3晶体结构与性质知识点程序.doc

第三章 晶体结构与性质 第一节 晶体的常识 一、晶体与非晶体 1、晶体与非晶体 ① 晶体：是内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。 ② 非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。 2、晶体的特征 （1）晶体的基本性质 晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。 ① 自范性： a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。 b．“自发”过程的实现，需要一定的条件。晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。 ② 均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。 ③ 各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。 ④ 对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的对称性。这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。 ⑤ 最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比较，其内能最小。 ⑥ 稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。 ⑦ 有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。 ⑧ 能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。X射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。非晶体物质没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。 （2）晶体SiO2与非晶体SiO2的区别 ① 晶体SiO2有规则的几何外形，而非晶体SiO2无规则的几何外形。 ② 晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO2内部质点排列无序。 ③ 晶体SiO2具有固定的熔沸点，而非晶体SiO2无固定的熔沸点。 ④ 晶体SiO2能使X射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。 3、区分晶体与非晶体的方法 （1）考查固体的某些性质 晶体的熔点较固定，而非晶体无固定的熔点。考察固体的熔点，可间接地确定某一固体是否为晶体。晶体的许多物理性质表现出各向异性，而非晶体则表现出各向同性。 （2）对固体进行X—射线衍射实验。这是区分晶体与非晶体最可靠的科学方法。 二、晶胞 1、定义：晶体结构的基本单元叫晶胞。 2、晶胞与晶体的关系 一般来说，晶胞都是平行六面体。晶体是由数量巨大的完全等同的晶胞“无隙并置”而成的。“完全等同”是指化学上等同和几何上等同，化学上等同就是指晶胞里原子数目和种类完全等同；几何上等同是指不仅晶体中所有的晶胞的形状、取向和大小等同，而且晶胞里的原子排列和空间取向完全等同。“无隙并置”是指一个晶胞与它相邻的晶胞完全共顶角、共面、共棱的，取向一致，无间隙，从一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动，进行或不进行平移操作，整个集体的微观结构无区别。 3、均摊法：是指每个图形平均拥有的粒子数目。如某个粒子为n个图形（晶胞）所共有，则该粒子有1/n属于一个图形（晶胞）。 ①长方形（正方体）晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。体内：1；面中：1/2；棱上：1/4顶点：1/8； ②非长方体晶胞中粒子对晶胞的贡献视情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点（1个C原子）对六边形的贡献为1/3。 三、物质熔沸点高低比较规律 1、不同晶体类型的物质的熔沸点高低顺序一般是：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。同一晶体类型的物质，则晶体内部结构粒子间的作用越强，熔沸点越高。 2、原子晶体要比较共价键的强弱，一般地说，原子半径越小，形成的共价键的键长越短，键能越大，其晶体熔沸点越高。如熔点：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。 3、离子晶体要比较离子键的强弱。一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用就越强，其离子晶体的熔沸点就越高，如熔点：MgO＞MgCl2＞NaCl＞CsCl。 4、分子晶体：组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，熔沸点越高，如：熔沸点：O2＞N2，HI＞HBr＞HCl。组成和结构不相似的物质，分子极性越大，其熔沸点就越高，如熔沸点CO＞N2。在同分异构体中，一般地说，支链数越多，熔沸点越低，如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷；同分异构体的芳香烃及其衍生物，其熔沸点高低顺序是邻＞间＞对位化合物。 5、金属晶体中金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔沸点就越高。 6、元素周期表中第ⅦA族卤素的单质(分子晶体)的熔沸点随原子序数递增而升高；第ⅠA族碱金属元素的单质(金属晶体)的熔沸点随原子序数的递增而降低。 四、晶胞的计算公式： 式中ρ—晶体密度，V—晶体所占体积，N—一个晶胞所含微粒个数，M—粒子的摩