第二节分子晶体与原子晶体

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1、第二节分子晶体与原子晶体教学目标：1．了解分子晶体与原子晶体的组成粒子及粒子间的作用力。2．了解分子晶体的结构特征及性质的一般特点。3．理解范德华力与氢键两种常见分子间作用力对分子晶体性质的影响，能描述干冰及冰的结构特点及差异。4．了解金刚石等原子晶体的结构特征，能描述金刚石、二氧化硅等原子晶体的结构与性质的关系。5．了解晶体类型与性质的关系，能区分原子晶体与分子晶体。教学重点：1.分子晶体与原子晶体的概念。2.晶体类型与性质之间的关系。3.氢键对物理性质的影响。教学难点：1.分子晶体、原子晶体的结构特点。2.氢键对冰晶体结构和性质的影

2、响。教学过程：【复习提问】1.什么叫晶体？晶体与非晶体的本质差别有哪些？2.什么叫晶胞？晶胞是什么结构，晶胞怎样组成晶体？一．分子晶体1.概念：只含分子的晶体称为分子晶体。也就是说：分子间以分子间作用力相结合的晶体叫做分子晶体。如I2、H2O、NH3、H3PO4等在固态时都是分子晶体。2.组成微粒和相互作用：⑴组成微粒：分子⑵粒子间作用力：①分子内原子间以共价键相结合。（稀有气体例外）②分子间的相互作用是分子间作用力（范德华力和氢键）。3.常见的分子晶体：(1)所有非金属氢化物，如：H2O、H2S、NH3、CH4等。(2)部分非金属单质

3、，如：白磷(P4)、卤素(X2)、O2、S8、C60等。(3)部分非金属氧化物，如：CO2、SO2、SO3、P4O10等。(4)几乎所有的酸，如：HNO3、H2SO4等。(5)绝大多数有机物的晶体，如：乙酸、苯、乙醇、葡萄糖、蔗糖等。4.分子晶体的物理性质及熔沸点变化规律：⑴分子晶体的熔、沸点较低。因为分子晶体是通过分子间作用力结合构成的，分子间作用力较弱。⑵硬度较小。⑶在固态和熔融状态时都不导电。⑷水溶性一般具有“相似相溶”原理：极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。▲分子晶体熔沸点高低比较规律：分子晶体熔化或气化都要克

4、服分子间作用力，分子间作用力越大，物质熔化或气化时需要的热量就越多，物质的熔沸点就越高。因此，比较分子晶体的熔沸点高低，实际上就是比较分子间作用力的大小。①对组成和结构相似、晶体中不含氢键的物质来说，随着相对分子质量的增大，分子间作用力增强，熔沸点升高。如：卤素单质，四卤化碳，稀有气体等。②对组成和结构不相似的物质（相对分子量接近），分子的极性越大，其熔沸点越高。如：CO>N2;CH3OH>CH3CH3③如果分子间存在氢键，则其沸点要高于组成和结构相似的没有氢键的分子晶体，如沸点：H2O>H2S;HF>HCl;NH3>PH3④有机物中，

5、同分异构体支链数越多，熔沸点越低。如：正戊烷>异戊烷>新戊烷若支链数目相同，分子的对称性越好，熔沸点越低。如：邻二甲苯>间二甲苯>对二甲苯5.典型分子晶体的结构：大多数分子晶体结构有如下特征：如果分子间作用力只是范德华力。以一个分子为中心，其周围通常可以有12个紧邻的分子。如图3-10的O2，C60，我们把这一特征叫做分子紧密堆积。如果分子间除范德华力外还有其他作用力（如氢键），如果分子间存在着氢键，分子就不会采取紧密堆积的方式。⑴分子间只存在范德华力的分子晶体大多数分子晶体的分子间只靠范德华力结合。若分子间作用力只是范德华力，由于范德

6、华力不具有方向性，因此分子晶体有分子密堆积特征，即通常每个分子周围有12个紧邻的分子。例如1：干冰晶体干冰晶胞的结构如图所示——立方面心结构每8个CO2分子构成1个立方体且再在六个面的面心上各占1个CO2分子。每个CO2分子周围最近等距的CO2分子有12个（同层4个，上层4个，下层4个）1个晶胞占有微粒CO2：8×+6×=4例如2：足球烯——C60C60是由60个C原子组成的类似于足球的分子，其分子中只含有正五边形和正六边形，且每个碳原子只和与其相邻的三个碳原子成键（如右图）。Cn型分子遵循欧拉定理：设五边形数目为a个，六边形数目为b个

7、，则：5/3a+2b=nn+(a+b)-3/2n=2据欧拉定理，可求出C60分子中有12个五边形和20个六边形。每个五边形平均占有C原子数位5/3个，每个六边形平均占有C原子数为2个。总边数为60×3×1/2=90.由于每个C原子可形成4个共价键，所以3条边中肯定有一个是双键，因此双键数目为90×1/3=30,单键数目为60.⑵分子间存在氢键的分子晶体存在氢键的分子晶体，由于氢键具有方向性，必然要对这些由分子堆积而成的晶体的构型产生影响。如冰晶体：在冰的晶体中，H2O分子间既存在氢键又存在范德华力，但氢键对冰的晶体结构起着决定作用。由于

8、水分子中O原子采取SP3杂化，因此成键电子对与孤电子对之间有特定的伸展方向，所以分子间氢键的形成也有特定的方向和数目。每个水分子只能通过氢键与4个水分子直接相邻排列。每个氧原子周围都有4个氢原子，其中2个氢