抓住知识的核心点,维构科学认知体系
《化学课程标准(实验)》指出:“《物质结构与性质》模块将从原子、分子水平上认识物质构成的规律,以微粒之间不同的作用力为线索,研究不同类型物质的性质”。在《原子晶体与分子晶体》这一节,我们要通过学习原子晶体与分子晶体的晶体结构特点与性质的关系,进一步理解物质的聚集状态的微观本质、化学反应过程能量变化的原因,同时培养和训练空间想像能力和三维空间的思维能力为大学《结构化学》的学习预留基础知识和基本能力上的接口。
《原子晶体与分子晶体》本节的主要内容为:原子晶体与分子晶体的晶体构成微粒、微粒间相互作用力;晶体的结构特点与性质之间的关系;晶体的空间结构特点。本节的学习要抓住知识的核心点对学习的内容进行整合,对知识之间的内在联系加以组织、理解,并把握其中本质性的规律,建立科学的知识网络。
原子晶体
原子晶体是相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体。它的结构特点为:构成粒子为原子,粒子间的作用为共价键。如果我们“以微粒之间不同的作用力为线索”进行分析:共价键是强烈的相互作用的化学键中的一种,改变晶体结构肯定要破坏共价键就需要消耗较多的能量——导致原子晶体性质为熔点和沸点高、硬度大,不导电,难溶于水。我们常见的原子晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼、二氧化硅、碳化硅、碳化硼、氮化硼等。需要特别提醒的是原子晶体中原子的空间排列有一定的规律性,但原子晶体中不存在单个的分子,没有分子式。如:SiO2是表示晶体中Si、O原子数目为1∶2的化学式。一般来说,原子晶体的原子半径越小,形成的共价键的键长越短,键能越大,其晶体熔沸点越高。如金刚石>碳化硅>晶体硅。
原子晶体的代表物金刚石的空间结构特点:
每个碳原子都以共价键与相邻的四个碳原子结合成空间网状结构。六个碳原子形成一个六元环,每个碳原子有被12个环共用。这些正四面体或六元环向三维空间延伸得到立体网状结构。
分子晶体
分子晶体是分子间以分子间作用力相结合而形成的晶体。它的结构特点为:构成粒子为分子,粒子间的作用为分子间作用力或氢键。如果我们同样“以微粒之间不同的作用力为线索”进行分析:分子间作用力广泛存在于分子之间是一种弱的电性作用,分子间作用力的作用力比化学键弱得多。氢键是一种比一般分子间作用力要大但比化学键还是要小得多的电性作用,能形成氢键的元素只有:N、O、F。改变分子晶体结构要破坏分子间作用力或氢键需要消耗的能量较少——导致分子晶体性质为硬度小、熔沸点低;晶体本身不导电,熔融状态也不能导电;其水溶液有的能导电,有的不能导电。我们常见的分子晶体有卤素、氧气、氢气等多数非金属单质(在固态时)、稀有气体、非金属氢化物、多数非金属氧化物、所有的酸等。分子晶体中分子内原子间也存在化学键,分子间作用力是决定物质物理性质的主要因素,而化学键是决定物质化学性质的主要因素。分子晶体比较分子间的作用力,分子间作用力越大,则晶体熔沸点越高,另含有氢键的物质熔沸点比不含氢键的物质高。一般说,分子的相对质量越大,分子间作用力越大。对有机物的同分异构体来说分子中支链数增加,分子间靠近程度减少,分子作用力减弱,其熔沸点相应减小。如正戊烷>异戊烷>新戊烷。
分子晶体的代表物干冰的空间结构特点:
每个CO2分子紧邻12个CO2分子,晶格的一个面上有5个CO2,还有一个CO2分子位于中央。
(本文在《中学生学习报·化学周刊》2005年第32期上发表)
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。