2013结晶化学要点.ppt

答 案 1．? 解： （1）?－C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化；1个C原子与4个处于四面体顶点的N原子形成共价键，1个N原子与3个C原子在一个近似的平面上以共价键连接。 （2） 一个结构基元包括6个C和8个N原子。 （3）从图2可以看出，一个?－C3N4晶胞包括6个C原子和8个N原子，其晶体密度为： 计算结果表明，?－C3N4的密度比金刚石还要大，说明?－C3N4的原子堆积比金刚石还要紧密，这是它比金刚石硬度大的原因之一。 （4）?－C3N4比金刚石硬度大，主要是因为：（1）在?－C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化，C原子和N原子间形成很强的共价键；（2）C原子和N原子间通过共价键形成网状结构；（3）密度计算结果显示，?－C3N4晶体中原子采取最紧密的堆积方式，说明原子间的共价键长很短而有很强的键合力。 例题2 题目：今年3月发现硼化镁在39K呈超导性， 可能是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图5—l是该晶体微观空间中取出的部分原于沿C轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。 硼化镁的晶体结构投影图 由图5—l可确定硼化镁的化学式为： 画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。 解 答 [1] MgB2 [2] 例题3 最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行(面心)立方最密堆积(ccp)，它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是1 : 3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。 6－1 画出该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小球，镍原子用大球，镁原子用大球）。 6－2 写出该新型超导材料的化学式。 答案 答案： 6－1（5分） 在（面心）立方最密堆积－填隙模型中，八面体空隙与堆积球的比例为1 : 1, 在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置，它们的比例是1 : 3，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳原子。 例题4 MgH2晶体属四方晶系，金红石（TiO2）型结构，晶胞参数a=450.25pm，c=301.23pm，Z＝2，Mg2＋处于6个H－形成的变形八面体空隙中。原子坐标为Mg（0，0，0；0.5，0.5，0.5），H（0.305，0.305，0；0.805，0.195，0.5；-0.305，-0.305，0；-0.805，-0.195，-0.5）。 (1)列式计算MgH2晶体中氢的密度，并计算是标准状态下氢气密度（8.987?10-5g·cm-3）的多少倍？ (2)已知H原子的范德华半径为120pm， Mg2＋的半径为72pm，试通过计算说明MgH2晶体中H是得电子而以H－形式存在。 (3)试画出以Mg为顶点的MgH2晶体的晶胞结构图。 答 案 （1）MgH2晶体是金红石型结构，Z＝2，所以一个晶胞中含有4个H原子，密度为： MgH2晶体中氢的密度，是标准状态下氢气密度的 1221倍。 （2）根据题目中给出的原子坐标可以判断Mg （0，0，0）和H（0.305，0.305，0）之间成键，可得出成键的Mg-H之间的距离为： 所以氢离子半径： 这个半径大于H原子的半径，所以H是得电子以H－形式存在。 MgH2晶胞结构图 注：（a）黑点为Mg，白球为H。 （b）晶胞中得虚线可以不标出。 6－2 （1分） MgCNi3（化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错）。 例题5 C60的发现开创了国际科学界的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a＝1420pm。在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K＋填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K＋和C60－存在，且C60－可近似看作与C60半径相同的球体。已知C的范德华半径为170pm，K＋的离子半径133pm。 （1）掺杂后晶体的化学式为 ；晶胞类型为