第一节    认识晶体
1．指出构成下列物质的微粒并判断这些微粒依靠什么作用力构成了物质：(1)金刚石　(2)石墨　(3)水晶　(4)冰　(5)干冰　(6)铜　(7)白金　(8)氯化钠　(9)纯碱　(10)烧碱
答案　

物质的三态是气、液、固，固体与晶体是一回事吗？
答案　固体是物质的一种呈现形式而晶体是物质固体中的一种呈现形式即为数学中的集合子集关系，即晶体为固体的一个子集。
2.
从晶体学的角度初步认识晶体的典型特性并能区分晶体和非晶体，理解晶体中微粒排列的周期性。
学会建构模型、理解构成物质的微粒、微粒间相互作用和微粒的空间排列方式三者之间的联系，初步学会解释物质聚集状态和性质的一般方法。
了解建立晶体系统知识的历史及模型思想和化学技术在研究晶体中的作用，激发学习兴趣。

1．
2．
3．
晶体概念、特征、分类
(1)晶体、非晶体
①晶体：内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做________________构成的具有规则几何外形的固体物质。如食盐、干冰、金刚石等。
1.
周期性重复排列
②非晶体：内部原子或分子的排列呈现_________的分布状态的固体物质。如橡胶、玻璃、松香等。
(2)晶体的特征
①晶体的自范性
在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形，这称为晶体的_______。
原因：晶体内部的微粒在空间按一定规律做周期性排列。



杂乱无章
自范性
②各向异性
晶体在不同的方向上表现出不同的物理性质，称为晶体的_________。
原因：晶体内部的微粒在空间各个方向上排列不同。
③对称性
晶体具有特定的_______。
原因：晶体内部微粒在空间按一定规律做周期性排列。
(3)晶体的分类
根据晶体内部微粒种类和微粒的_________的不同，可将晶体分为_________、_________、_________和
_________。

各向异性
对称性
相互作用
离子晶体
金属晶体
原子晶体
分子晶体
晶体结构的堆积模型
组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素(如共价键的方向性)影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，金属键、离子键和分子间相互作用均没有_____性，因此，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的__________分布于周围，并以密堆积的方式______体系的能量，使晶体变得比较稳定。
(1)等径圆球的密堆积
①由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是_______的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球在三维空间堆积而成的。

2．
方向
原子或分子
降低
球对称
②等径圆球在二维平面中放置的两种方式：___________
_______。
③等径圆球的密置层与密置层之间的堆积排列
等径圆球在一个层中，最紧密的堆积方式只有一种情况——一个球与周围六个球相切，在中心球的周围形成六个凹位，将其算为第一层。第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球心对准1、3、5位(或对准2、4、6位，其情形是一样的)。关键是第三层，对于第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密堆积方式。第一种是将球心对准第一层的球心。于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成六方紧密堆积，即A3型密堆积，配位数是12，如图甲、乙(同层是6，上下层各是3)。

非密置层和
密置层





第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的2、4、6位，不同于AB两层的位置，这是C层。第四层再排A，于是形成ABC三层一个周期的排列方式，得到面心立方堆积，即A1型密堆积，配位数为12，如图丙、丁(同层是6、上下层各为3)。


(2)非等径圆球的密堆积
①由于离子晶体可视为___________的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球________________________
_________，小球____________________。一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目称为_______。
NaCl晶体中的Cl－按__________进行最密堆积，Na＋填在Cl－所构成的空隙中；ZnS晶体中的S2－按A1型方式最密堆积，Zn2＋填在S2－所形成的空隙中。
②分子晶体中，原子先以_______形成分子，分子间再以_____________形成晶体，由于范德华力没有_____性和
_____性，因此分子间尽可能采取紧密堆积，如干冰中CO2分子是以____型密堆积。

不等径圆球
先按一定方式做等径圆球
的密堆积
再填入大球的空隙中
配位数
A1型方式
共价键
分子间作用力
方向
饱和
A1
③原子晶体中微粒间以_______结合进行堆积时，由于共价键具有_____性和_____性，这种晶体中微粒堆积的紧密程度会大大降低。
共价键
饱和
方向
晶胞
(1)晶胞是晶体中____________________。
(2)晶胞都是从晶体中截取下来的大小、形状完全相同的___________。
晶胞中微粒数的求算——长方体(正方体)形晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
1.
最小的结构重复单元
平行六面体
2．
8个
4个
2个
1
         如何区别晶体与非晶体？
提示　晶体与非晶体的区别

【慎思1】
注意：(1)晶体有规则的几何外形，但有规则几何外形的不一定是晶体。如玻璃、塑料等相关制品不是晶体；
(2)同一物质有时是晶体，也有时是非晶体。如晶体SiO2和非晶体SiO2。

         晶胞类型和晶体密堆积的关系？
提示　

【慎思2】
         如何认识晶胞？

【慎思3】
         均摊法的应用如何去把握呢？
提示　均摊法的知识要点。

【慎思4】



④晶胞内的原子不与其他晶胞分享。





晶体微粒对晶胞贡献


(1)晶体定义：内部粒子(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。如：食盐、干冰、金刚石等。
(2)非晶体定义：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体物质。如：橡胶、松香、玻璃等。
特别提醒：注意晶体和非晶体都是针对固体来说的。

1．晶体与非晶体
晶体的特征
晶体形成的一般途径：a.熔融态物质凝固；b.气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)；c.溶质从溶液中析出。

2．
对于晶体来说，许多物理性质：如导电性、导热性、膨胀系数、折光率、硬度、光学性质等，因研究角度不同而产生差异，即为各向异性。好比同一幅图案来说，从不同的方向审视，也会产生不同的感受。
晶体具有特定的对称性。
特别提醒：晶体的特征除了具有规则几何外形、各向异性、对称性外，还具有固定的熔、沸点等其他特征。

晶体的分类
根据晶体内部微粒的种类和微粒间的相互作用的不同，可将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。
对于常见的晶体，例如：氯化钠是Na＋与Cl－通过离子键形成的晶体称为离子晶体；金属铜是以金属键为基本作用所形成的晶体，称为金属晶体；金刚石是碳原子间完全通过共价键形成的晶体称为原子晶体；冰是水分子间通过分子间相互作用形成的晶体称为分子晶体。
特别提醒：关于晶体四种类型的划分要把握住两点：“微粒种类”和“微粒间相互作用”不同。

3．
晶体结构的堆积模型
对密堆积原理的理解应注意：各类晶体的构成微粒为什么尽可能采取密堆积的形式形成晶体？晶体的构成微粒采取密堆积的形式形成晶体可以提高空间利用率，降低体系能量，整个体系的能量越低，所形成的晶体就越稳定。
(1)等径圆球的密堆积
由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球的密堆积方式有A3型最密堆积和A1最密堆积。

4．
特别提醒：在A1和A3型结构的金属单质晶体中，每个金属原子的配位数均为12，即每个原子是与12个原子(同一密置层中六个原子，上、下层中各三个原子)相邻接。这两种堆积方式是在等径圆球密堆积中最紧密的，配位数最高，空隙最小。

(2)非等径圆球的密堆积
由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球采取等径圆球密堆积，小球填入大球的空隙。
在分子晶体中，由于范德华力没有方向性和饱和性，因此分子间尽可能采取密堆积方式，但分子的排列与分子形状有关，例如干冰中直线形的二氧化碳分子在空间是以A1型密堆积方式形成晶体的。
原子晶体中微粒间以共价键结合进行堆积时，由于共价键具有方向性和饱和性，就决定了原子周围的其他原子的数目和堆积方向是一定的，所以原子晶体不符合密堆积原理。

特别提醒：(1)密堆积模型适合于靠无方向性的化学键形成的晶体。
(2)分子晶体由于不是等径圆球，而是有一定的形状和结构，因此分子晶体采取尽可能密堆积的结构。但有些分子晶体分子间靠氢键结合形成晶体，如苯甲酸晶体、冰等。氢键是有方向性的，因此与原子晶体类似，一个分子周围其他分子的数目和位置是一定的，不采取密堆积结构。

        金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法中正确的是                  (　　)。



A．图(a)为非密置层，配位数为6
B．图(b)为密置层，配位数为4
C．图(a)在三维空间里堆积可得镁型和铜型
D．图(b)在三维空间里堆积仅得简单立方

【例1】?
解析　金属原子在二维空间里有两种排列方式，一种是密置层排列，一种是非密置层排列。密置层排列的空间利用率高，原子的配位数为6，非密置层的配位数较密置层小，为4。由此可知，图中(a)为密置层，(b)为非密置层。密置层在三维空间堆积可得到镁型和铜型两种堆积模型，非密置层在三维空间堆积可得简单立方和钾型两种堆积模型。所以，只有C选项正确。
答案　C

    Ⅰ.下列叙述不属于晶体特性的是          (　　)。
A．有规则的几何外形 
B．具有各向异性
C．有对称性
 D．没有固定熔点
Ⅱ.将金属对应的晶胞类型与其实例进行连线：
晶胞类型　　　　　　实例
体心立方                Mg
六　　方               Cu
面心立方                 K
【体验1】?
解析　Ⅰ.晶体具有规则的几何外形、各向异性、对称性三大特性，所以晶体有固定的熔点。
Ⅱ.面心立方最密堆积的典型实例是Cu、Ag、Au、Ca、Al、Pt等；体心立方堆积的代表金属是Li、Na、K、Ba、Fe等 ；常见的采用六方最密堆积方式的金属有Mg、Zn、Ti等。
答案　Ⅰ.D

Ⅱ.


晶胞定义：晶胞是晶体中最小的结构重复单元。晶胞都是从晶体结构中截取下来的大小、形状完全相同的平行六面体。
由A3密堆积中可以划分出六方晶胞，从A1密堆积中可以划分出立方面心晶胞。
整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞无隙并置而成，所谓无隙是指相邻晶胞之间没有任何间隙，所谓并置是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。晶胞是具有代表性的体积最小的平行六面体。

1．
晶体与晶胞的关系好比蜂巢与蜂室的关系






特别提醒：对晶胞的理解主要抓住两点：它是晶体中最小的结构重复单元这一关键点，可用蜂巢和蜂室的关系比喻晶体和晶胞的关系。晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。

晶胞中的微粒数的求法
晶体中微粒的排列具有周期性，其中最小的结构重复单元称为晶胞，利用分摊法可以确定一个晶胞中的粒子数，进而确定晶体的化学式。
分摊法的知识要点

2．





④晶胞内的原子不与其他晶胞分享。





特别提醒：解题时首先观察晶胞的结构，然后利用分摊法解题。

        钛酸钡的热稳定性好，介电常数高，在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。钛酸钡晶体的结构示意图如右图，它的化学式是           (　　)。
【例2】?
A．BaTi8O12          B．BaTi4O6
C．BaTi2O4              D．BaTiO3








答案　D

熟练应用晶胞中微粒数的求算方法非常重要。
        有一种钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如图所示，顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式为        (　　)。
A．Ti14C13          B．TiC
C．Ti4C4          D．Ti4C3





答案　A
【体验2】?
          区分晶体与非晶体有人认为：可以依据是否有规则的几何外形，是否具有各向异性，是否有固定的熔点。而有人认为：区分晶体与非晶体的最可靠的方法是对固体进行X—射线衍射实验。你怎么认为？
答案　晶体和非晶体的本质区别：固体中的微粒在三维空间里是否呈周期性有序排列，即晶体呈现自范性，这是组成晶体的微粒在微观空间里周期性有序排列的宏观表现。玻璃不属于晶体，却可以通过人工干预，加工成不同的几何形状。因此，通过几何外形来判断晶体和非晶体就不十分可靠。
【案例1】
晶体有单晶和多晶之分。由一个晶核各向均匀生长而成的晶体为单晶(如冰糖、单晶硅)，其内部的粒子呈现周期性有序排列，可以表现出各向异性。多晶体是由很多单晶体杂乱聚结而成，失去了各向异性。所以，我们便不能通过各向异性来区分多晶体和非晶体。
有些晶体存在缺陷，也不一定就有固定熔点。所以根据是否具有固定熔点也只能粗略地判断某固体是不是晶体。
X—射线衍射实验是从微观上对晶体结构进行测定，可以得到晶胞的大小，因此是区分晶体和非晶体的最科学可靠的方法。

          石墨的片层结构如图所示，试回答：





(1)每个正六边形平均由________个碳原子构成。
(2)石墨晶体每一层内碳原子数与碳—碳化学键之比是____________。
(3)n g碳原子可构成____________个正六边形。
【案例2】