晶體結構與性質教案(二)

（四）原子晶體 1、定義：相鄰原子間以共價鍵相結合而形成空間立體網狀結構的晶體。 （1）構成原子晶體的粒子是原子； （2）原子晶體的粒子間以較強的共價鍵相結合； （3）原子晶體熔化破壞的是共價鍵。 2、常見的原子晶體 （1）某些非金屬單質：金剛石（C）、晶體硅（Si）、晶體硼（B）、晶體鍺（Ge）等。 （2）某些非金屬化合物：碳化硅（SiC）晶體、氮化硼（BN）晶體等。 （3）某些氧化物：二氧化硅（SiO２）晶體。 3、原子晶體的物理特性 在原子晶體中，由于原子間以較強的共價鍵相結合，而且形成空間立體網狀結構，所以原子晶體具有： （1）熔點和沸點高； （2）硬度大； （3）一般不導電； （4）且難溶于一些常見的溶劑。 【思考4】為何CO2熔沸點低？而破壞CO2分子卻比SiO2更難？   因為CO2是分子晶體，SiO2是原子晶體，所以熔化時CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學鍵。所以SiO2熔沸點高。破壞CO2分子與SiO2時，都是破壞共價鍵，而C—O鍵能>Si-O鍵能，所以CO2分子更穩(wěn)定。 【思考5】怎樣從原子結構角度理解金剛石、碳化硅和鍺的熔點和硬度依次下降？ 因為結構相似的原子晶體，原子半徑越小，鍵長越短，鍵能越大，晶體熔點越高，所以熔點和硬度有如下關系：金剛石＞碳化硅＞鍺。 4、原子晶體的結構 （1）金剛石晶體 ①金剛石中每個C原子以sp3雜化，分別與4個相鄰的C 原子形成4個σ鍵，故鍵角為109°28′，每個C原子的配位數(shù)為4； ②每個C原子均可與相鄰的4個C構成實心的正四面體，向空間無限延伸得到立體網狀的金剛石晶體，在一個小正四面體中平均含有1+4×1/4 =2個碳原子； ③在金剛石中最小的環(huán)是六元環(huán)，1個環(huán)中平均含有6×1/12=1/2個C原子，含C-C鍵數(shù)為6×1/6=1； ④金剛石的晶胞中含有C原子為8個，內含4個小正四面體，含有C-C鍵數(shù)為16。 （2）二氧化硅晶體 ①二氧化硅中Si原子均以sp3雜化，分別與4個O原子成鍵，每個O原子與2個Si原子成鍵； ②晶體中的最小環(huán)為十二元環(huán)，其中有6個Si原子和6個O原子，含有12個Si-O鍵；每個Si原子被12個十二元環(huán)共有，每個O原子被6個十二元環(huán)共有，每個Si-O鍵被6個十二元環(huán)共有；每個十二元環(huán)所擁有的Si原子數(shù)為6×1/6=1，擁有的O原子數(shù)為6×1/6=1，擁有的Si-O鍵數(shù)為12×1/6=2，則Si原子數(shù)與O原子數(shù)之比為1：2。 【思考6】原子晶體的化學式是否可以代表其分子式？ 不能。因為原子晶體是一個三維的網狀結構，無小分子存在。 【思考7】以金剛石為例，說明原子晶體的微觀結構與分子晶體有哪些不同？ （1）組成微粒不同，原子晶體中只存在原子，沒有分子。 （2）相互作用不同，原子晶體中存在的是共價鍵。 5、原子晶體熔、沸點比較規(guī)律 對于原子晶體，一般來說，原子間鍵長越短，鍵能越大，共價鍵越穩(wěn)定，物質的熔沸點越高，硬度越大。 【比較歸納】原子晶體與分子晶體的比較       分子晶體   原子晶體   構成微粒   分子   原子   晶體內相互作用力   分子間作用力（含極性、氫鍵）   共價鍵   硬度、熔沸點   低   高   熔、沸點變化規(guī)律   （1）對于組成結構相似的物質，相對分子質量（2）極性分子非極性分子（3）氫鍵作用   鍵長、鍵能   化學式能否表示分子結構   能   不能   【總結】非金屬單質是原子晶體還是分子晶體的判斷方法 （1）依據(jù)組成晶體的粒子和粒子間的作用判斷：原子晶體的粒子是原子，質點間的作用是共價鍵；分子晶體的粒子是分子，質點間的作用是范德華力。 （2）記憶常見的、典型的原子晶體。 （3）依據(jù)晶體的熔點判斷：原子晶體熔、沸點高，常在1000℃以上；分子晶體熔、沸點低，常在數(shù)百度以下至很低的溫度。 （4）依據(jù)導電性判斷：分子晶體為非導體，但部分分子晶體溶于水后能導電；原子晶體多數(shù)為非導體，但晶體硅、晶體鍺是半導體。 （5）依據(jù)硬度和機械性能判斷：原子晶體硬度大，分子晶體硬度小且較脆。

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