高中《化學(xué)》選擇性必修二第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)重點(diǎn)知識歸納總結(jié)

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)本章主要討論物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。晶體結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的物理性質(zhì)，比如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度和導(dǎo)電性。我們會重點(diǎn)學(xué)習(xí)晶體的基本概念，常見晶體類型和晶體結(jié)構(gòu)的描述方法。JS作者：晶體的概念定義晶體是由原子、離子或分子在空間周期性重復(fù)排列而形成的固體物質(zhì)。特征晶體具有規(guī)則的幾何外形、各向異性等特征，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有周期性、對稱性。例子常見的晶體有食鹽、水晶、金剛石等，它們具有規(guī)則的晶體形狀。晶體的基本特征規(guī)則的幾何外形晶體具有規(guī)則的幾何外形，這是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。每個晶體都由相同的晶胞重復(fù)排列而成。各向異性晶體在不同方向上具有不同的物理性質(zhì)，例如硬度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等。這是因?yàn)榫w的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在不同方向上并不相同。晶體的分類晶體類型晶體可以根據(jù)其化學(xué)鍵、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行分類。最常見的類型包括離子晶體、共價晶體、分子晶體和金屬晶體。離子晶體離子晶體是由陰陽離子通過靜電作用形成的，通常具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，且在固態(tài)時不導(dǎo)電，但在熔融狀態(tài)下導(dǎo)電。共價晶體共價晶體是由原子通過共價鍵形成的，通常具有很高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，且在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電。分子晶體分子晶體是由分子間作用力形成的，通常具有較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，且在固態(tài)和熔融狀態(tài)下都不導(dǎo)電。晶體的結(jié)構(gòu)晶格晶體內(nèi)部的原子、離子或分子在空間中以規(guī)則的排列方式構(gòu)成周期性的三維結(jié)構(gòu)，稱為晶格。晶胞晶格中能夠完整反映晶體結(jié)構(gòu)特征的最小重復(fù)單元，稱為晶胞。晶格類型常見晶格類型包括簡單立方、體心立方、面心立方、六方密堆積等。晶體結(jié)構(gòu)模型通過晶體結(jié)構(gòu)模型可以直觀地了解晶體的結(jié)構(gòu)特征，例如配位數(shù)、鍵長等。晶體的對稱性11.平移對稱性晶體在空間中沿一定方向平移后能與自身重合。22.旋轉(zhuǎn)對稱性晶體繞一定軸旋轉(zhuǎn)一定角度后能與自身重合。33.反射對稱性晶體通過一個平面反射后能與自身重合。44.反伸對稱性晶體通過一個點(diǎn)反演后能與自身重合。晶體的單位胞1定義晶體的單位胞是晶格中最小的重復(fù)單元，它包含了晶體的所有結(jié)構(gòu)信息。2特征單位胞具有周期性，可以通過平移操作得到整個晶體結(jié)構(gòu)。3類型常見的單位胞類型包括簡單立方、體心立方、面心立方等。4作用通過研究單位胞，可以了解晶體的結(jié)構(gòu)，預(yù)測晶體的性質(zhì)。晶體的空間群定義空間群描述了晶體內(nèi)部原子排列的周期性和對稱性。它由點(diǎn)群和晶格類型組成，代表了晶體所有對稱操作的集合。作用空間群可用于確定晶體的結(jié)構(gòu)，預(yù)測其物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)等。分類共有230種空間群，每種空間群對應(yīng)一種獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)?？臻g群的確定需要利用X射線衍射等方法。應(yīng)用空間群的概念在材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如設(shè)計(jì)新型材料、預(yù)測晶體的性質(zhì)等。晶體的晶面晶面晶體內(nèi)部原子排列的周期性，會在晶體表面形成一系列規(guī)則的平面，這些平面被稱為晶面。晶面指數(shù)用三個整數(shù)來表示晶面在晶格坐標(biāo)系中的截距，稱為晶面指數(shù)，可以用來描述晶面的方向。晶面間距相鄰兩個晶面之間的距離，稱為晶面間距，可以用來描述晶面的密度。晶面族一組平行且具有相同晶面間距的晶面，稱為晶面族。晶體的晶格參數(shù)晶格參數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中單位胞的邊長和夾角。它們是描述晶體結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，可以用來確定晶體的形狀、尺寸、密度等性質(zhì)。晶格參數(shù)的單位通常是埃（?），1埃等于10-10米。晶格參數(shù)可以通過X射線衍射實(shí)驗(yàn)來測定。晶體的配位數(shù)晶體的配位數(shù)是指一個晶格點(diǎn)上的原子或離子與它最近鄰的原子或離子的數(shù)目。配位數(shù)取決于晶體結(jié)構(gòu)，不同晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)不同。例如，簡單立方晶體的配位數(shù)為6，面心立方晶體的配位數(shù)為12，體心立方晶體的配位數(shù)為8。配位數(shù)的大小影響著晶體的性質(zhì)，例如硬度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等。晶體結(jié)構(gòu)配位數(shù)簡單立方6面心立方12體心立方8離子晶體的結(jié)構(gòu)離子晶體是由陰陽離子通過靜電作用形成的，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是陰陽離子交替排列，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。離子晶體中離子間的距離決定了晶體的熔點(diǎn)、硬度等性質(zhì)。離子半徑越小，離子間吸引力越強(qiáng)，熔點(diǎn)越高，硬度也越大。常見的離子晶體結(jié)構(gòu)有氯化鈉型、螢石型、閃鋅礦型等。不同結(jié)構(gòu)的離子晶體具有不同的空間配位數(shù)，即一個離子周圍與之直接相鄰的離子數(shù)目。離子晶體的性質(zhì)高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)離子晶體中離子間存在強(qiáng)烈的靜電吸引力，因此熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很高。硬度較高離子晶體結(jié)構(gòu)緊密，離子間作用力強(qiáng)，因此硬度較高。脆性離子晶體受外力作用時，離子排列發(fā)生錯位，導(dǎo)致靜電作用力減弱，容易發(fā)生斷裂。溶解性離子晶體在水中能夠溶解，原因是水分子與離子間存在靜電作用力。共價晶體的結(jié)構(gòu)共價晶體中原子之間以共價鍵連接，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。共價鍵是一種強(qiáng)烈的化學(xué)鍵，因此共價晶體具有很高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，硬度也很高。例如金剛石，硅，鍺等。共價晶體的結(jié)構(gòu)取決于原子之間的鍵長和鍵角，以及原子周圍的配位數(shù)。共價晶體的結(jié)構(gòu)可以是簡單的，也可以是復(fù)雜的。例如，金剛石的結(jié)構(gòu)非常簡單，而石墨的結(jié)構(gòu)則比較復(fù)雜。共價晶體的性質(zhì)高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)共價晶體中原子間以共價鍵結(jié)合，鍵能很高，需要大量的能量才能克服共價鍵，因此共價晶體通常具有很高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。硬度高共價鍵具有方向性和飽和性，原子間排列緊密，不易變形，因此共價晶體通常具有很高的硬度。不導(dǎo)電共價晶體中電子被固定在共價鍵中，無法自由移動，因此在固態(tài)和液態(tài)下均不導(dǎo)電。不溶于水共價晶體通常不溶于水，因?yàn)樗肿与y以破壞共價鍵。分子晶體的結(jié)構(gòu)分子晶體是由分子間作用力結(jié)合而成的晶體。分子間作用力較弱，因此分子晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較低，硬度較小。常見的分子晶體有干冰（CO2）、固態(tài)水（H2O）、碘（I2）、萘（C10H8）等。分子晶體中，每個分子都是一個獨(dú)立的單元，分子之間以范德華力或氫鍵等弱相互作用力結(jié)合在一起。分子晶體的結(jié)構(gòu)取決于分子的大小、形狀和極性等因素。例如，水分子呈V字形，而且具有較強(qiáng)的氫鍵作用力，因此水分子晶體中，水分子之間通過氫鍵形成一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分子晶體的性質(zhì)低熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分子間作用力較弱，所以分子晶體一般具有較低的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。易揮發(fā)由于分子間作用力弱，分子晶體容易揮發(fā)，甚至直接升華。硬度較低分子間作用力弱，導(dǎo)致分子晶體難以抵抗外力，所以硬度較低。不導(dǎo)電分子晶體沒有自由移動的離子或電子，所以不導(dǎo)電。金屬晶體的結(jié)構(gòu)金屬晶體中，金屬原子通過金屬鍵結(jié)合在一起。金屬鍵是一種特殊的化學(xué)鍵，它是由金屬原子最外層電子脫離原子核的束縛，形成自由電子，這些自由電子在金屬離子之間運(yùn)動，使金屬離子與自由電子之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電作用，從而形成金屬鍵。金屬晶體的結(jié)構(gòu)主要有三種類型：體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。金屬晶體的性質(zhì)高導(dǎo)電性金屬原子中的自由電子可以自由移動，從而導(dǎo)致良好的導(dǎo)電性。金屬具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，這是因?yàn)榻饘僦械淖杂呻娮涌梢宰杂梢苿?。延展性金屬原子之間的結(jié)合力具有方向性，可以沿著不同的方向移動，從而導(dǎo)致延展性。良好的延展性和韌性金屬晶體具有良好的延展性和韌性，這意味著它們可以被塑造成不同的形狀而不會斷裂。金屬光澤金屬晶體對可見光具有良好的反射能力，因此呈現(xiàn)出金屬光澤。晶體的缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是晶格中原子或離子位置的偏差，例如空位和間隙原子。線缺陷線缺陷是晶格中原子排列的一維不規(guī)則性，例如位錯，可以影響晶體的強(qiáng)度和塑性。面缺陷面缺陷是晶格中原子排列的二維不規(guī)則性，例如晶界，影響材料的導(dǎo)電性和強(qiáng)度。體缺陷體缺陷是晶格中原子排列的三維不規(guī)則性，例如空洞和裂縫，影響材料的強(qiáng)度和性能。晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)晶體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)是重要的物理性質(zhì)，它們反映了晶體中粒子間相互作用力的強(qiáng)弱。熔點(diǎn)是指晶體從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時的溫度，沸點(diǎn)是指晶體從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)時的溫度。一般來說，晶體中粒子間相互作用力越強(qiáng)，熔點(diǎn)和沸點(diǎn)越高。晶體的硬度晶體的硬度是指抵抗外力刻劃或壓入的能力，它是晶體的重要物理性質(zhì)之一。晶體的硬度取決于晶體內(nèi)部的化學(xué)鍵類型和原子排列方式，例如，金剛石的硬度最高，因?yàn)樗怯晒矁r鍵構(gòu)成的，且原子排列緊密。晶體的硬度可以用莫氏硬度計(jì)來測量，莫氏硬度計(jì)包含十種礦物，它們按照硬度從低到高排列。晶體的密度晶體的密度是指單位體積晶體的質(zhì)量。密度是晶體的重要物理性質(zhì)，可以反映晶體的結(jié)構(gòu)和組成。影響因素描述晶體的類型不同類型的晶體，其密度差異很大。晶格結(jié)構(gòu)不同的晶格結(jié)構(gòu)，其密度也不同。原子或離子半徑原子或離子半徑越大，密度越小。原子或離子的質(zhì)量原子或離子的質(zhì)量越大，密度越大。晶體的導(dǎo)電性導(dǎo)電性晶體導(dǎo)電性取決于晶體中電荷載流子的性質(zhì)和移動能力。金屬晶體中的自由電子能夠自由移動，所以金屬晶體具有良好的導(dǎo)電性。離子晶體只有在熔融狀態(tài)或溶液狀態(tài)下，離子才能自由移動，才會導(dǎo)電。共價晶體中，電子被束縛在共價鍵中，所以通常不導(dǎo)電，例如金剛石。導(dǎo)電性類型導(dǎo)電性可分為金屬導(dǎo)電、半導(dǎo)體導(dǎo)電和絕緣體導(dǎo)電。金屬導(dǎo)電性來源于自由電子的移動，半導(dǎo)體導(dǎo)電性來源于價電子躍遷到導(dǎo)帶，絕緣體導(dǎo)電性則微乎其微。晶體導(dǎo)電性與晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵和電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。晶體的熱穩(wěn)定性11.結(jié)構(gòu)類型晶體的熱穩(wěn)定性與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。共價鍵、金屬鍵比離子鍵和范德華力強(qiáng)，因此共價晶體和金屬晶體的熱穩(wěn)定性更高。22.鍵能鍵能越大，晶體越穩(wěn)定，不易分解。例如，金剛石的C-C鍵能高，因此熔點(diǎn)很高。33.外界因素溫度、壓力等外界因素也會影響晶體的熱穩(wěn)定性。溫度升高，晶體更容易分解；壓力增大，晶體更穩(wěn)定。44.其他因素晶體的熱穩(wěn)定性還受其他因素影響，例如雜質(zhì)、缺陷等。晶體的光學(xué)性質(zhì)11.折射率晶體具有不同的折射率，取決于晶體的結(jié)構(gòu)和組成。折射率是光線在真空中傳播速度與光線在晶體中傳播速度的比值。22.雙折射現(xiàn)象某些晶體，如方解石，可以將一束光線分成兩束偏振光，這種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。這取決于晶體的各向異性。33.光學(xué)活性某些晶體，如石英，可以旋轉(zhuǎn)偏振光的偏振面。這種現(xiàn)象稱為光學(xué)活性，也取決于晶體的各向異性。44.光致發(fā)光一些晶體在吸收光能后會發(fā)出光，這種現(xiàn)象稱為光致發(fā)光。光致發(fā)光的顏色取決于晶體的結(jié)構(gòu)和組成。晶體的化學(xué)性質(zhì)溶解性晶體在不同溶劑中的溶解性差異很大，受晶格能和溶劑化能的影響?；瘜W(xué)穩(wěn)定性晶體的化學(xué)穩(wěn)定性取決于其組成元素和晶體結(jié)構(gòu)。一些晶體對酸、堿或氧化劑穩(wěn)定，而另一些則不穩(wěn)定。反應(yīng)活性晶體參與化學(xué)反應(yīng)的活性取決于其化學(xué)鍵類型、晶體結(jié)構(gòu)和表面積。晶體的應(yīng)用電子工業(yè)晶體硅是現(xiàn)代電子工業(yè)的重要材料。晶體硅用于制造集成電路、太陽能電池等多種電子元件。光學(xué)工業(yè)晶體具有獨(dú)特的折射率和光學(xué)性質(zhì)，廣泛用于制造光學(xué)器件，如透鏡、棱鏡、激光器等。機(jī)械工業(yè)金剛石是一種非常堅(jiān)硬的晶體，用于制造刀具、鉆頭、研磨工具等，提高生產(chǎn)效率。醫(yī)療領(lǐng)域晶體材料可用于制造醫(yī)療器械，如人工晶狀體、骨骼移植材料等，提高醫(yī)療水平。晶體的制備1.原料的選擇根據(jù)所需晶體的種類和性質(zhì)選擇合適的原料。例如，制備硅晶體需要高純度的硅單質(zhì)。2.溶液的制備將原料溶解在合適的溶劑中，制備出飽和或過飽和的溶液，為晶體的生長提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。3.結(jié)晶條件的控制控制溶液的溫度、濃度、溶劑種類、冷卻速度等因素，以調(diào)節(jié)晶體的生長速度和形態(tài)。4.晶體的生長在適宜的條件下，晶體從溶液中析出，逐漸長大，最終形成完整的晶體。5.晶體的分離和提純將生長好的晶體從溶液中分離出來，并進(jìn)行洗滌、干燥等處理，去除雜質(zhì)，得到純凈的晶體。晶體的表征1X