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13认识晶体


第一节

认识晶体

考纲要求
1.从认识一般固体出发,重点了解晶体的特性、类型 2.了解常见晶体中微粒的堆积方式(A1、A3型最密堆积) 3.了解晶胞的概念。 4.知道晶胞是晶体的最小结构重复单元,能用切割法计算 一个晶胞实际拥有的微粒数。

知识点回顾:
? 1、晶体的特性有哪些: ? 2、晶

体的分类及分类依据是什么

? 3、哪些晶体的排列采取紧密堆积?为什么?

一、晶体的特性
(1)具有规则的几何外形。
(2)自范性:在适宜条件下,晶体能够自发地 呈现封闭的、规则的多面体外形。 (3)各向异性:晶体在不同方向上表现出不 同的物理性质。 (4)对称性:晶体的外形和内部结构都具有 特定的对称性。 (5)有固定的熔、沸点,而非晶体没有。

2.晶体的概念:
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固体物质。

3.晶体的种类 金属晶体 离子晶体 分子晶体 原子晶体

依据:

晶体内部微粒的种类和
微粒间相互作用的不同

? 4、哪些晶体的排列采取紧密堆积?为什么?
金属晶体、离子晶体、分子晶体大都服从紧密堆积原理。
因为金属键、离子键、范德华力没有方向性和饱和性

晶体为什么大都服从紧密堆积?P72
金属晶体、离子晶体、分子晶体的结构中,金属键、 离子键、分子间作用力均没有方向性,因此都趋向于 使原子、离子或分子吸引尽可能多的微粒分布于周围, 并以密堆积的方式降低体系的能量,使晶体变得比较 稳定

等径圆球的密堆积(金属晶体) 六方最密堆积——A3型 (Zn、Ti、Mg) 面心立方最密堆积——A1型 (Au、Ag、Cu) 体心立方密堆积——A2型
非等径圆球的密堆积(离子晶体、分子晶体) 1、离子晶体 NaCl 2、分子晶体 CO2即A1型
原子晶体不遵循紧密堆积: 因为共价键有饱和性和方向性 常见的原子晶体有: 金刚石、晶体硅、SiO2、SiC、氮化硼等

(一)等径圆球的密堆积
活动与探究1: 平面上金属原子紧密排列的方式
? 一维
? 二维

平面上金属原子紧密排列的两种方式

2

2

3 4 5

1
4

3

1

6

非密置层放置

密置层放置

三维
? 第三层小球对准第一层的小球。 ? 每两层形成一个周期地紧密堆积。 前视图
2

A
3 4

1 6

B A 同层 6, 上下层 各3 B

5

? ①配位数: 12

A

(1)ABAB…堆积方式
—— 六方最密堆积

(A3型 镁型)

? ①配位数: 12

同层 6,上下层各 3

(2)ABCABC…堆积方式
? 第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。 ? 第四层同第一层。 前视图 ? 每三层形成一个周期地紧密堆积。
A C
1 6

2
5

3

1 6

2 5

3
4 1 6

B
2 5 3 4

4

A

C
B A

? ①配位数: 12 同层 6,

上下层各 3

(2)ABCABC…堆积方式
——面心立方最密堆积 (A1型 铜型)

面对角线=4r ? ①配位数:12

A B C

同层 6,上下层各 3

总结:A1、A3这两种堆积都是最密堆积

常见金属 的最密堆 积方式

六方最密堆积 (A3型如锌钛镁) 面心立方最密堆积(A1型如金银铜)

其他堆积
? 简单立方堆积(Po)
金属晶体的堆积方式──简单立方堆积

边长=2r

体心立方堆积(钠、钾、铁)

立方体 8 个顶点上的球互不相切,但均与体心位置上的
球相切。 配位数 8

体对角线=4r

金属晶体的堆积方式──钾型

三、晶体结构的基本单元----晶胞
1.晶胞:晶体结构中的最小的重复单元。

(1)晶胞是从晶体中“截取”出来大小、形状完全相同的平 行六面体 (2)将一个个晶胞上、下、前、后、左、右并置起 来,就构成整个晶体结构。

2. 常见两种最密堆积的晶胞

六方最密堆积(A3型)

面心立方最密堆积(A1型)

三个六方晶胞

面心立方晶胞

3.确定一个晶胞中的微粒数的方法 均摊法:指每个晶胞平均拥有的粒子数目。

顶点:
顶点---1/8

棱边:
棱---1/4

面心:面心---1/2

体心:体心---1

3.晶胞中微粒数的计算
立方(长方体)晶胞中不同位置的粒子对晶 胞的贡献: 顶 ----1/8 棱----1/4 面----1/2 心----1

晶胞的结构与计算
典型例题三
? (1)已知X、Y、Z三种元素组成的化合物 是离子晶体,其晶胞如图所示,则下面表示 该化合物的化学式正确的是:( ) ? A、ZXY3 B、ZX2Y6 C、ZX4Y8 ? D、ZX8Y12

A

晶胞的结构与计算
典型例题三
? (2)(山东高考2011)CaO与NaCl的晶胞 同为面心立方结构,已知CaO晶体密度为 ag.c,表示阿伏加罗常数,则CaO晶胞体积为 3 __________c m 224

aN A

? (2011新课标全国)氮化硼(BN)是一种重要 的功能陶瓷材料,六方氮化硼在高温高压下,可 以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬 度与金刚石相当,晶胞边长为361.5pm,立方氮 化硼晶胞中含有______个氮原子、________个 硼原子,立方氮化硼的密度是_______g· cm?3 (只要求列算式,不必计算出数值,阿伏伽德罗 常数为NA)。
友情提示: 1pm=10-12m=10-10cm 相对原子质量B:11 N:14

练习1:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)
A

B

化学式: AB

练习2:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)
A B

化学式: A2B

练习3:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)
A

B

化学式: AB

练习4:根据离子晶体的晶胞结构,判断下 列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)
A B

C

化学式: ABC3

总结:
1、晶体和非晶体的根本区别在于: 它们的内部微粒(原子、离子或分子)在空间 是按一定规律做周期性重复排列还是呈杂乱无 章的分布。 2、金属晶体、离子晶体紧密堆积,分子晶体 尽可能密堆积,原子晶体不满足紧密堆积原理。
3、 A1又叫面心立方紧密堆积,如铜; A3又叫六方紧密堆积 , 如镁。 配位数均为 12.

练习 5 :下图为高温超导领域的一种化合物 ——钙钛矿晶体结构,该结构是具有代表性 的最小重复单元。

1)在该物质的晶体中,每个钛离子周围与 它最接近且距离相等的钛离子共有 6 个 2)该晶体结构单元中,氧、钛、钙离子的 个数比是 3∶1∶1 。 Ca O:12×1/4=3
Ti: 8 ×1/8=1

Ca:1

Ti O

巩固练习:
钇钡铜氧晶体 的晶胞结构如 图所示,晶胞 中各微粒个数 分别为: 3 铜________ 个 2 钡________ 个 钇________ 个 1

练习:
右图为氯 化铯结构 的一部分:
8个Cl-? 1、在CsCl晶体中,每个Cs+同时吸引着__ 每个Cl-同时吸引着___ 8 个Cs+? 2、Cs+和Cl-的数目之比为 1︰1 . 否. 3、整个晶体中是否存在单个的CsCl分子___ 4、在CsCl晶体中,每个Cs+周围与之等距离且最近的Cs+ 正八面体 . 6 个?这些Cs+可围成怎样的几何图形? 有___ 5、找出CsCl晶体的晶胞,并计算CsCl的一个晶胞中 的Cs+和Cl-个数? 均为1.


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