1、第一节 物质的聚集状态与晶体的常识 第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质 1.知道物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间知道物质的聚集状态随构成物质的粒子种类、粒子间 相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。相互作用、粒子聚集程度的不同而有所不同。 2.能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的能从微观角度理解晶体的结构特征，并能结合晶体的 特点判断晶体与非晶体。特点判断晶体与非晶体。 3.能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现能运用多种晶体模型来描述和解释有关晶体性质的现 象，形成分析晶胞结构的思维模型象，形成分析晶胞结构的思维模型(均摊法均摊法)，能根据晶，能根据晶
2、胞的结构确定粒子个数及化学式。胞的结构确定粒子个数及化学式。 学习目标 一、物质的聚集状态一、物质的聚集状态 基础梳理 物质的聚集状态物质的聚集状态 气态气态 固态固态 液态液态 晶态晶态 塑晶态塑晶态 液晶态液晶态 非晶态非晶态 气态物质在气态物质在 或者在或者在 激发下，分子发生分激发下，分子发生分 解，产生解，产生 等。这种由电子、阳离子和电等。这种由电子、阳离子和电 中性粒子组成的整体上呈中性粒子组成的整体上呈 的物质的物质 称为等称为等 离子体。离子体。 高温高温 外加电场外加电场 电子和阳离子电子和阳离子 电中性电中性 聚集体聚集体 导电性导电性 流动性流动性 等离子体具有良好的等
3、离子体具有良好的 和和 。 (1)概念：概念： (2)特点特点 等离子体是一种特殊的等离子体是一种特殊的气体气体 等离子体可以制造等离子体显示器、化学合等离子体可以制造等离子体显示器、化学合 成、核裂变等等成、核裂变等等 介于介于 和和 之间的物质状态之间的物质状态 晶态晶态 液态液态 流动性、黏度、形变性等流动性、黏度、形变性等 导热性、光学性质等导热性、光学性质等 固体 液体 液晶的温度范围 液晶 T1(熔点) T2(澄清点) 温度逐渐升高 液晶已有广泛的应用。例如，手机、电脑和电视 的液晶显示器；合成高强度液晶纤维已广泛应用 于飞机、火箭、坦克、防弹衣等。 二、晶体与非晶体二、晶体与非晶
4、体 蜡状的白磷（蜡状的白磷（P P4 4） 黄色的硫黄（黄色的硫黄（S S8 8） 紫黑色的碘（紫黑色的碘（I I2 2） 蓝色的硫酸铜（蓝色的硫酸铜（CuSO4 5H2O） 绝大多数常见的固体是晶体绝大多数常见的固体是晶体 只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体只有如玻璃、炭黑之类的物质属于非晶体 玻璃又称玻璃体玻璃又称玻璃体 炭黑又称无定形体炭黑又称无定形体 自范性自范性 微观结构微观结构 晶体 有 (能自发呈现多面体外形) 原子在三维空间里 呈周期性有序排列 非晶 体 没有 (不能自发呈现多面体外形) 原子排列相对无序 一定条件下，晶体能一定条件下，晶体能自发地呈现多面体外形自发地呈现多面
5、体外形的性质。的性质。 晶体呈现自范性的条件之一：晶体生长速率适当晶体呈现自范性的条件之一：晶体生长速率适当 天然水晶球天然水晶球 岩浆里熔融态的岩浆里熔融态的SiO2侵入地壳内的空侵入地壳内的空 洞冷却形成的洞冷却形成的 玛瑙玛瑙 水晶水晶 熔融态的熔融态的SiO2快速冷却形成的，无晶体外形快速冷却形成的，无晶体外形 熔融态的熔融态的SiO2缓慢冷却形成的，呈现晶体外形缓慢冷却形成的，呈现晶体外形 本质本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间微观空间里里 呈现呈现周期性有序周期性有序排列的宏观表象。排列的宏观表象。 非晶体非晶体粒子的排列则相对无序，无自范性。
6、粒子的排列则相对无序，无自范性。 液熔融态物质凝固 气态物质冷却不经也太直接凝固（凝华） 溶质从溶液中析出 从饱和硫酸铜溶液中 析出的硫酸铜晶体 从熔融态结晶 出的硫晶体 升华得到的碘晶体 实验步骤 实验现象 （1）用研钵把硫黄粉末研细，放入蒸 发皿中，放在三脚架的铁圈上，用酒 精灯加热至熔融态，自然冷却结晶后， 观察实验现象。 （2）在一个小烧杯里加入少量碘，用 一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面 皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉 网上小火加热，观察实验现象。 （3）在250 mL烧杯中加入半杯饱和氯 化钠溶液，用滴管滴入浓盐酸，观察 实验现象。 硫硫加热融化，自然冷却加热融化，自然冷却 结晶
7、后，得到黄色晶体。结晶后，得到黄色晶体。 固体直接变成紫色蒸固体直接变成紫色蒸 气，蒸气遇冷又重新气，蒸气遇冷又重新 凝聚成紫黑色的固体。凝聚成紫黑色的固体。 有白色细小晶体有白色细小晶体析出析出 实验实验3-1 晶体有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点。晶体有固定的熔点；非晶体没有固定的熔点。 晶体在不同的方向上具有不同的晶体在不同的方向上具有不同的物理性质物理性质。 包括晶体的包括晶体的强度强度、导电性导电性 、导热性导热性、光学性质光学性质等。等。 非晶体则不具有物理性质各向异性的特点非晶体则不具有物理性质各向异性的特点 间接确定某固体是否属于晶体：间接确定某固体是否属于晶体： 区分晶体和
8、非晶体区分晶体和非晶体最可靠最可靠的科学方法是：的科学方法是： 对固体进行对固体进行X射线衍射实验射线衍射实验 晶体 非晶体 微观结构特征 粒子周期性有序排列 粒子排列相对无序 性质 特征 自范性 有 无 各向异性 有 无 熔点 固定 不固定 鉴别 方法 间接方法 看是否具有固定的熔点或根据某些物理性质的各 向异性 科学方法 对固体进行X射线衍射实验 举例 NaCl、I2、SiO2、Na晶体 等 玻璃、橡胶等 三、晶胞三、晶胞 描述晶体结构的描述晶体结构的基本单元基本单元 常规的晶胞都是常规的晶胞都是平行六面体平行六面体，整块晶体可以看，整块晶体可以看 作是数量巨大的晶胞“作是数量巨大的晶胞“
9、无隙并置无隙并置”而成。”而成。 “无隙”：相邻晶胞之间没有任何 。 “并置”：所有晶胞都是 排列的，取向 。 间隙 平行 相同 所有晶胞的 及其内部的 、 及 是完全相同的。 形状 原子种类 个数 几何排列 铜晶体 铜晶胞 一个铜晶胞含有几个铜原子？ 1 1 2 2 4 4 3 3 7 7 6 6 8 8 5 5 1 2 2 1 3 4 1 体心：体心：1 面心：面心：1/2 顶点：顶点：1/8 棱边：棱边：1/4 立方晶胞立方晶胞 体心：体心： 1 面心：面心： 1/2 棱边：棱边： 1/4 顶点：顶点： 1/8 小结：晶胞对质点的占有率小结：晶胞对质点的占有率 81 8 61 2 4 如
10、金属铜的一个晶胞如金属铜的一个晶胞(如图所示如图所示)均摊到的原子均摊到的原子 数为数为 。 金属钠（金属钠（C） 金属金属锌（锌（Zn） 碘（碘（I2） 金刚石（金刚石（C） (1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？ (2)数一数，它们分别平均含有几个原子？ 晶胞有3套平行棱，有3套平行面 1 1+8=2 8 1 1+8=2 8 11 6+8+4=8 28 11 12+16=8 28 思考 四、晶体结构的测定四、晶体结构的测定 X射线衍射原理：单一波长的射线衍射原理：单一波长的X射线通过晶体时，射线通过晶体时，X 射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生射线和晶体中的电子相互作用，会在记录
11、仪上产生 分立的斑点分立的斑点或或明锐的衍射峰明锐的衍射峰。 测定晶体结构最常用的仪器是测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪射线衍射仪 晶体的晶体的X射线衍射实验图经过计算，可以获得包括射线衍射实验图经过计算，可以获得包括 晶胞形状晶胞形状和和大小大小、分子或原子分子或原子在微观空间有序排列在微观空间有序排列 呈现的呈现的对称类型对称类型、原子在晶胞里的、原子在晶胞里的数目和位置数目和位置等，等， 以及结合晶体以及结合晶体化学组成化学组成的信息推出原子之间的相互的信息推出原子之间的相互 关系。关系。 通过晶体通过晶体X射线衍射实验，可以测定晶胞中射线衍射实验，可以测定晶胞中各个原各个原 子的位置子的位置，根据原子坐标，可以计算，根据原子坐标，可以计算原子间的距离原子间的距离， 判断哪些原子之间存在化学键，确定判断哪些原子之间存在化学键，确定键长和键角键长和键角 ， 得出得出分子的空间结构分子的空间结构。
