高二化學(xué)分子晶體和原子晶體知識(shí)點(diǎn)
(一)分子晶體:
構(gòu)成晶體的微粒間通過(guò)分子間作用力相互作用所形成的晶體,稱為分子晶體。分子晶體中存在的微粒是分子,不存在離子。較典型的分子晶體有非金屬氫化物,部分非金屬單質(zhì),部分非金屬氧化物,幾乎所有的酸,絕大多數(shù)有機(jī)物的晶體等。
分子晶體中存在的相互作用力主要是分子間作用力,它是分子間存在著一種把分子聚集在一起的作用力,叫做分子間作用力,也叫范?曰?力。分子間作用力只影響物質(zhì)的熔沸點(diǎn)、硬度、密度等物理性質(zhì),分子晶體一般都是絕緣體,熔融狀態(tài)不導(dǎo)電。
對(duì)于某些含有電負(fù)性很大的元素的原子和氫原子的分子,分子間還可以通過(guò)氫鍵相互作用。氫鍵的形成條件:它是由已經(jīng)與電負(fù)性很強(qiáng)的原子形成共價(jià)鍵的氫原子與另一分子中電負(fù)性很強(qiáng)的原子之間的作用力形成,(它不屬于化學(xué)鍵)一般表示為 X?DH…Y。這種靜電吸引作用就是氫鍵。氫鍵同樣只影響物質(zhì)的熔沸點(diǎn)和密度,對(duì)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有影響
分子晶體的結(jié)構(gòu)特征:
沒(méi)有氫鍵的分子密堆積排列,如CO2等分子晶體,分子間的作用力主要是分子間作用力,以一個(gè)分子為中心,每個(gè)分子周圍有12個(gè)緊鄰的分子存在。
還有一類分子晶體,其結(jié)構(gòu)中不僅存在分子間作用力,同時(shí)還存在氫鍵,如:冰。此時(shí),水分子間的主要作用力是氫鍵,每個(gè)水分子周圍只有4個(gè)水分子與之相鄰。稱為非密堆積結(jié)構(gòu)。
說(shuō)明:
1、分子晶體的構(gòu)成微粒是分子,分子中各原子一般以共價(jià)鍵相結(jié)合。因此,大多數(shù)共價(jià)化合物所形成的晶體為分子晶體。如:部分非金屬單質(zhì)、非金屬氫化物、部分非金屬氧化物、幾乎所有的酸以及絕大多數(shù)的有機(jī)物等都屬于分子晶體。但并不是所有的分子晶體中都存在共價(jià)鍵,如:由單原子構(gòu)成的稀有氣體分子中就不存在化學(xué)鍵。也不是共價(jià)化合物都是分子晶體,如二氧化硅等物質(zhì)屬于原子晶體。
2、由于構(gòu)成晶體的'微粒是分子,因此分子晶體的化學(xué)式可以表示其分子式,即只有分子晶體才存在分子式。
3、分子晶體的微粒間以分子間作用力或氫鍵相結(jié)合,因此,分子晶體具有熔沸點(diǎn)低、硬度密度小,較易熔化和揮發(fā)等物理性質(zhì)。
4、影響分子間作用力的大小的因素有分子的極性和相對(duì)分子質(zhì)量的大小。一般而言,分子的極性越大、相對(duì)分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強(qiáng)。
5、分子晶體的熔沸點(diǎn)的高低與分子的結(jié)構(gòu)有關(guān):在同樣不存在氫鍵時(shí),組成與結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增大,分子間作用力增大,分子晶體的熔沸點(diǎn)增大;對(duì)于分子中存在氫鍵的分子晶體,其熔沸點(diǎn)一般比沒(méi)有氫鍵的分子晶體的熔沸點(diǎn)高,存在分子間氫鍵的分子晶體的熔沸點(diǎn)比存在分子內(nèi)氫鍵的分子晶體的熔沸點(diǎn)高。
6、分子晶體的溶解性與溶劑和溶質(zhì)的極性有關(guān):一般情況下,極性分子易溶于極性溶劑,非極性分子易溶于非極性溶劑?D?D這就是相似相溶原理。
(二)原子晶體:
相鄰原子間以共價(jià)鍵相結(jié)合而形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體稱為原子晶體。構(gòu)成原子晶體的微粒是原子,微粒間的相互作用力是共價(jià)鍵,由于共價(jià)鍵的鍵能比分子間作用力要大得多,因此原子晶體具有很高的熔沸點(diǎn)和硬度,一般不導(dǎo)電(硅屬于半導(dǎo)體材料),一般不溶于溶劑等性質(zhì)。
1、常見(jiàn)的原子晶體有:金剛石、晶體硅、二氧化硅和碳化硅等。
2、原子晶體中原子間以共價(jià)鍵相互連接,但并不是存在共價(jià)鍵的晶體就是原子晶體。如:水、干冰等晶體都存在共價(jià)鍵,但它們屬于分子晶體。
3、判斷晶體類型的依據(jù):
(1)看構(gòu)成晶體的微粒種類及微粒間的相互作用。
對(duì)分子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是分子,微粒間的相互作用是分子間作用力;對(duì)于原子晶體,構(gòu)成晶體的微粒是原子,微粒間的相互作用是共價(jià)鍵。
(2)看物質(zhì)的物理性質(zhì)(如:熔、沸點(diǎn)或硬度)。一般情況下,不同類晶體熔點(diǎn)高低順序是原子晶體比分子晶體的熔、沸點(diǎn)高得多,硬度、密度也要大得多。
。3)依據(jù)導(dǎo)電性判斷: 分子晶體為非導(dǎo)體,但部分分子晶體溶于水后能導(dǎo)電; 原子晶體多數(shù)為非導(dǎo)體,但晶體硅、晶體鍺是半導(dǎo)體。
。4)依據(jù)硬度和機(jī)械性能判斷: 原子晶體硬度大,分子晶體硬度小且較脆。
5、CO2、SiO2都屬于第ⅣA族的氧化物,但兩者的熔沸點(diǎn)、硬度等物理性質(zhì)存在較大的差異,但CO2卻比SiO2穩(wěn)定得多:主要是因?yàn)镃O2是分子晶體,SiO2是原子晶體,所以熔化時(shí)CO2是破壞范德華力而SiO2是破壞化學(xué)鍵。所以SiO2熔沸點(diǎn)高。而破壞CO2分子與SiO2時(shí),都是破壞共價(jià)鍵,而C—O鍵能>Si—O鍵能,所以CO2分子更穩(wěn)定。
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