資源簡介

(共92張PPT)
夢想很輕，卻因此擁有飛向藍(lán)天的力量。
——屠呦呦
晶胞
晶體結(jié)構(gòu)的測定
晶胞
A
概念
判斷
均推法計算化學(xué)式
晶體結(jié)構(gòu)的測定
B
測定儀器
測定原理及數(shù)據(jù)處理
標(biāo)
學(xué)
習(xí)
目
物質(zhì) 食鹽 干冰 金剛石 石英
樣品
結(jié)構(gòu)
晶體是內(nèi)部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性排列而構(gòu)成的具有規(guī)則幾何外形的固體。
問題解決
自然界中，有很多不同的晶體，如何描述晶體中的微粒在空間的排列規(guī)律呢？
在晶體微觀空間里取出一個基本重復(fù)單元。
晶胞
一維空間排列
最緊密排列
二維平面堆積方式
非緊密排列
最緊密排列
三維平面堆積方式
反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位
晶胞
晶胞
1
1.1 概念
描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元
銅晶體結(jié)構(gòu)
銅晶胞
銅晶胞
晶胞是晶體中最小的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元。
晶胞
1
1.2 類型
1
簡單立方
四類型
晶胞
1
1.2 類型
1
2
簡單立方
體心立方
四類型
面心立方
晶胞
1
1.2 類型
1
2
3
簡單立方
體心立方
面心立方
四類型
六方晶胞
六方堆積
晶胞
1
1.2 類型
1
2
3
4
簡單立方
體心立方
面心立方
六方堆積
四類型
如何判斷一個結(jié)構(gòu)是否是晶胞呢？
問題解決
物質(zhì) 食鹽 干冰 金剛石 石英
晶胞
問題解決
觀察下列晶胞，有什么特點(diǎn)？
是幾面體
頂點(diǎn)粒子是不相同
幾個平行面
幾個平行棱
四棱柱
8個頂點(diǎn)，1個柱內(nèi)
立方體
8個頂點(diǎn)，6個面心
立方體
8個頂點(diǎn)，1個中心，頂點(diǎn)與中心相切
立方體
8個頂點(diǎn)，面上原子相切
常規(guī)的晶胞都是平行六面體
八個頂角相同
觀察與思考
晶胞中8個頂角相同
晶胞
1
1.3 特點(diǎn)
8個頂角相同
晶胞有幾套平行面
問題探究
三套各兩個平行面
分別相同的最小平行六面體
x
y
z
x-z坐標(biāo)軸形成的平面及其平行平面
x-y坐標(biāo)軸形成的平面及其平行平面
y-z坐標(biāo)軸形成的平面及其平行平面
面上都有一個原子且都相同
晶胞
1
1.3 特點(diǎn)
8個頂角相同
三套各兩個平行面分別相同
三套各兩個平行面分別相同
(共6個面)
上
下
左
右
前
后
規(guī)律總結(jié)
晶胞有幾套平行棱
問題探究
三套各4根平行棱分別相同
x
y
z
x方向的四根平行棱
y方向的四根平行棱
z方向的四根平行棱
棱上無任何原子且都相同
觀察與思考
晶胞
1
1.3 特點(diǎn)
8個頂角相同
三套各兩個平行面分別相同
三套各四根平行棱分別相同
問題探究
三套各4根平行棱分別相同
(共12根棱)
問題探究
晶胞不一定是平行六面體，如有的晶胞呈六棱柱形。
六棱柱（六方）晶胞
三棱柱晶胞
晶胞不一定都取平行六面體
思考﹒ 討論
晶胞是如何形成晶體的
平行
六面體
無隙并置
晶胞都是平行六面體.
晶胞在晶體中“無隙并置”.
平行六面體
平行六面體
無隙并置
特點(diǎn)：晶胞都是平行六面體.晶胞在晶體中“無隙并置”.
晶胞
1
1.3 排列
晶體可看作是數(shù)量巨大的晶胞“無隙并置”而成
無隙
相鄰的晶胞之間 沒有任何間隙
與相鄰的晶胞完全共頂點(diǎn)、共棱邊、共面
并置
所有晶胞都是
平行排列的，取向相同
一個晶胞到另一個晶胞只需平移，不需轉(zhuǎn)動
下圖中的晶胞是指”大立方體”呢？還是”小立方體”？為什么？
不是晶胞
晶胞具有相同的頂角、相同的平行面和相同的平行棱
考考你的智慧
下圖中的晶體結(jié)構(gòu)滿足晶胞的特點(diǎn)嗎？
A圖中的晶體結(jié)構(gòu)滿足晶胞的特點(diǎn)，是晶胞。
B圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足晶胞“8個頂角相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。
C圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。
D圖中的晶體結(jié)構(gòu)，不滿足“三套各兩個平行面分別相同”的要求，無法進(jìn)行“無隙并置”，不是晶胞。
A
B
C
D
考考你自己
簡單立方晶胞含有幾個原子？
問題解決
8
銅晶胞含有幾個銅原子呢？
14
屬于8個小立方體
1/8
1
2
4
3
7
6
8
5
頂點(diǎn)：
8
1
問題探究
8個晶胞共用一個粒子.
頂點(diǎn)原子為8個晶胞共享
頂點(diǎn)原子在晶胞中的份額為：
簡單立方晶胞含有幾個原子？
問題解決
1
8
8×1/8＝1
體心原子完全屬于該晶胞
頂點(diǎn)原子在晶胞中的份額為：
立方晶胞含有幾個原子？
問題解決
8×1/8＋1＝2
1
2
4
3
7
6
8
5
1
2
2
1
3
4
1
體心：1
面心：
頂點(diǎn)：
棱邊：
均攤法
8
1
4
1
2
1
1
2
4
3
7
6
8
5
1
2
2
1
3
4
1
體心：1
面心：1/2
頂點(diǎn)：1/8
棱邊：1/4
晶胞
3
均攤法
3.4 粒子數(shù)的計算
晶胞任意位置上的一個原子如果是被x個晶胞所共有，則每個晶胞對這個原子分得的份額就是1/x
體心：1
面心：1/2
頂點(diǎn)：1/8
棱邊：1/4
一個晶胞中含有粒子總個數(shù)：
頂點(diǎn)數(shù)× + 棱邊數(shù)× + 面心數(shù)× + 體心數(shù)
１
８
１
４
１
２
考考你自己
金剛石晶胞中原子數(shù)是多少
8×1/8 ＋ 6×1/2 ＋ 4 ＝ 8
　　　下圖是某晶體的晶胞示意圖,其中X粒子位于此晶胞的中心，Y粒子位于8個頂點(diǎn)，該晶體中粒子X和Y的個數(shù)比是
　　A. 1∶1　　 　 B. 1∶2
　　C. 1∶4 　　　　 D. 1∶8
看誰做得既準(zhǔn)又快
解析：X粒子屬于晶胞獨(dú)立擁有，而每個Y粒子則為8個晶胞共用，每個晶胞均攤Y粒子的個數(shù)為8×1/8=1，故A項正確。
面心原子份額為：
頂點(diǎn)原子在晶胞中的份額為：
面心晶胞中有幾個原子？
問題解決
8×1/8＋6×1/2＝4
晶胞擁有原子數(shù)：
含有原子數(shù)？
問題解決
柱內(nèi)原子完全屬于該晶胞
頂點(diǎn)原子在晶胞中的份額為1/8
8×1/8＋1＝2
含有原子數(shù)？
問題解決
柱內(nèi)原子完全屬于該晶胞
面心原子份額為1/2
頂點(diǎn)原子屬于該晶胞幾分之一
1/6
微粒數(shù)為：12×1/6 ＋ 2×1/2 ＋ 3 ＝ 6
含有原子數(shù)？
問題解決
柱內(nèi)原子完全屬于該晶胞
面心原子份額為1/2
頂點(diǎn)原子屬于該晶胞1/6
8×
計算二氧化碳晶胞中原子總數(shù)是多少
考考你自己
1
8
＋
6×
1
2
＝
4
4
×
3
＝
12
計算氯化鈉晶胞中和鈉離子個數(shù)是多少
考考你的智慧
氯離子
8×
1
8
＋
6×
1
2
＝
4
鈉離子
12×
1
4
＝
3
＋
1
4
　　　　如圖為甲、乙兩種晶體的晶胞示意圖:
試寫出:
1. 甲晶體的化學(xué)式(X為陽離子)為_______。
2. 乙晶體中A、B、C三種粒子的個數(shù)比是___________。　　　
看我七十二變
X3Y
1 ∶ 3 ∶ 1
石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)為平面正六邊形結(jié)構(gòu)(如下圖)，試回答下列問題：
圖中平均每個正六邊形占有C原子數(shù)為____個、占有的碳碳鍵數(shù)為____個。
碳原子數(shù)目與碳碳化學(xué)鍵數(shù)目之比為_______。
2
3
問題解決
2∶3
化學(xué)家單斯諾在玩水晶時，不小心把水晶打爛了，當(dāng)他很心痛在彎腰撿起打碎了的水晶時，驚奇地發(fā)現(xiàn)，破碎了的水晶碎片都是一樣的，具有固定的角度，這就是著名的晶碳面角守恒定理。
在晶體內(nèi)部，構(gòu)成晶體的微粒在空間有規(guī)則排列，類似于閱兵式隊伍。
隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，X射線衍射儀使人類第一次“看見”了晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
晶體結(jié)構(gòu)的測定
金剛石晶胞
干冰晶胞
Zn晶胞
I2晶胞
Cu晶胞
NaCl晶胞
CsCl晶胞
ZnS晶胞
金剛石晶胞
干冰晶胞
Zn晶胞
I2晶胞
Cu晶胞
NaCl晶胞
CsCl晶胞
ZnS晶胞
科學(xué)家們，如何測定具體物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)呢？
固體
晶體
非晶體
區(qū)別晶體和非晶體最可靠的科學(xué)方法是什么呢？
對固體進(jìn)行
X射線衍射實(shí)驗
區(qū)別
問題解決
發(fā)現(xiàn)X射線，獲1901年
物理學(xué)獎
發(fā)現(xiàn)X射線在晶體中的衍射效應(yīng)
勞厄
用X射線衍射研究晶體結(jié)構(gòu)
布拉格父子
倫琴
1901
1914物理學(xué)獎
1915物理學(xué)獎
1936化學(xué)獎
1962化學(xué)獎
利用X射線等技術(shù)研究分子結(jié)構(gòu)
X射線衍射法測定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)
1964化學(xué)獎
X射線衍射法測定復(fù)雜晶體與大分子結(jié)構(gòu)
1980化學(xué)獎
X射線衍射確定DNA核苷酸順序與基因結(jié)構(gòu)
1985化學(xué)獎
……
發(fā)展了X射線衍射確定晶體與分子結(jié)構(gòu)的方法。
Hauptman與Karle
X射線衍射實(shí)驗
化學(xué)趣史
石英晶體
(Si、O原子規(guī)則排列)
硅石玻璃體
(Si、O原子不規(guī)則排列)
當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，在記錄儀上形成衍射圖譜。
X射線管
鉛板
晶體樣品
記錄儀
X射線衍射儀
衍射圖
人們對衍射圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可獲得晶體結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。
X射線衍射實(shí)驗給我們提供了哪些關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的信息呢？
晶體結(jié)構(gòu)的測定
2
儀器
1
X射線衍射儀
當(dāng)單一波長的 X 射線通過晶體時，會在記錄儀上看到分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰。
單晶衍射圖
晶體結(jié)構(gòu)的測定
2
儀器
1
X射線衍射儀
2
原理
當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時，會在記錄儀上看到分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰
X射線管
鉛板
晶體
晶體能產(chǎn)生分立的斑點(diǎn)
1. X射線衍射方向
——晶胞的形狀、大小與取向
非晶體衍射圖譜
晶體的周期性結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)處理
晶體結(jié)構(gòu)的測定
感受﹒ 理解
15 20 25 30 35
2θ/°
2. X射線衍射強(qiáng)度
——原子的種類與位置
晶態(tài)SiO2
非晶態(tài)SiO2
晶體能產(chǎn)生明銳的衍射峰
晶體結(jié)構(gòu)的測定
感受﹒ 理解
晶體結(jié)構(gòu)的測定
2
儀器
1
X射線衍射儀
2
原理
當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時，會在記錄儀上看到分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰
3
獲得信息
衍射圖
計算
晶體結(jié)構(gòu)信息
晶胞信息
結(jié)合晶體化學(xué)組成
晶胞形狀和大小
分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型
原子在晶胞中的數(shù)目和位置
推出原子之間的相互關(guān)系
3. X射線衍射測定分子結(jié)構(gòu)
衍射方向
甲烷晶體
a
邊長為a的立方晶胞
原子的種類與位置
衍射強(qiáng)度
綜合分析
C、H原子間的距離
是否存在
化學(xué)鍵
確定鍵長、鍵角
晶體結(jié)構(gòu)的測定
感受﹒ 理解
晶體結(jié)構(gòu)的測定
2
儀器
1
X射線衍射儀
2
原理
當(dāng)單一波長的X射線通過晶體時，會在記錄儀上看到分立的斑點(diǎn)或者明銳的衍射峰
3
獲得信息
衍射圖
計算
晶體結(jié)構(gòu)信息
晶胞信息
結(jié)合晶體化學(xué)組成
晶胞形狀和大小
分子或原子在微觀空間有序排列呈現(xiàn)的對稱類型
原子在晶胞中的數(shù)目和位置
推出原子之間的相互關(guān)系
分子信息
測定晶胞中各個原子的位置(坐標(biāo)),根據(jù)原子坐標(biāo),可以計算原子間的距離,判斷哪些原子之間存在化學(xué)鍵,確定鍵長和鍵角,得出分子的空間結(jié)構(gòu)
得到晶胞
含 4 個乙酸分子
測定原子坐標(biāo)，計算原子距離，判斷化學(xué)鍵，確定鍵長和鍵角
乙酸晶體
乙酸晶胞
乙酸分子的空間結(jié)構(gòu)
區(qū)別晶體與非晶體最可靠的科學(xué)方法是
A．測定熔沸點(diǎn)
B．觀察外形
C．對固體進(jìn)行X—射線衍射測定
D． 通過比較硬度確定
小試身手
這節(jié)課我學(xué)到了什么？
（用一句話表示）
還有什么疑問？
課堂小結(jié)
堆積模型 命名 晶胞 每個晶胞所含
原子數(shù)
非 密 置 層 簡單立 方堆積 — 1
體心立 方堆積 鉀型 2
密 置 層 六方 堆積 鎂型 2
面心立 方堆積　 銅型 4
常見晶胞
晶胞
平行六面體
8個頂角相同
3套各2個平行面分別相同
3套各4根平行棱分別相同
晶胞內(nèi)原子數(shù)的計算
位于頂角
8
1
位于棱上
4
1
位于面上
2
1
位于晶胞內(nèi)
1
晶胞特點(diǎn)及計算
1/6
1/2
1
1/3
非長方體晶胞中的粒子視具體情況而定
下列有關(guān)晶胞的敘述中，正確的是
A. 晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中最小的重復(fù)單元
B. 晶胞中的任何一個粒子都屬于這個晶胞
C. 所有晶體都是由平行六面體無隙組合而成
D. 不同晶體中的晶胞的大小和形狀均相同
考考你自己
共用
常規(guī)
一般不同
現(xiàn)有甲、乙、丙(如圖所示)三種晶體的晶胞(甲中X和乙中A均處于晶胞的體心)。
問題思考:
1. 甲晶胞中X與Y的個數(shù)比是多少
乙晶胞中A與B的個數(shù)比是多少
3. 丙晶體中每個晶胞包含的C離子、D離子各為多少
考考你自己
體心的X為1，頂點(diǎn)的Y為4×1/8＝1/2， 1∶1/2＝2∶1
體心的A為1，頂角的B為8×1/8 ＝1，所以N(A)∶N(B)＝1∶1
C為12×1/4＋1＝4，D為8×1/8＋6×1/2＝4， 4∶4＝2∶1
1. 晶體具有各向同性，非晶體具有各向異性。
2. 熔融態(tài)物質(zhì)快速冷卻即可得到晶體。
3. 粉末狀的固體也有可能是晶體。
4. 位于頂角上的粒子一定為8個晶胞所共有。
5. 不同晶體中晶胞的大小和形狀都相同。
6. X射線通過晶體，導(dǎo)致晶體發(fā)生化學(xué)變化，形成特征的衍射圖。
答案：1.×　2.×　3.√　4.×　5.×　6.×
看誰做得既準(zhǔn)又快
計算碘晶胞中原子數(shù)
看誰做得既準(zhǔn)又快
8×1/8＋6×1/2＝4
4×2＝8
鈦酸鋇的熱穩(wěn)定性好，介電常數(shù)高，在小型變壓器、話筒和擴(kuò)音器中都有應(yīng)用。鈦酸鋇晶體的結(jié)構(gòu)示意圖為下圖，它的化學(xué)式為
A. BaTi8O12
B. BaTi4O6
C. BaTi2O4
D. BaTiO3
成功體驗
在該物質(zhì)的晶體中，每個鈦原子周圍與它最接近的且等距離的鈦離子共有____個。
6
2001年報道的硼和鎂形成的化合物刷新了金屬化合物超導(dǎo)溫度的最高記錄。如圖所示的是該化合物的晶體結(jié)構(gòu)單元：鎂原子間形成正六棱柱，且棱柱的上下底面還各有1個鎂原子，6個硼原子位于棱柱內(nèi)。則該化合物的化學(xué)式可表示為
A. MgB
B. MgB2
C. Mg2B
D. Mg3B2
成功體驗
Mg原子的數(shù)目：12×1/6＋2×1/2＝3
B原子的數(shù)目：6
故化學(xué)式可表示為MgB2
學(xué)會計算晶胞中粒子個數(shù)

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