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1、物质结构与性质,第三章 晶体结构与性质,第一节 晶体的常识,水晶石,雪花晶体,食糖晶体,明矾晶体,单质硫,食盐晶体,观察思考,请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体：,思考,什么是晶体？什么是非晶体？ 晶体有什么特点和性质？ 晶体和非晶体的本质区别是什么？,由原子、分子或离子等微粒在空间按一定规律、周期性重复排列所构成的固体物质。,1、晶体的定义,非晶态结构示意图,晶态结构示意图,注意：（1）一种物质是否是晶体是由其内部结 构决定的，而非由外观判断； （2）周期性是晶体结构最基本的特征。,一、晶体与非晶体,一、晶体与非晶体,一般来说 晶体：天然形成的具有规则几何外形的固体 非晶体：没有规则几何外
2、形的固体 分类,3、晶体与非晶体的本质差异,说明： 晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。 晶体自范性的条件之一：生长速率适当。,天然水晶球里的玛瑙和水晶,学与问,左图为玻璃的结构示意图，玻璃是不是晶体？,4、晶体形成的途径,熔融态物质凝固。 气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）。 溶质从溶液中析出。,经不同途径得到的晶体,5、晶体的特性,有规则的几何外形 有固定的熔沸点 各向异性（强度、导热性、光学性质等） 能使X-射线产生衍射,5、晶体的特性,1、晶体的自范性,在适当的条件下, 晶体能自发的长出由晶面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体, 这种性质就称为晶
3、体的自范性.,2、晶体的固定熔点性,晶体具有固定的熔点, 反映在步冷曲线上出现平台, 而非晶体没有固定的熔点, 反映在步冷曲线上不会出现平台.,5、晶体的特性,3、晶体的均匀性与各向异性,晶体的一些与方向无关的量（如密度、化学组成等）在各个方向上是相同的. 而另外一些与方向有关的量（如电导、热导等）在各个方向上并不相同.例如：石墨的导电性能，教材61页例子。,5、晶体的特性,p62 科 学 视 野,4、能使X-射线产生衍射,5、晶体的特性,6、晶体和非晶体的判断方法,1、测定固体有无固定的熔沸点 2、观察固体物理性质是否表现各向异性 3、对固体进行X-射线衍射实验是区分晶体和非晶体的最可靠方法
4、。,晶胞知识要点,晶胞一般是一个平行六面体，其三边长度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。,整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置 堆砌而成的。,划分晶胞要遵循2个原则：一是尽可能反映 晶体内结构的对称性；二是尽可能小。,立方 Cubic a=b=c, =90,四方 Tetragonal a=bc, =90,正交 Rhombic abc, =90,三方 Rhombohedral a=b=c, =90 a=bc, =90 =120,六方 Hexagonal a=bc, =90, =120,单斜 Monoclinic abc =90, 90,三斜 Triclinic abc =90,并置堆砌,整
5、个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。,平行六面体,无隙并置,二、晶胞,定义：晶体中重复出现的最基本的结构单元,体心立方,简单立方,面心立方,三种典型立方晶体结构,晶胞中原子个数的计算,体心：1,面心：1/2,顶点：1/8,棱边：1/4,小结：晶胞对质点的占有率,石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题： 图中平均每个正六边形占有C原子数为_个、占有的碳碳键数为_个。 碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_。,练习一：,2：3,2,3,学与问（P66）,下图分别平均含几个原子？,2,2,8,8,二氧化碳及其晶胞,下图分别平均含几个原子？,34=12,【例1】水
6、的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165k时形成的，玻璃态的水无固态形状，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是 ( ) A.水由液态变为玻璃态，体积缩小 B.水由液态变为玻璃态，体积膨胀 C. 玻璃态是水的一种特殊状态 D. 玻璃态水是分子晶体,C,【例2】最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是 。,解析：由于本题团簇分子指的是一个分子的具体结构，并不是晶体中的最小的一个重复单位，不能采用均摊法分析，所以只需数出该结构内两种原子的数目就可以了。
7、答案为：Ti14C13,1、钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的结构示意图为下图，它的化学式是 （ ） A.BaTi8O12 B.BaTi4O6 C.BaTi2O4 D.BaTiO3,D,【巩固练习】,2.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面心上的B原子未能画出)，晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为 ( ) A. 1:3:1 B. 2:3:1 C. 2:2:1 D. 1:3:3,A,3某离子化合物的晶胞如右图所示立体结构，晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。阳离子位于此晶胞的中心，阴离子位于8个顶点，该离子化合物中
8、，阴、阳离子个数比是 （ ） A、18 B、14 C、12 D、11,D,4.如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最小的正六边形占有碳原子数目为（ ） A、2 B、3 C、4 D、6,A,5. 许多物质在通常条件下是以晶体的形式存在，而一种晶体又可视作若干相同的基本结构单元构成，这些基本结构单元在结构化学中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、氧三种元素组成的晶体，其晶胞结构如图所示，则该物质的化学式为 （ ） ACa4TiO3 BCa4TiO6 CCaTiO3 DCa8TiO120,C,7. 现有甲、乙、丙(如下图三种晶体的晶胞：(甲中x处于晶胞的中心，乙中a处于晶胞的中心)，可推知：甲晶体中
9、x与y的个数比是_，乙中a与b的个数比是_，丙晶胞中有_个c离子，有_个d离子。,4 : 3,1 : 1,4,4,8.右图是超导化合物钙钛矿晶体的晶胞结构。请回答： (1)该化合物的化学式为 。,CaTiO3,9右图是石英晶体平面示意图，它实际上是立体的网状结构， 其中硅、氧原子数之比为 。 原硅酸根离子SiO44的结构可表示为_ 二聚硅酸根离子Si2O76中，只有硅氧键，它的结构可表示为 。,1:2,拓展提高 1996年诺贝化学奖授予对发现C70有重大贡献的三位科学家。C70分子是形如球状的多面体(如图)，该结构的建立基于以下考虑： C70分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键； C70分子只含有五边形和六边形； 多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定理： 顶点数面数棱边数2,求该分子中五边形和六边形的个数？,解析:设C70分子中五边形数为x,六边形数为y.依题意可得方程组:,顶点数面数棱边数2,解得: 五边形数 x = 12 六边形数 y = 25,