【直播回放】选择性必修二：晶体的基本概念+晶胞+分子晶体+共价晶体|0基础...
有了杰哥，
横扫化学，
做回卷王！
物质的聚集状态
1 . 20世纪前，人们以为分子是所有化学物质能够保持其性质的最小粒子，物质固、液、气三态的相互转化只是分子间距离发生了变化。
2 . 20世纪初，通过 X 射线衍射等实验手段，发现许多常见的晶体中并无分子，如氯化钠、石墨、二氧化硅、金刚石以及各种金属等。
3．气态和液态物质不一定都是由分子构成。如等离子体是由电子、阳离子和电中性粒子（分子或原子）组成的整体上呈电中性的气态物质；离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质。
4．其他物质聚集状态，如晶态、非晶态、塑晶态、液晶态等。
晶体：内部微粒在三维空间里呈周期性有序排列而构成的具有规则几何外形的固体。
非晶体：内部微粒排列呈相对无序状态，不具有规则几何外形的固体。
晶体可分为：离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体。
晶体的自范性是指：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质。或者说，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，这称为晶体的自范性。 晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发地成长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面体。这一特征称之为晶体的自范性。
晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。
晶体自范性的条件是:生长速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。如：玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成的，而水晶则是热液缓慢冷却形成的。
晶体自范性的体现：如缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体晶体。
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晶体的特点
1．自范性：
（1）定义：在适宜的条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的几何多面体外形，这称为晶体的自范性。
（2）形成条件：晶体生长的速率适当。
（3）本质原因：晶体的自范性是晶体中原子、分子和离子等微粒在三维空间里呈现周期性有序排列的宏观表现。相反，非晶体中微粒的排列则相对无序，因而无自范性。
例如，
自然界中存在的各种石英晶体（晶体 SiO2 )，它们几乎都具有对称的六角形棱柱状的外形，
而玻璃、玛瑙（非晶体 SiO2）等就没有天然的、有规则的外形。
晶体呈自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。熔融态物质冷却凝固，有时得到晶体，但凝固速率过快，常常只得到看不到多面体外形的粉末或没有规则外形的块状物。水晶球是岩浆里熔融态的 SiO2 侵入地壳内的空洞冷却形成的。剖开水晶球，它的外层是看不到晶体外形的玛瑙，内层才是呈现晶体外形的水晶。不同的是，玛瑙是熔融态 SiO2 快速冷却形成的，而水晶则是熔融态 SiO2 ，缓慢冷却形成的。
各向异性是指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。各向异性是材料和介质中常见的性质，在尺度上有很大差异，从晶体到日常生活中各种材料，再到地球介质，都具有各向异性。值得注意的是，各向异性与非均匀性是从两个不同的角度对物质进行的描述，不可等同。
特殊各向异性
横观各向同性
当物体内部存在一个对称轴时，在垂直于对称轴的平面内（横观方向）物体的性质在各个方向都相同，也就是说不具有方向性，这样的性质称为横观各向同性。横观各向同性介质内的各向同性面都相互平行。
各向同性
物体内部存在无限多个对称轴时，任意方向上的性质均相同，在整个介质内部均不具有方向性，这样的性质称为各向同性。例如几何学中常用的简单均质球体即为各向同性体。各向同性既可以看做是各向异性的对立性质，也可以看做是各向异性的特殊情况。
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2．各向异性：晶体内部微粒的排列呈现周期性，而不同方向上的微粒排列情况是不同的。因此，在晶体中，不同的方向上具有不同的物理性质，如导电性、导热性、硬度、解理性"等，这称为晶体的各向异性。
例：石墨在与层平行的方向上的电导率数值约为在与层垂直的方向上的电导率数值的1万倍。云母晶体各个方向解理性不同，若沿两层平面的平行方向施加外力就容易剥离，若沿着垂直于平面的方向剥离就困难得多；非晶体在各个方向上的物理性质都一致，显各向同性。例如，玻璃的折光率、热膨胀系数等，一般不随测定的方向而改变。
3．晶体有固定的熔点。
4．外形和内部质点排列的高度有序性。
区分晶体和非晶体最好的方法： X ﹣ 射线衍射。
补充：晶体结构的测定方法
(1）直接法
直接通过实验得到 X 射线衍射强度，利用一系列数学处理推导出结构因子的相角，实现了直接和自动化测定晶体结构，成为当前测定小分子结构的主流方法。
(2）试差法（模型法）
试差法是利用晶体的对称性和其他性质以及结构规则，对所研究的结构提出合理的模型，然后从理论上计算晶体的衍射强度，再把计算值与实验值进行比较，并经过多次修正模型，使计算值与实验值尽可能符合实际。
晶体的其他基本性质
晶体的基本性质是由晶体内部质点成周期性排列的结构决定的。
均一性：体中各部分的化学组成、密度等都是相同的。
对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上存在有规律的重复，就是对称性。
最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比较，其内能最小。
稳定性：由于晶体具有最小内能，所以结晶状态是一个相对稳定的状态。
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晶体与非晶体的辨别
获得晶体的途径
1．熔融态物质凝固。
2．气态物质冷却不经液态直接凝固（ 凝华 ）。
3．溶质从溶液中析出。
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彩蛋结束，正片开始！———晶胞篇！！！
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晶胞
1．概念：描述晶体结构的基本单元。
2．晶胞与晶体的关系
一般来说，晶胞都是平行六面体，
整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞"无隙并置"而成。
(1) “无隙” 是指相邻晶胞之间无任何间隙。
(2) “并置” 是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
(3）所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。
晶胞中粒子数目的计算：均摊法
晶胞中粒子数目的计算：均摊法确定晶胞中粒子的个数
若晶胞中某个粒子为 n 个晶胞所共用，则该粒子有属于这个晶胞。
下图是长方体形（正方体形）晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献
与Na+最近的Cl- --- 6个 与Na+最近的Na+ --- 12个
“六棱柱晶胞”～“六方最密堆积”の高中生噩梦
如果你做题做到这种晶胞，莫忧莫惧！硬着头皮做下去就是了！
奇哥原话：不要强调不可知，要从已知推未知！
晶体的有关计算
1．计算类型
(1）计算晶胞中微粒的数目，进而求晶体的化学式。
(2）计算晶胞的质量，进而计算晶体的密度。
(3）计算晶胞中微粒间的距离或晶胞参数。
2．计算原理
(1）求化学式。
根据均摊法（切割法）计算出一个晶胞中所含微粒的数目，求出晶胞所含微粒个数的最简整数比，从而写出晶体的化学式。
(2）计算密度。利用公式 ρ = (N•M) / (NA•V) ，
式中 N 与晶胞的组成有关； M 为晶体的摩尔质量； NA 为阿伏加德罗常数； V 为晶胞的体积，其单位为cm^3 ；ρ 为晶体的密度，其单位为 g • cm^(-3)。
(3）计算晶胞参数。立方体晶胞中可利用
公式 V = m / ρ =（ N • M ） / （NA • ρ）
V = a^3 ，可得 a = √[（ N • M ） / （NA • ρ ）] 。
由晶胞参数可进一步计算出微粒间的距离。
已知某化合物的晶体是由如图所示（自己找去）的最小结构单元密置堆积而成，下列关于该化合物的叙述错误的是（ )
A .1 mol 该化合物中含有1 mol Y
B .1 mol 该化合物中含有3 mol Cu
C .1 mol 该化合物中含有3 mol Ba
D .该化合物的化学式是 YBa2Cu3O7
【本题解析（想看我解析？自己听去！）】
分子晶体的概念
1．分子晶体的概念
只含分子的晶体，或者分子间以分子间作用力结合形成的晶体叫分子晶体。
2．分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用
构成微粒→分子
微粒间的作用力→分子间作用力
分子内各原子间→共价键
常见的典型分子晶体
3．常见的典型分子晶体
(1）所有非金属氢化物：如 H2O 、 H2S 、 NH3 、 CH4 、 HX （卤化氢）等。
(2）部分非金属单质：如 X2（卤素单质）、O2 、H2 、 S8 、
P4 、C60 、稀有气体等。
(3）部分非金属氧化物：如 CO2 、SO2 、NO2 、P4O6 、P4O10等。
(4）几乎所有的酸：如 H2SO4 、 HNO3 、 H3PO4 、H2SiO3等。
(5）绝大多数有机物：如苯、四氯化碳、乙醇、冰醋酸、蔗糖等。
4．分子晶体的物理性质
(1）分子晶体熔、沸点较低，硬度很小（多数分子晶体在常温时为气态或液态）。
(2）分子晶体不导电。
(3）分子晶体的溶解性一般符合"相似相溶规律。
分子晶体的结构特征
常见分子晶体的结构分析：冰晶体
结构：冰晶体中，水分子间主要通过氢键形成晶体。由于氢键具有一定的方向性，一个水分子与周围四个水分子结合，这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样，每个 O 原子周围都有四个 H 原子，其中两个 H 原子与 O 原子以共价键结合，另外两个 H 原子与 O 原子以氢键结合，使水分子间构成四面体骨架结构。
另补充：均摊法还适用于计算氢键的数目。
冰中一个水分子周围有4个水分子，1个水分子与4个水分子形成氢键，而每个氢键为2个水分子所共有，因此平均每个水分子形成2个氢键，18 g (1 mol ）冰中含有2 mol 氢键。
性质：
由于氢键具有方向性，冰晶体中水分子未采取密堆积方式，这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙。
当冰刚刚融化成液态水时，水分子间的空隙减小，密度反而增大，超过4℃时，分子间距离加大，密度逐渐减小。
常见分子晶体的结构分析：干冰
结构：固态 CO2 称为干冰，干冰也是分子晶体。CO2 分子内存在 C = O 共价键，分子间存在范德华力，CO2 的晶胞呈面心立方体形，立方体的每个顶角有一个 CO2 分子，每个面上也有一个 CO2 分子。每个 CO2 分子与12个 CO2 分子等距离相邻（在三个互相垂直的平面上各4个或互相平行的三层上，每层上各4个）。
性质：
干冰的外观很像冰，硬度也跟冰相似，熔点却比冰低得多，在常压下极易升华，在工业上广泛用作制冷剂；
由于干冰中的 CO2 之间只存在范德华力不存在氢键，密度比冰的高。
共价晶体的概念
1．共价晶体的概念：
相邻原子间以共价键相结合形成共价键三维骨架结构的晶体。
2．共价晶体中的粒子及粒子间的相互作用
共价晶体的构成微粒：原子
共价晶体中微粒间的作用力：共价键
常见的典型共价晶体
3．典型的共价晶体
(1）某些单质：如硼（ B )、硅（ Si )、锗（ Ge )、金刚石等。
(2）某些非金属化合物：如碳化硅（ SiC )、二氧化硅（SiO2)、
氮化硼（ BN )、氮化硅（ Si3N4 ）等。
(3）极少数金属氧化物，如刚玉（ α - Al2O3 ）等。
4．物理性质
(1）共价晶体中，由于各原子均以强的共价键相结合，
因此一般熔点很高，硬度很大，难溶于常见溶剂，一般不导电。
(2）结构相似的共价晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点越高。
常见的典型共价晶体：金刚石
1．在金刚石晶体中每个碳原子周围紧邻的碳原子有4个，每个碳原子都采取sp3杂化；
所有的 C — C 键长相等，键角相等，键角为 109°28' 。
2．晶体中每个 C 参与了4个 C — C 键的形成，
而在每个键中的贡献只有一半，
故金刚石中1 mol C 原子含 C — C 键数目为 2 NA 。
3．整块金刚石晶体就是以共价键相连的三维骨架结构。
其中最小的环是六元环。
4．在金刚石晶胞中占有的碳原子数8。
常见的典型共价晶体：二氧化硅
1．在 SiO2 晶体中，每个硅原子均与4个氧原子结合；
每个氧原子与2个硅原子结合；
在 SiO2 晶体中硅原子与氧原子个数之比是1：2。
2 . 在 SiO2 晶体中，每个硅原子形成4个共价键；
每个氧原子形成2个共价键。
3．在 SiO2 晶体中，最小环为十二元环，有6个硅原子和6个氧原子。
4．硅原子个数与 Si 一 O 共价键个数之比是1：4；
氧原子个数与 Si — O 共价键个数之比是1：2。
即答：数呗！数最小的环！
