晶体的常识
选修二3.1.1晶体的常识
第一节 晶体的常识 第一课时
物质的聚集状态
物质的三态变化是物理变化，变化时克服分子间作用力或破坏 化学键，但不会有新的化学键形成。
固态
凝固
凝华
（放热）
（放热）
融化 升华
（吸热）（吸热）
液态
气化 （吸热） 气态
液化 （放热）
物质的聚集状态
物质的聚集状态
气态 等离子体
通常物质有三种存在状态,这
课堂练习4：计算下列晶胞中原子数目，确定化学式。
晶胞1 X：6/12=1/2 化学式：
Y：6/4+3/6=2 Z：1
X2ZY4
晶胞2
Mg：12/6+2/2=3 B:（在体内） 6
化学式： MgB2
课堂练习5：科学家发现了一种由钛原子和碳 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
Cl-数＝8×
1 8
+6 × 12＝4
一个晶胞含4个NaCl
氯化钠的化学式为NaCl
应用：根据晶胞确定化学式。
思考与讨论：
(1)晶胞有几套平行棱？有几套平行面？ 晶胞有三套各4根平行棱，有3套各两个平行面
(2)数一数，它们分别平均含有几个原子？
金属钠（Na）
1+8 1 =2 8
金属锌（Zn）
1+8 1 =2 8
外层冷却快，内层冷却慢；晶体生长速率适当 是保持自范性的条件之一。
晶体自范性的条件之一是生长的速率适当 玛瑙
水晶
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙是熔融态SiO2快速冷却形成——没有规则外形 水晶是熔融态SiO2缓慢冷却形成——有规则外形 思考：除了冷却的方法，还有没有其它途径得到晶体 内部：1
第一节-晶体的常识
（3）晶体具有固定的熔点
二、晶胞
1.晶胞：描述晶体结构的基本单元 2.晶胞的结构
晶胞都是平行六面体，上下左右前后无隙 并置排列着无数晶胞。
3.确定晶胞化学式的方法——均摊法
顶点占1/8
面占1/2
棱占1/4
氯化钠晶体
一个Na+吸引多少个 Cl－ ？ 6个
一个Cl－吸引多少个 Na+ ？ 6个 NaCl晶体中Na+ 与Cl－的离 子个数比为多少？︰1 1 与Na+等距离且距离最近的Na+为多少个？ 12个
与Cl－等距离且距离最近的Cl－为多少个？ 12个
二氧化碳结构模型
与二氧化碳距离最近且等距离的二氧化碳 有多少个？ 12个
第一节 晶体的常识
一、晶体与非晶体
1.晶体与非晶体的本质差异 自范性 晶体 有（能自发呈现多 面体外形） 没有（不能自发呈 现多面体外形）
具有规则的几何外 形的固体叫晶体
微观结构 原子在三维空间 里呈周期性有序 排列 原子排列相对无 序
非晶 体
2.晶体呈现自范性的条件
晶体生长的速率适当Fra bibliotek3.得到晶体的一般条件
（1）熔融态物质凝固
固体粉末仍是晶体， 只因晶粒太小，肉眼 看不到而已
（2）气体物质凝华
（3）溶质从溶液中析出
4.晶体的特点
（1）晶体的外形和内部质点排列高度有序
晶体SiO2与非晶体SiO2的投影示意图
（2）晶体具有各向异性
在晶体中，不同晶面和晶面上原子排列的方式不 同和密度不同，它们之间结合力的大小也不相同， 这种性质叫做晶体的各向异性
晶体结构与性质知识点
第三章晶体构造与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体① 晶体：是内部微粒〔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物质。
② 非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。
2、晶体的特征〔1〕晶体的根本性质晶体的根本性质是由晶体的周期性构造决定的。
① 自范性：a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。
b．“自发〞过程的实现，需要一定的条件。
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。
② 均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各局部都是一样的。
③ 各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。
④ 对称性：晶体的外形与内部构造都具有特有的对称性。
在外形上，常有相等的对称性。
这种一样的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。
晶体的格子构造本身就是质点重复规律的表达。
⑤ 最小内能：在一样的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比拟，其内能最小。
⑥ 稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。
⑦ 有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。
⑧ 能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。
X射线的波长与晶体构造的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。
利用这种性质人们建立了测定晶体构造的重要试验方法。
非晶体物质没有周期性构造，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
〔2〕晶体SiO2与非晶体SiO2的区别① 晶体SiO2有规那么的几何外形，而非晶体SiO2无规那么的几何外形。
② 晶体SiO2的外形与内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO2内部质点排列无序。
③ 晶体SiO2具有固定的熔沸点，而非晶体SiO2无固定的熔沸点。
④ 晶体SiO2能使X射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性构造，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
《晶体的常识》
1、什么是晶体？什么是非晶体？
晶体——具有规则几何外形的固体 非晶体——没有规则几何外形的固体 2、晶体有什么特点和性质？
（1） 晶体有自范性 （2）晶体具有各向异性 （3）晶体具有固定的熔点
3、晶体和非晶体的本质区别是什么？
构成固体的粒子在三维空间里是否呈现周 期性的有序排列
4.晶体形成的途径
(2)在该晶体中，氧、钙、钛的粒子个数比是________。 答案 (1)6 (2)3∶1∶1
答案
学生自主学习
课堂互动探究
学习效果检测
课时作业
4
73
8
51
62
1
5、下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和 Cl¯的个数比是多少？
该晶胞中有 4个Na+4个Cl-
1∶1
正六棱柱晶胞
顶点： 1/6 面心： 1/2 （上、下）棱：1/4 侧棱： 1/3
正确的是( A) A．ZXY3 C．ZX4Y8
B．ZX2Y6 D．ZX8Y12
4．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性 的最小单位结构如图所示。试回答：
(1) 在 该 晶 体 中 ， 每 个 钛 离 子 周 围 与 它 最 近 且 距 离 相 等 的 钛 离 子 有 ________个。
[课堂练习]
1.下列物质都是固体,其中不是晶体的 是( A )
①橡胶 ②水晶 ③冰 ④干冰 ⑤ 冰醋酸 ⑥石蜡 ⑦玻璃
A.①⑥⑦ B.①②⑦ C.②④⑤⑦ D.①③⑥⑦
2.晶体是一类非常重要的材料,在很多领域都 有广泛的应用。下列对晶体硅的叙述中正确的
是( C )
A.形成晶体硅的速度越快越好 B.晶体硅没有固定的熔点 C.可用X-射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃 D.晶体硅与非晶体的本质区别是有固定熔点
晶体常识
12 简单立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
13 体心立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
14 面心立方点阵
a=b=c，α=β=γ =90°
2.1.2 晶向指数和晶面指数
晶面（crystal plane）——晶体结构一系列原子所 构成的平面。
晶向（crystal directions）——通过晶体中任意两 个原子中心连成直线来表示晶体结构的空间的各个 方向。
距为负数则在指数上加一负号。
立方晶系中晶面指数示意图
立方晶系中两个晶面指数
晶面指数还有如下规律：
（1）某一晶面指数代表了在原点同一侧的一组想互平行且 无限大的晶面。
(2) 若晶面指数相同，但正负符号相反，则两晶面是以点 为对称中心，且相互平行的晶面。如（110）和（TT0）互相 平行。
(3) 凡晶面间距和晶面上原子分布完全相同，只是空间取 向 不 同 的 晶 面 ， 可 归 为 同 一 晶 面 族 （ crystal plane group），用{hkl}表示。如{100}包括（100）、（010）、 （001）、（T00）、（0T0）、（00T）。
的
七大晶系和十四种空间格子
七大晶系：
1.三斜晶系（triclinic system）：a≠b≠c，α≠β≠γ≠ 90° 2.单斜晶系（monoclinic system ）：a≠b≠c，α＝γ＝90°≠β 3.正交(斜方)晶系（orthogonal system ）：a≠b≠c，α＝β＝γ＝ 90° 4.四(正)方晶系（tetragonal system ）：a＝b ≠ c，α＝β＝γ＝90° 5.立方晶系（cubic system ）：a＝b＝c，α＝β＝γ＝90° 6.六方晶系（hexagonal system ）：a＝b ≠ c，α＝β＝90°，γ＝120° 7.菱形晶系（rhombohedral system）：a＝b＝c， α＝β＝γ≠90°
晶体常识(公开课)
某些晶体具有优异的物理性能，如耐高温、高强度、高硬度 等，可用于制造建筑材料，如耐火砖、玻璃纤维等。
饰品和工艺品
水晶、宝石等晶体具有独特的色彩和光泽，常被加工成各种 饰品和工艺品，如项链、手链、吊坠、耳环等。
晶体在工业生产中的应用
电子工业
晶体是制造电子元件的重要材料，如晶体管、集成电路等，能够实现电子信号的放大、传输和处 理等功能。
在结晶过程中，原子或分子会自 发地按照一定的规律排列，形成 稳定的晶体结构。
结晶过程可以通过降温、蒸发、 化学反应等方式实现，形成的晶 体结构可以通过实验手段进行表 征和观察。
03
晶体的应用
晶体在日常生活中的应用
1 2
3
光学仪器
晶体是制造眼镜、望远镜、显微镜等光学仪器的重要材料， 能够使光线发生折射、反射、衍射等现象，用于矫正视力、 观察微观世界等。
化学研究
晶体可用于研究化学反应机理和催 化剂性能等方面，能够提供反应过 程中的物质结构和化学键信息。
材料科学
晶体可用于研究新型材料和制备技 术，如纳米材料、复合材料等，有 助于推动材料科学的发展和应用。
04
晶体合成与生长
晶体合成与生长的基本原理
晶体是由原子、离子或分子在空 间按一定规律重复排列而成的固
晶体中的胶原蛋白和透明质酸等成分具有保湿、抗衰老等功效，可用于 护肤品和美容品中，改善皮肤质量和延缓衰老。
某些晶体具有抗氧化、清除自由基等生物活性，有助于延缓衰老和维护 人体健康。
THANKS
能源工业
晶体可用于制造太阳能电池板、核反应堆控制棒等，能够实现光能、热能等能源的转换和利用。
航空航天
某些晶体具有优异的力学性能和耐高温性能，可用于制造飞机、火箭等航空航天器的零部件。
高中化学选修3：晶体结构与性质知识点总结
一．晶体常识
1 ．晶体与非晶体比较
2 ．获得晶体的三条途径
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。
3 ．晶胞
晶胞是描述晶体结构的基本单元。
晶胞在晶体中的排列呈“无隙并置”。
4 ．晶胞中微粒数的计算方法 —— 均摊 法
如某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n属于这个晶胞。
中学中常见的晶胞为立方晶胞
立方晶胞中微粒数的计算方法如下：
注意：在使用“均摊法”计算晶胞中粒子个数时要注意晶胞的形状
二．四种晶体的比较
晶体熔、沸点高低的比较方法
（1）不同类型晶体的熔、沸点高低一般规律：原子晶体＞离子晶体＞分子晶体。
金属晶体的熔、沸点差别很大，如钨、铂等熔、沸点很高，汞、铯等熔、沸点很低。
（2）原子晶体
由共价键形成的原子晶体中，原子半径小的键长短，键能大，晶体的熔、沸点高．如熔点：金刚石＞碳化硅＞硅
（3）离子晶体
一般地说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，则离子间的作用力就越强，相应的晶格能大，其晶体的熔、沸点就越高。
（4）分子晶体
①分子间作用力越大，物质的熔、沸点越高；具有氢键的分子晶体熔、沸点反常的高。
②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，熔、沸点越高。
③组成和结构不相似的物质（相对分子质量接近），分子的极性越大，其熔、沸点越高。
④同分异构体，支链越多，熔、沸点越低。
（5）金属晶体
金属离子半径越小，离子电荷数越多，其金属键越强，金属熔、沸点就越高。
三．几种典型的晶体模型。
晶体结构与性质知识总结(完善)
3—1、晶体的常识一、晶体和非晶体1、概述——自然界中绝大多数物质是固体，固体分为和两大类.＊自范性——晶体能自发地呈现多面体外形的性质.本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。
＊晶体不因颗粒大小而改变，许多固体粉末用肉眼看不到规则的晶体外形,但在显微镜下仍可看到。
* 晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当，熔融态物质凝固速率过快常得到粉末或没有规则外形的块状物。
＊各向异性——晶体的许多物理性质如强度、热导性和光导性等存在各向异性即在各个方向上的性质是不同的二、晶胞1、定义——描述晶体结构的基本单元.2、特征-—（1）习惯采用的晶胞都是体，同种晶体所有的晶胞大小形状及内部的原子种类、个数和几何排列完全相同。
（2）整个晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置"而成。
<1〉所谓“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙；〈2> 所谓“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
3、确定晶胞所含粒子数和晶体的化学式——均摊法分析晶胞与粒子数值的关系(1）处于内部的粒子，属于晶胞，有几个算几个均属于某一晶胞。
（2）处于面上的粒子,同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞.（3)处于90度棱上的粒子，同时为个晶胞共有,每个粒子有属于晶胞.（4）处于90度顶点的粒子,同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于60度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞;处于120度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。
4、例举三、分类晶体根据组成粒子和粒子之间的作用分为分子晶体、原子晶体、金属晶体和离子晶体四种类型。
3—2、分子晶体和原子晶体一、分子晶体1、定义——只含分子的晶体。
2、组成粒子——。
3、存在作用—-组成粒子间的作用为（）,多原子分子内部原子间的作用为。
＊分子晶体中定含有分子间作用力，定含有共价键。
＊分子间作用力于化学键.4、物理性质（1）熔沸点与硬度-—融化和变形只需要克服，所以熔沸点、硬度,部分分子晶体还可以升华。
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并置：所有晶胞平行排列,取向相同。从一个晶 胞到另一个晶胞只需平移，不需转动。
无隙并 置
平行六 面体
特点：晶胞一般都是 平行六面体.晶胞在晶 体中“无隙并置”.
思考：
铜晶胞中平均含有4个铜原子，还是 14个呢？
2.计算晶胞中粒子数的一般方法—均摊法
如果某个粒子为n个晶胞所共有，则该粒子有1/n 属于这个晶胞.
晶体
微观结构
粒子在三维空 间里呈周期性 有序排列 粒子排列相 对无序
有
非晶体
没有
3.晶体的特点：
（1）自范性（晶体与非晶体的本质区别）
①定义：晶体能自发呈现多面体外形的性质。 ②晶体呈现自范性的条件：晶体生长速率适当。 （生成晶体的速率不能快、溶液的浓度不能过大、 温度不能变化过快） ③晶体呈现自范性的本质原因： 晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列 .
体心 1
思考
4 4 + 每个晶胞中平均有 个Na ？ 个Cl-？（位于顶
点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）
1 3
4
2
②.正六棱柱晶胞
注意：在使用均摊 法计算晶胞中粒子 个数时，首先要注 意晶胞的形状. 顶点： 1/6
面心： 1/2 （上、下）棱：1/4
中棱： 1/3
5、2001年报道硼和镁形成的化合物刷新 了金属化合物超导温度的最高记录。图 示的是该化合物的晶体结构单元：镁原 子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面 各有一个镁原子；六个硼原子位于棱柱 内。则该化合物的化学式可表示为 （ ） A、MgB C、Mg2B B、MgB2 D、Mg3B2
5、鉴别晶体和非晶体
（1）性质差异
如：外形、硬度、熔点、折光率
（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X-射 线衍射实验。
6.晶体 基本 类型
离子晶体 如：NaCl晶体
分子晶体
如：干冰
原子晶体 如：金刚石、SiO2 金属晶体
如：金属
晶体SiO2
非晶体SiO2
白鹅与黑鹅图案
此图案是由多少个小黑白天鵝图案组成的？
• 视频引入
吉 林 雾 凇 奇 观
食 盐 晶 体
明 矾 晶 体
水 晶
黄 水 晶 黄水晶
自然界中美丽的雪花
从外形上看这些固体有何不同？
一、晶体和非晶体
1.定义： 晶体——具有规则几何外形的固体（如：食盐、 冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石等） 非晶体——没有规则几何外形的固体（如：玻璃、 橡胶等） 又称玻璃体。
二﹑晶胞
1定义：描述晶体结构特征的基本单元叫做晶胞. （即晶体中的最小重复单元）
铜晶胞 晶体与晶胞的关系可用蜂巢与蜂室的关系比喻， 但蜂室是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。
蜂巢与蜂室
铜晶体
铜晶体
铜晶胞
金刚石的多面体外形， 晶体结构和晶胞示意图
说明：
①晶胞一般是平行六面体（人为规定）。
②晶体与晶胞的关系：整块晶体可看作数量巨 大的晶胞“无隙并置”而成。 无隙：相邻晶胞间无间隙;
······ ······ ······
晶体内部粒子排列
• 由于晶体内部各个方向上排列的质点的距离不 同，故而导致晶体各个方向上的物理性质也不一定 相同。即为晶体的各向异性。——同样反映了晶体 内部粒子排列的有序性。
4、获得晶体的三条途径
(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
例、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团 簇分子，如下图所示，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，它的化学式是 Ti14C13 。
解析：纳米材料或团簇分子指的是一个分子的具体 结构，并不是晶胞，不能采用均摊法分析，所以只 需数出该结构内各微粒的数目就可以了。
思考？
为什么晶体呈现规则的几何外形，而非晶体
没有规则的几何外形呢？
食 盐 NaCl晶体结构示意图： 晶 体
Cl-
Na+
金刚石晶体
结构示意图
玻璃结构示意图
非 晶 体
B M O Si
构成晶体与非晶体的微粒在空间的排列有何不同?
晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图
2、晶体与非晶体的本质区别
自范性
①中学常见的晶胞——平行六面体晶胞
粒子位于体心：整个粒子都属于该晶胞。
粒子位于面心：同为2个晶胞所共有， ½ 粒子属于该晶胞.
粒子位于棱上：同为4个晶胞所共有， ¼ 粒子属于该晶胞.
粒子位于顶点，同为8个晶胞所共有， 1/8粒子属于该晶胞.
总结 晶胞
平行六 面体
顶点 1/8
棱上 1/4
面心 1/2
（2）外形和内部质点的高度有序性
（3）晶体具有固定的熔点 （4）某些物理性质表现各向异性
（强度、导热性、光学性质等）
指同一晶体在不同方向上表现出不同 的物理性质
例如：石墨在与层垂直的方向上的导电率为与层平行方 向上导电率的1/10000 ；蓝晶石（Al2O3 · SiO2）在不同 方向上的硬度不同。