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(共21張PPT)
第二節(jié)
分子晶體與共價(jià)晶體
碳元素和硅元素處于元素周期表中同一主族，CO2和SiO2的一些物理性質(zhì)卻相差很大，這是為什么？
CO2晶體(干冰)屬于分子晶體
干冰
SiO2晶體屬于共價(jià)晶體。
SiO2
一、共價(jià)晶體
相鄰原子之間以共價(jià)鍵相結(jié)合形成的具有三維骨架結(jié)構(gòu)的晶體。
① 組成的粒子：
原子
②粒子間的作用力：
共價(jià)鍵
二、典型的共價(jià)晶體
③極少數(shù)金屬氧化物：
①某些單質(zhì)：
②某些非金屬化合物：
硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、金剛石(C)和灰錫(Sn)等
碳化硅(SiC)，二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、
氮化鋁(AlN)及氮化硅(Si3N4)等
如剛玉(ɑ-Al2O3)
近年來(lái)Si3N4以為基礎(chǔ)，用Al取代部分Si，用O取代部分N而獲得結(jié)構(gòu)多樣化的陶瓷，用于制作LED發(fā)光材料。
三、共價(jià)晶體的物理性質(zhì)
共價(jià)晶體 金剛石 氮化硼 碳化硅 石英 硅 鍺
熔點(diǎn)/0C ＞3550 3000 2700 1710 1410 1211
硬 度 10 9.5 9.5 7 6.5 6.0
①熔點(diǎn)很高：
②硬度很大。
③一般不導(dǎo)電，但晶體硅、鍺是半導(dǎo)體。
④難溶于一般溶劑。
共價(jià)晶體中，原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，
要使物質(zhì)熔化就要克服共價(jià)鍵，需要很高的能量。
Si3N4用作航天耐高溫材料，SiC用作耐磨砂輪。
四、 共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特征
1.金剛石晶體
天然金剛石呈現(xiàn)多面體外形
金剛石的結(jié)構(gòu)
金剛石的晶胞
(1)金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
②每個(gè)碳原子都采取____雜化;
sp3
③所有的C—C鍵長(zhǎng)相等，鍵角相等，鍵角為_(kāi)________.
109°28'
④晶體中最小的碳環(huán)由___個(gè)碳組成，且_____同一平面內(nèi)；
6
不在
①在金剛石晶體中每個(gè)碳原子周?chē)o鄰的碳原子有　　個(gè)
4
最小環(huán)為六元環(huán)
109 28
(1)金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
⑤晶體中每個(gè)碳原子被 _____環(huán)所共有；
12
109 28
⑦在金剛石晶胞中占有的碳原子數(shù)____　
8
8×1/8+6×1/2+4=8
→12g金剛石含有_____個(gè)C原子，含有_____個(gè)C-C鍵
NA
2NA
⑥晶體中每個(gè)C參與了 條C—C鍵的形成，
而在每條鍵中的貢獻(xiàn)只有 ，
故C原子與C—C鍵數(shù)之比為： 。
1：( )= 1：2
→即金剛石中，1molC平均擁有 mol C—C鍵
4
2
1/2
(1)金剛石晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鍵能：
347.7 kJ/mol
（很大）
鍵長(zhǎng)：154 pm（很短）
熔點(diǎn)很高：> 3500 0C
硬度最大：摩氏10度
②金剛石的性質(zhì)
109 28 ，三維骨架
結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)
③金剛石模型的演變
(1)與碳同族單質(zhì)(如Si、Ge)都具有與金剛石相似的結(jié)構(gòu)；
(2)第ⅣA族相鄰元素間也可形成相似結(jié)構(gòu)的晶體(如SiC)
(3) BN、GaAs等也可形成與金剛石結(jié)構(gòu)相似的晶體。
金剛石
晶體硅
SiC
GaAs
(1)怎樣從原子結(jié)構(gòu)的角度理解金剛石，硅和鍺的熔點(diǎn)和硬度依次下降？
(2)“具有共價(jià)鍵的晶體叫做共價(jià)晶體”，這種說(shuō)法對(duì)嗎？為什么？
【思考與討論】P82
不對(duì)，分子晶體中通常也含有共價(jià)鍵。如干冰，只有分子內(nèi)部才通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合，而分子間通過(guò)范德華力結(jié)合成分子晶體；此外，某些離子晶體中也含共價(jià)鍵，如NaOH、NH4Cl。
金剛石、硅、鍺都是共價(jià)晶體，原子半徑：C則鍵長(zhǎng)：C-C < C-Si < Si-Si，故鍵能：C-C＞Si-Si＞Ge-Ge，
熔點(diǎn)和硬度：金剛石 > 硅 > 鍺。
小結(jié)：一般原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，共價(jià)鍵越穩(wěn)定，
晶體的熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。
2.二氧化硅晶體
SiO2是自然界含量最高的二元氧化物，熔點(diǎn)1713 ℃，有多種結(jié)構(gòu) ，最常見(jiàn)的是低溫石英。遍布河岸的黃沙、帶狀的石英礦脈、花崗石里的白色晶體以及透明的水晶都低溫石英。
黃沙
花崗巖
石英礦
水晶
(1)SiO2在自然界分布：
(2)低溫石英的結(jié)構(gòu)
其結(jié)構(gòu)中有頂角相連的硅氧四面體形成螺旋上升的長(zhǎng)鏈，而沒(méi)有封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)決定了它具有手性，被廣泛用作壓電材料，如石英手表。
石英晶體中
硅氧四面體相連構(gòu)成的螺旋鏈
石英的
左、右型晶體
SiO2用途：制造水泥、玻璃、人造紅寶石、單晶硅、硅光電池、芯片和光導(dǎo)纖維的原料
晶體硅的晶胞中，在Si－Si鍵之間插入O原子，即得到方石英的晶胞
(最常見(jiàn)的SiO2晶胞)。
(3)二氧化硅晶胞
晶體硅的結(jié)構(gòu)
二氧化硅的結(jié)構(gòu)
(3)二氧化硅晶胞
①每個(gè)Si原子都采取 雜化和 個(gè)O原子形成 個(gè)Si—O鍵.
sp3
4
4
②沒(méi)有單個(gè)SiO2分子存在，只存在硅、氧原子,Si:O比例: .
1:2
每個(gè)Si周?chē)Y(jié)合 個(gè)O；
每個(gè)O周?chē)Y(jié)合 個(gè)Si
4
2
③最小的環(huán)是由 個(gè)Si原子和 個(gè)O原子組成的 元環(huán)。
④1mol SiO2中含 mol Si—O鍵
4
6
6
12
小結(jié)：常見(jiàn)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)
物質(zhì) 金剛石 二氧化硅
晶體 結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) ①碳原子采取sp3雜化，每個(gè)碳原子以4個(gè)共價(jià)單鍵對(duì)稱(chēng)地與相鄰的4個(gè)碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)。 ②晶體中C—C—C夾角為109°28′。 ③最小環(huán)上有6個(gè)碳原子。 ④1mol晶體中有2molC—C鍵。 ⑤1個(gè)晶胞中有8個(gè)碳原子。 ①每個(gè)硅原子均以4個(gè)共價(jià)鍵對(duì)稱(chēng)地與相鄰的4個(gè)氧原子相結(jié)合，每個(gè)氧原子與2個(gè)硅原子相結(jié)合，向空間擴(kuò)展，形成三維骨架結(jié)構(gòu)。
②硅、氧原子個(gè)數(shù)比為1∶2。
③最小的環(huán)上有6個(gè)硅原子和6個(gè)氧原子。
④1molSiO2中有4molSi—O鍵。
晶體類(lèi)型 共價(jià)晶體 分子晶體
組成微粒
作用力
熔沸點(diǎn)
硬度
溶解性
原子
分子
共價(jià)鍵
分子間作用力
很高
較低
很大
較小
難溶于一般的溶劑
部分溶于水(相似相溶)
不導(dǎo)電，個(gè)別為半導(dǎo)體
固體和熔化狀態(tài)都不導(dǎo)電，部分溶于水導(dǎo)電
總結(jié)2：共價(jià)晶體與分子晶體的比較
導(dǎo)電性
1.金剛石是典型的共價(jià)晶體，下列關(guān)于金剛石的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( )
A.晶體中不存在獨(dú)立的分子
B.碳原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合
C.是自然界中硬度最大的物質(zhì)
D.化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使在高溫下也不會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)
D
2.美國(guó)《科學(xué)》雜志曾報(bào)道：在40 GPa的高壓下，用激光加熱到1 800 K，人們成功制得了共價(jià)晶體CO2，下列對(duì)該物質(zhì)的推斷一定不正確的是( )
A.該共價(jià)晶體中含有極性鍵
B.該共價(jià)晶體易氣化，可用作制冷材料
C.該共價(jià)晶體有很高的熔、沸點(diǎn)
D.該共價(jià)晶體的硬度大，可用作耐磨材料
B
3.設(shè)NA為阿伏加德羅常數(shù)的值。下列說(shuō)法中正確的是( )
A. 28 g晶體硅中含有Si—Si的個(gè)數(shù)為2NA
B. 124 g白磷(P4)晶體中含有P—P的個(gè)數(shù)為4NA
C. 12 g金剛石中含有C—C的個(gè)數(shù)為4NA
D. SiO2晶體中1 mol硅原子可與氧原子形成2NA個(gè)共價(jià)鍵(Si—O)
A

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