高中化学晶体课件

晶体化学探讨晶体材料的结构、性质和应用了解晶体的基本概念及其在科学技术、生活中的广泛应用晶体定义及特点晶体概念晶体特点形成过程晶体是具有规则的、重复性的内部结构的固晶体具有固定的几何形状、密集的原子或离晶体是由原子、分子或离子有序排列而成的体物质晶体具有一定的几何形状和性质，子排列、高度有序的内部结构等特点,这些固体物质,通常是从液态或气态通过结晶过是物质的重要状态之一特点决定了其独特的物理和化学性质程形成的晶体的形成结晶条件1晶体的形成需要满足一定的温度、压力和浓度条件,使物质达到过饱和状态核化过程2在过饱和溶液中,溶质分子会聚集形成微小的晶核,为进一步生长提供基础晶体生长3晶核吸收周围的溶质分子,不断长大成为肉眼可见的晶体晶体呈几何规则的外形晶体的分类离子晶体共价晶体分子晶体金属晶体由正负电荷离子组成的三维有由共享电子形成的三维有序结由分子之间通过较弱的分子间由自由移动的价电子与正离子序结构,如盐类、金属氧化物构,如金刚石、二氧化硅等具力相互结合形成的有序结构,如核组成的有序结构,具有良好的等具有高熔沸点和硬度有极高的熔沸点和硬度冰、二氧化碳等熔沸点较导电和导热性能低离子晶体高熔点电绝缘体离子晶体由正负离子通过强大的离子晶体中的离子间结合很紧密,静电吸引力结合而成,因此通常具难以移动,所以大多数离子晶体是有很高的熔点良好的电绝缘体高硬度离子迁移离子键结合力强,离子晶体一般都当温度升高时,离子晶体中的离子具有高硬度和脆性例如钻石和会发生有限的迁移,导致电导率上氯化钠食盐升共价晶体结构特点代表性物质12共价晶体由相同或不同种类的典型的共价晶体有金刚石、石原子通过共价键作为主要化学墨、二氧化硅、碳化硅等键构成,原子排列有规则的空间周期性性质特点应用领域34共价晶体通常具有高硬度、高共价晶体广泛应用于电子、机熔沸点以及较差的导电性械、建材等领域,如金刚石用作切割工具、碳化硅用作耐高温陶瓷等分子晶体结构特点典型例子分子晶体由分子分子之间的弱相互作用如氢键和范德华力形成,分冰晶、硫磺、冰醋酸等都是典型的分子晶体这些物质的晶体结子之间保持相对独立性这使得分子晶体在一般情况下易溶于有构由分子之间的弱相互作用所决定机溶剂,并具有相对较低的熔点金属晶体金属原子排列密堆积结构晶体缺陷金属晶体由亲密排列的金属原子组成,呈现金属晶体通常采用面心立方FCC、体心立金属晶体中存在点缺陷、线缺陷和面缺陷等有序的三维周期性结构这种原子排列方式方BCC或六方密堆积HCP等高度对称的结构缺陷,这些缺陷会影响晶体的力学和电赋予金属材料独特的机械、电学和热学特密堆积结构,使金属具备高强度和导电性等学性质,在材料改性和加工中起重要作用性优异性能晶体结构晶体具有有序排列的原子或分子组成的固体结构这种有序排列是由原子间或分子间的化学键所决定的晶体结构的描述包括晶胞、晶格和晶系等几何特征晶体的性质和用途都与其独特的结构密切相关晶胞和晶格晶胞晶格晶胞是重复单元,代表晶体的基本晶格是由平移对称重复有序排布结构单元由晶格点和晶格点之的晶胞组成的三维周期性结构间的原子或离子组成,是描述晶体可用三个晶格参数a、b、c和三个结构的最小单元夹角、、来描述αβγ晶格点晶格点是重复单元的晶胞顶点所在的位置,呈规则的三维空间排列确定晶格点的位置可以描述整个晶体结构晶系和晶体参数晶系定义晶体参数晶系与晶体参数123晶系是根据晶体内部原子或离子的排描述晶体形状和大小的三个基本长度不同晶系有不同的晶体参数限制掌列方式而划分的基本单位晶体可以a、b、c和三个基本角度α、β、γ握这些关系有助于理解和分析各类晶分为七大晶系这六个参数构成晶体参数体晶体的化学键离子键共价键金属键氢键和范德华力离子晶体由正负离子相互吸引共价晶体由相同或不同原子间金属晶体由自由移动的价电子分子晶体由极性分子之间的氢而形成,具有高熔点和硬度,如共享电子而形成,如金刚石和组成,形成类似于电子海的结键或非极性分子之间的范德华氯化钠NaCl硅晶体构,具有高导电性力相互作用而形成离子键正离子离子键是由金属元素失去电子形成的正离子与非金属元素吸收电子形成的负离子之间的静电吸引力负离子负离子具有高度电负性,能够有效吸收周围金属元素失去的电子,形成稳定的离子化合物离子键离子键是强烈的化学键,形成了高度稳定的离子化合物,广泛应用于日常生活和工业中共价键原子共享电子分子结构稳定共价键是由两个原子通过分享电共价键为分子提供了强有力的结子而形成的化学键这种电子共合力,使分子保持固定的几何构型,享使两个原子都达到稳定的电子从而增强了分子的稳定性构型高能量键合共价键是一种强化学键,需要大量能量才能打破这也使得共价键化合物通常具有高熔点和沸点金属键电子共享金属中的价电子可以自由移动,形成电子云,这种电子共享使金属原子之间产生金属键晶体结构金属晶体中,金属原子有规则地排列成晶格,这种有序排列使金属具有很高的机械强度导电性金属中自由移动的价电子使金属具有很高的导电性,这是金属的重要性质之一氢键和范德华力氢键范德华力12氢键是一种特殊的偶极-偶极相范德华力是分子间的弱引力,源互作用,发生在含有氢原子且与于瞬时偶极矩的相互作用,作用高电负性原子（如氧、氮、卤距离较大,但强度较弱素）直接相连的分子之间作用比较3氢键比范德华力强,能够影响分子的结构、熔点、沸点等性质,是形成许多生物大分子结构的关键力晶体的性质密度熔点和沸点硬度晶体的密度取决于其化学组成和原子排列方晶体的熔点和沸点反映了它们的化学键强晶体的硬度与原子间化学键的强弱以及晶格式,是一个重要的物理性质密度高的晶体度,是决定晶体相态的关键因素高熔点和结构的紧密程度有关硬度高的晶体通常应通常较硬且化学性质较稳定沸点通常意味着更强的化学键用于刀具和磨料等领域密度

3.

1411.3金刚石金属铅高密度元素密度很高的金属晶体

0.

92.6冰石英低密度的分子晶体常见的共价晶体物质晶体的密度反映了其原子和分子的排列紧密程度密度高的晶体如金刚石和金属晶体具有更紧密的原子结构而分子晶体如冰的密度相对较低晶体的密度主要取决于其化学组成和结构形式熔点和沸点熔点物质从固态转变为液态时的温度不同物质的熔点各不相同，反映了它们分子间相互作用的强弱一般来说，分子间作用力越强的物质，熔点越高沸点物质从液态转变为气态时的温度不同物质的沸点也各不相同，反映了它们分子间相互作用的强弱分子间作用力越强的物质，沸点通常越高晶体的性质硬度-晶体的硬度是指晶体表面抵抗外力变形或破坏的能力这个性质与晶体内部原子或离子的结构紧密相关一般来说，离子键结晶体和共价键结晶体的硬度较高，分子结晶体和金属结晶体的硬度较低导电性晶体结构对导电性的影响离子晶体一般为绝缘体，共价晶体通常为半导体或绝缘体，金属晶体具有很好的导电性影响因素粒子间形成的键类型、键强度、键的连接方式以及电子的自由度等都是影响导电性的关键因素应用举例金属晶体被广泛应用于导线、电极和导电部件制造，共价晶体半导体在电子产品中有重要应用晶体的光学性质晶体由于其有序的原子或分子排列,具有独特的光学特性不同类型的晶体会表现出各种有趣的光学效应,如双折射、色散、偏振等这些光学性质在光学仪器、激光技术、电子信息等领域都有广泛应用晶体的应用工业应用生活应用科研应用医疗应用晶体在工业生产中广泛应用,晶体也被广泛应用于日常生晶体在科研中有着广泛用途,一些晶体材料在医疗领域有特如用于制造电子设备、光学仪活,如水晶制品、宝石等丰如用于研究物质的结构和性殊用途,如制造骨科植入物、器等晶体材料具有优异的电富多彩的晶体装饰品为生活增质,以及开发新材料先进的人工晶体等医用晶体材料需学、光学和机械性能,在工业添美感,为人们带来愉悦体晶体制备技术为科学研究提供要满足生物相容性和功能性要中发挥重要作用验重要工具求离子晶体应用食用盐玻璃制品离子晶体如氯化钠NaCl作为重要的离子晶体如硅酸盐可制造玻璃,用于生食用盐广泛应用于日常生活产各种玻璃制品电池电极建筑材料离子晶体如氧化铜可用作电池的正极离子晶体如石灰石广泛用作建筑材料,材料,提供电能如水泥和砖块共价晶体应用半导体器件结构材料12共价晶体如硅和锗广泛应用于金刚石、碳化硅等硬质共价晶集成电路、太阳能电池等电子体被用作耐磨、耐高温的结构设备中材料光学器件催化剂34二氧化硅等共价晶体可制成光钻石和石墨等共价晶体在化纤和光学窗口,用于光通信和光工、能源等领域发挥重要的催学设备化作用分子晶体应用制冷剂电子元件医药用途固体二氧化碳干冰是一种便捷的分子晶体许多有机分子晶体材料被用作电子元件,如一些药物分子可形成稳定的晶体结构,有助制冷剂,广泛应用于各种行业它冷却效果有机发光二极管OLED显示屏它们具有于药物的储存和运输这些分子晶体在医药好、易于储存和运输高亮度、低功耗等优点行业有广泛应用金属晶体应用建筑结构电子设备金属晶体如钢铁和铝合金广泛应金属晶体如铜和银在电子产品中用于高楼大厦、桥梁和其他建筑用作导电材料,确保电流顺畅传结构中,提供强度和耐腐蚀性输此外,金属也用于制造电磁设备首饰装饰厨房用具金属晶体如黄金、白金和银因其金属晶体如不锈钢广泛用于制造独特的光泽和可塑性,常用于制作厨房刀具、餐具和烹饪器皿,因其各种珠宝首饰和装饰品耐用性和易清洁的特点晶体的制备和生长化学反应1通过化学反应过程制备晶体物理方法2利用物理方法生长大型晶体工艺控制3精细控制温度、压力等条件晶体的制备和生长是一个精细复杂的过程,需要掌握化学反应、物理方法以及精细的工艺控制通过精心设计的反应条件和生长环境,我们可以制备出各种形态和性质的优质晶体,满足各种应用需求晶体生长方法溶液生长通过缓慢溶液浓缩或温度变化诱导晶体从溶液中析出和生长熔融生长通过慢慢降温使熔融物质逐步结晶生长大型单晶气相生长利用化学气相沉积或昇华等方式从气相中析出形成晶体水热生长在高温高压条件下,物质在水溶液中缓慢结晶成大型单晶晶体培养技术恒温恒压1精确控制温度和压力环境缓慢成长2慢慢成长以获得更大、更规则的晶体种子晶体3使用已有的晶体作为种子核洁净环境4在无尘室中进行培养以避免杂质晶体培养技术是指利用各种物理化学方法，在特定的温压条件下，从溶液或熔体中逐步生长出完整的晶体的过程关键在于精细地控制温度、压力、溶液浓度等参数,并在洁净环境中缓慢成长,以获得理想的晶体形状和尺寸种子晶体的使用也是有效的方法总结通过学习晶体化学的基础知识,我们对晶体的定义、形成、分类、结构、性质以及应用有了更深入的认识掌握这些知识有助于我们更好地理解和应用各种晶体材料,为未来的学习和工作打下坚实的基础。