍵具有飽和性和方向性，因此就決定了一個原子周圍的其他原子的數(shù)目不僅是有限的，而且堆積方向是一定的，所以不是密堆積。確定晶體組成的方法——均攤法均攤法：指每個圖形平均擁有的粒子數(shù)目。三:晶胞中原子個數(shù)的計(jì)算1、方法：頂點(diǎn)：棱邊：面心：體心：立方晶胞體心：1面心：1/2棱邊：1/4頂點(diǎn)：1/8小結(jié):晶胞對質(zhì)點(diǎn)的占有率AB練習(xí)1：根據(jù)離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，判斷下列離子晶體的化學(xué)式：（A表示陽離子）化學(xué)式：AB練習(xí)2：根據(jù)離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，判斷下列離子晶體的化學(xué)式：（A表示陽離子）AB化學(xué)式：A2BAB化學(xué)式：練習(xí)3：根據(jù)離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，判斷下列離子晶體的化學(xué)式：（A表示陽離子）ABB化學(xué)式：A練習(xí)4：根據(jù)離子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，判斷下列離子晶體的化學(xué)式：（A表示陽離子）CABC32.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。

微粒數(shù)為：12×1/6+2×1/2+3=6

在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共有，在面心的為2個晶胞共有。

微粒數(shù)為：8×1/8+6×1/2=4

在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。

微粒數(shù)為：8×1/8+1=2長方體晶胞中不同位置的粒子對晶胞的貢獻(xiàn)：頂點(diǎn)----1/8棱----1/4面心----1/2體心----1(1)體心立方：(2)面心立方：(3)六方晶胞：例1：簡單立方晶胞空間利用率計(jì)算a=2rV晶胞=a3V球=4πr3/3空間利用率=4πr3/3a3×100%≈52%邊長為a空間利用率計(jì)算例2：計(jì)算體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率

解：體心立方晶胞：中心有1個原子，8個頂點(diǎn)各1個原子，每個原子被8個晶胞共享。每個晶胞含有幾個原子:1+8×1/8=2

設(shè)原子半徑為r、晶胞邊長為a，根據(jù)勾股定理，得：2a2+a2=(4r)2空間利用率

=晶胞含有原子的體積/晶胞體積

100%

=晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示，則頂點(diǎn)上原子被______個晶胞共有,側(cè)棱上的原子被_______個晶胞所共有，頂面棱上的原子被_______個晶胞所共有思考:如果晶胞結(jié)構(gòu)為六棱柱,結(jié)果如何?12641.右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)，則晶胞中的原子數(shù)是

.如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，則晶胞中的原子數(shù)是

.練習(xí)鈉晶體的晶胞8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+3=62.最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示．頂角和面心的原子是M原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學(xué)式為()A．B．MNC．D．條件不夠，無法寫出化學(xué)式C練