晶体结构与性质答案（共8篇）
晶体结构与性质答案 篇1
晶体结构与性质教案(二)
（四）原子晶体 1、定义：相邻原子间以共价键相结合而形成空间立体网状结构的晶体。 （1）构成原子晶体的粒子是原子； （2）原子晶体的粒子间以较强的共价键相结合； （3）原子晶体熔化破坏的是共价键。 2、常见的原子晶体 （1）某些非金属单质：金刚石（C）、晶体硅（Si）、晶体硼（B）、晶体锗（Ge）等。 （2）某些非金属化合物：碳化硅（SiC）晶体、氮化硼（BN）晶体等。 （3）某些氧化物：二氧化硅（SiO2）晶体。 3、原子晶体的物理特性 在原子晶体中，由于原子间以较强的共价键相结合，而且形成空间立体网状结构，所以原子晶体具有： （1）熔点和沸点高； （2）硬度大； （3）一般不导电； （4）且难溶于一些常见的溶剂。 【思考4】为何CO2熔沸点低？而破坏CO2分子却比SiO2更难？ 因为CO2是分子晶体，SiO2是原子晶体，所以熔化时CO2是破坏范德华力而SiO2是破坏化学键。所以SiO2熔沸点高。破坏CO2分子与SiO2时，都是破坏共价键，而C―O键能>Si-O键能，所以CO2分子更稳定。 【思考5】怎样从原子结构角度理解金刚石、碳化硅和锗的熔点和硬度依次下降？ 因为结构相似的原子晶体，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体熔点越高，所以熔点和硬度有如下关系：金刚石＞碳化硅＞锗。 4、原子晶体的结构 （1）金刚石晶体 ①金刚石中每个C原子以sp3杂化，分别与4个相邻的C 原子形成4个σ键，故键角为109°28′，每个C原子的配位数为4； ②每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1+4×1/4 =2个碳原子； ③在金刚石中最小的环是六元环，1个环中平均含有6×1/12=1/2个C原子，含C-C键数为6×1/6=1； ④金刚石的晶胞中含有C原子为8个，内含4个小正四面体，含有C-C键数为16。 （2）二氧化硅晶体 ①二氧化硅中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键； ②晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为6×1/6=1，拥有的O原子数为6×1/6=1，拥有的Si-O键数为12×1/6=2，则Si原子数与O原子数之比为1：2。 【思考6】原子晶体的化学式是否可以代表其分子式？ 不能。因为原子晶体是一个三维的.网状结构，无小分子存在。 【思考7】以金刚石为例，说明原子晶体的微观结构与分子晶体有哪些不同？ （1）组成微粒不同，原子晶体中只存在原子，没有分子。 （2）相互作用不同，原子晶体中存在的是共价键。 5、原子晶体熔、沸点比较规律 对于原子晶体，一般来说，原子间键长越短，键能越大，共价键越稳定，物质的熔沸点越高，硬度越大。 【比较归纳】原子晶体与分子晶体的比较 分子晶体 原子晶体 构成微粒 分子 原子 晶体内相互作用力 分子间作用力（含极性、氢键） 共价键 硬度、熔沸点 低 高 熔、沸点变化规律 （1）对于组成结构相似的物质，相对分子质量（2）极性分子非极性分子（3）氢键作用 键长、键能 化学式能否表示分子结构 能 不能 【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的判断方法 （1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断：原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。 （2）记忆常见的、典型的原子晶体。 （3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高，常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百度以下至很低的温度。 （4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 （5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大，分子晶体硬度小且较脆。晶体结构与性质答案 篇2
硅灰石 (β-CaSiO3) 为钙的偏硅酸盐矿物, 是一种新兴的工业矿物原料。目前硅灰石主要用于陶瓷工业, 其次用作冶金保护渣和涂料, 也可用作电焊条药皮、石棉代用品、磨料粘结剂、玻璃配料以及生产橡胶、塑料、绝缘材料、纸张的填料。
β-CaSiO3是以固体形式存在和使用, 所以CaSiO3的晶体结构和电子结构对研究其稳定性、基础性能 (如力学性能、介电性能等) 很有帮助。目前, 已利用第一性原理研究计算了钙钛矿结构CaSiO3晶体[1,2]的几何优化及力学和热性能。但对三斜结构β-CaSiO3 晶体的电子结构、光学性质报导不多, J.M.Henriques等[3]用LDA方法计算了β-CaSiO3晶体的电子结构和光学吸收。对β-CaSiO3成键情况及光学介电函数的计算几乎未见报导。因此, 本研究拟用CASTEP[4]量化计算模块的LDA和GGA方法计算β-CaSiO3的几何结构、能带结构, 对比两者的计算结果;并用GGA法计算态密度、Mulliken电荷分布、光学特性, 为探讨β-CaSiO3的成键情况和介电性能 (介电损耗和介电常数) 提供理论基础。
1 计算方法
利用总能量平面波赝势方法将离子势用赝势替代, 电子波函数通过平面波基组展开, 电子-电子相互作用的交换和相关势由局域密度近似 (LDA) 或广义梯度近似 (GGA) [5]进行校正, 这是目前较准确的电子结构计算的理论方法。在DFT中, 单电子运动的薛定谔方程按原子单位可表示为:
undefined
undefined
式中:Zq为核电荷, r为绕核运动的电子的位置矢量, Rq为两核之间的距离, ρ (r) 为电子密度, V (r) 为外势场, ϕi (r) 和εi分别为单电子的波函数和能量, ni为本征态的电子占有数。式 (1) 中第一项为体系中有效电子动能;第二项为体系中原子核对电子的吸引库仑势, 采用超软赝势 (Ultrasoft pseudopotentials, USP) 来描述离子实与价电子之间的相互作用 (Ca:3s23p64s2, Si:3s23p2, O:2s2 2p4) ;第三项为电子库仑势;第四项为交换相关势, 采用LDA/GGA算法。在模拟过程中, 采用周期性边界条件, 单电子轨道波函数满足布洛赫 (Bloch) 定理, 以平面波基组展开为:
ϕik (r) =uik (r) exp (ik·r) (3)
式中:u (r) 函数具有与晶格相同的周期性, k是第一布里渊区内的波矢。
在倒易的k空间中, 平面波截止能 (Ecut) 选取为310eV, 系统总能量和电荷密度在布里渊区 (Brillouin) 的积分计算依据Mokhorst-Pack[6]选择k网格点为3×3×3, 以保证体系能量和构型在准完备平面波基水平上的收敛。 在自洽场运算中采用Pulay密度混合法, 自洽场设为5×10-7eV/atom。在对模型的结构优化中采用BFGS算法, 优化参数有4个:原子间的相互作用力的收敛标准设为0.1eV/nm;单原子能量的收敛标准设为5×10-6eV/atom;晶体内应力的收敛标准设为0.02GPa;原子最大位移收敛标准设为5×10-3 nm。程序对4个参数同时进行优化, 结构优化完成的标志是4个参数均达到收敛标准。
2 结果与讨论
2.1 晶胞结构
X射线衍射分析显示[7], β-CaSiO3晶体为三斜结构, 皮尔森为aP30, 空间群为undefined。每个单元晶胞有6个CaSiO3组, 共30个原子。在β-CaSiO3晶体中, [SiO4]四面体共棱形成平行于b轴的链, Ca原子穿插在其中。Si-O键长为0.152～0.164nm, Ca-O键长为0.23～0.24nm, 如图1所示。
本研究在实验测试的基础上分别采用LDA/CA-PZ、GGA/PBE方法优化了CaSiO3晶体结构, 其结果如表1所示。优化后自洽精度与体系能量收敛较好, 均小于设定标准, 体系总能量达到最小。
比较以上两种优化方法可以看出GGA/PBE的优化结果: (1) β-CaSiO3晶体能量最低, 其结构最稳定; (2) 晶胞体积与X射线衍射法所测的体积相比, LDA法相对误差为-3.62%, GGA法相对误差为1.91%。其原因是, LDA法高估了原子之间的相互作用力和键长, 而用GGA法计算更接近实验值, 其中b值与实验值一致。因此, 采用GGA/PBE方法优化的结构较合理。
2.2 电子结构
用GGA和LDA近似计算了β-CaSiO3晶体费米面附近的能带结构 (如图2所示) 以及总态密度和分态密度 (如图3所示) 。由图3可见, 电子的能量范围为-40～10eV。费米能级EF (0eV) 以上的导带处态密度来自Ca 3d 轨道和少量的Ca 4s、Si 3p、Si 3s、O 2p轨道, 属于反键轨道。费米能级EF (0eV) 以下的价带处态密度大致分为4组, A组能量分布在0～-5eV, 主要来自O 2p、Si 3p轨道和少量的O 2s、Si 3s、Ca 3d轨道的贡献;B组能量分布在-9～-6eV, 主要来自O 2p、Si 3p轨道和少量的O 2s、Si 3s轨道的贡献;C组能量分布在-15～-20eV, 主要来自Ca 3p、Si 3p、Si 3s和O 2s轨道及少量的O 2p轨道的贡献;D组能量为-36eV, 主要来自Ca 3s和Si 2s轨道的贡献。
由图3的DOS图可见, Si 3p和O 2p在价带顶处 (0～-5eV) 严重重叠, 表明Si 3p和O 2p强烈杂化, Si-O之间形成了共价键;而Ca 3p和O 2p态重叠较少, 因此Ca-O健以离子键为主。导带的最小值位于G点, 价带最大值位于Q点, 表明β-CaSiO3为间接带隙晶体, 其中Eg (LDA) =5.53eV、Eg (GGA) =5.18eV (见图2) , 与Henriques[7]用LDA方法计算的间接带隙5.43eV较接近。但计算的带隙值仍然偏低主要是由于GGA与LDA都存在Eg计算值偏低的普遍性问题。本研究用LDA法计算的带隙值比用GGA法计算的带隙值大, 原因是在用GGA法计算中过高地估计了Ca 4s的能量, 造成Ca 4s与O 2p的相互作用增大, 结果使价带带宽增大, 带隙偏低, 但这并不影响对CaSiO3电子结构的理论分析。鉴于此, 以下的Mulliken电荷分布和光学特性均采用GGA法计算。
2.3 Mulliken电荷分布
虽然Ca的价电子为3s23p64s2, 但在CaSiO3晶体中, 价电子不仅占据了3s、3p、4s 轨道, 另外还有部分电子分布在d轨道, 如表2所示。由表2可见, CaSiO3晶体中的Si失去了2.09个电子, 表明在CaSiO3晶体中Si带正电荷。O的电荷分布为s和p轨道分别占据1.86和5.25个电子, 表明O吸引了1.11个电子。成键前单个Ca的价电子为10个电子, 而CaSiO3晶体中的Ca离子在s、p、d轨道分别占据2.14、6.00、0.62个电子, 表明Ca失去1.24个电子, 带正电荷。Ca有少量3d轨道电子, 表明其s、p、d轨道参与了成键。因此, CaSiO3晶体的成键并不仅是单纯的离子键, 还具有少量的共价键特性。从布居值也可以看出, Ca-O的布居值为0.08, 主要的键为离子键;Si-O的布居值为0.68, 重叠性较强, 为共价键。以上分析与能带和PDOS图谱的分析一致。
2.4 光学吸收
吸收系数表示光波在介质中单位传播距离光强度衰减的百分比。图4为β-CaSiO3的理论吸收系数。
从图4可看出, β-CaSiO3吸收区的起始端为5.1eV, 在5.1～7.8eV之间光学吸收随着光子能量的增加而增强, 主要是由O 2p价带电子跃迁到Ca 4s导带引起的;当光子能量为8.0～12eV, 光子吸收随着光子能量的增加而减弱, 对应的跃迁主要来自于价带的p电子到Ca 3d态的跃迁。吸收主峰对应的能量为7.9eV、23.1eV和26.1eV。同时, 在5.3eV、7.8eV、8.0eV、8.3eV、8.6eV、8.8eV、10.1eV有小的吸收峰。
3 结论
基于密度泛函理论, 采用平面波赝势技术对β-CaSiO3晶体的晶体结构进行了优化, 并计算了β-CaSiO3晶体的能带结构、态密度和Mulliken电荷分布。优化后的晶体结构数据接近实验值。Mulliken电荷分布表明在β-CaSiO3晶体中存在Ca-O、Si-O键。Ca-O成键的布居值为0.08, 表明该键为离子键;Si-O成键的布居值为0.68, 重叠性较强, 为共价键。当光子能量分别为7.9eV、23.1eV和26.1eV时, 光学吸收较强。折射系数的实部在光子能量为6.91eV时取得最大值, 其中n (0) =1.64。介电函数的实部在光子能量为6.65eV取得最大值, 其中光频介电常数ε1 (0) =2.68。
参考文献
[1] Jung D Y, Oganov A R.Ab initio study of the high-pressure behaviour of CaSiO3 perovskite[J]. Phys Chem Miner, 2005, 32 (2) :146
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[6] Monkhorst H J, Pack J D.Special points for Brillouin-zone integrations[J].Phys Rev B, 1976, 13 (12) :5188
晶体结构与性质 篇3
例1 从下列各物质中，选出符合题目要求的填空：①CH4 ②SiO2 ③CaCl2 ④H2O ⑤NH4Cl ⑥I2 ⑦Na ⑧金刚石 ⑨KOH ⑩Na2O2 11SiC 12Ar 13NH3 14CH3COOH
1. 含有离子键的是 ；含有共价键的是 ；既有离子键又有共价键的是 ；含有金属键的是 。
2. 属于离子化合物的是 ；属于共价化合物的是 。
3. 属于离子晶体的是 ；属于分子晶体的是 ；属于原子晶体的是 。
解析 1. 离子键是阴、阳离子之间强烈的静电作用，一般是由活泼的金属与活泼的非金属形成的（包括铵盐），故③⑤⑨⑩中含有离子键；共价键是相邻的原子之间通过共用电子对作用形成的，一般由非金属元素和非金属元素形成，故①②④⑤⑥⑧⑨⑩111314含有共价键；由此得出⑤⑨⑩既含离子键又含共价键；金属键是由金属阳离子和自由电子形成的，故只有⑦。
2. 含有离子键的化合物属于离子化合物，故③⑤⑨⑩为离子化合物；仅含有共价键的化合物属于共价化合物，故①②④111314为共价化合物。
3. 离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体，故③⑤⑨⑩为离子晶体；分子间以分子间作用力相结合的晶体为分子晶体，故①④⑥121314为分子晶体；原子晶体是指相邻原子之间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体，故②⑧11为原子晶体。
点拨 1. 掌握几种晶体的概念，从成键微粒及微粒间的作用判断化学键类型和晶体类型； 2. 识记常见的典型晶体； 3. 可以根据晶体的性质判断，如常温下不导电而加热融化后能导电的一般为离子晶体，硬度很大、熔点较高的晶体一般为原子晶体。
二、晶体之间熔沸点的比较
例2 下列物质按熔、沸点高低顺序排列不正确的是（ ）
A．二氧化硅>金刚石>碳化硅>晶体硅
B．碘化氢>溴化氢>氯化氢>氟化氢
C．氯化钠>氯化钾>氯化铷>氯化铯
D．金刚石>氯化钾>钠>干冰
解析 A选项，物质均为原子晶体，键能大小为：金刚石（C－C）＞二氧化硅（Si－O）＞碳化硅（Si－C）＞晶体硅（Si－Si），正确；B选项，物质均为分子晶体，由于氟化氢含有氢键，不能按照式量由大到小顺序排列，错误；C选项，物质均为离子晶体，阴离子相同，阳离子电荷相同，且半径由钠离子到铯离子逐渐增大，离子键减弱，正确；D选项，物质依次为原子晶体、离子晶体、金属晶体和分子晶体，正确。
答案 B
点拨 1. 若晶体类型不同，一般情况下，原子晶体＞离子晶体＞金属晶体＞分子晶体。
2. 若晶体类型相同，则有：
（1）离子晶体中，结构相似时，离子半径越小，离子电荷越高，离子键就越强，熔沸点就越高；
（2）原子晶体中，原子半径小的，键长短，共价键的键能大，熔沸点越高；
（3）分子晶体中（含氢键的除外，如NH3、H2O、HF），分子组成和结构相似时，相对分子质量越大，分子间作用力就越强，熔沸点就越高；
（4）金属晶体中，离子半径越小，离子电荷越高，金属键就越强，熔沸点就越高。合金的熔沸点比它的各成分金属的熔点低。
三、晶体的空间结构
例3 在氯化钠晶体中（如图），假若钠离子与周围最近的氯离子的距离为a，则每个钠离子周围最近且等距离的氯离子有 个，钠离子有 个，钠离子之间的距离为 。
解析 选取立方体中心的钠离子分析（选任意一个位置的钠离子都可以分析），与它距离最近的氯离子分别是：处于顶面中心的一个氯离子、中间同平面的四个氯离子和底面中心的一个氯离子，共有六个氯离子（钠离子和这些氯离子的距离均为a）；同样，与它距离最近的钠离子分别是处于顶面正方形四条边中点上的四个钠离子、中间同平面正方形顶点上的四个钠离子和底面正方形四条边中点上的四个钠离子，共有4×3=12个钠离子，且钠离子和这些钠离子处于一个小正方形的对角线上，距离均为[2a]。
点拨 晶体微粒的排列一般都是有序的且呈现周期性。一般采用直接观察或计算的方法来求晶体微粒的个数，有时也可以采用叠加堆积（如金属晶体的简单立方堆积和体心立方堆积等）或者拆分隔离的方法来计算。
四、晶体化学式的推算
例4 现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如下图所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为 ；乙的化学式为 ；丙晶体的化学式为 ；丁晶体的化学式为 。
[甲][乙][丙][丁]
解析 晶胞甲中，A处于晶胞中心，1个，B处于顶点，8×[18]=1个，所以甲的化学式为AB；晶胞乙中，C处于中心，1个，D处于顶点，4×[18]=[12]个，所以乙的化学式为C2D；晶胞丙中，E、F均处于顶点，4×[18]=[12]个，所以丙的化学式为EF；晶胞丁中，X处于中心，1个，Y处于面上，6×[12]=3个，Z处于顶点，8×[18]=1个，所以丁的化学式为XY3Z 。
点拨 1.“均摊法”计算来推断化学式：
一个体内质点占1；一个面心质点占[12]；
一个棱上质点占[14]；一个晶胞顶点占[18]。
2. 晶体结构图形解题思路：找出晶体中结构单元（晶胞）→分析一个原子被几个结构单元共用→图中结构单元中拥有的原子数目×[1n]（[n]表示几个结构单元共用）→一个结构单元平均占有几个原子。
【练习】
1. 下列说法正确的是（ ）
A．能导电的晶体一定是离子晶体
B．晶体中含有阳离子就一定含有阴离子，含有阴离子就一定含有阳离子
C．含有共价键的晶体一定是分子晶体，分子晶体中一定含有共价键
D．氯化钠熔化时，离子键未被破坏
E．CO2的熔沸点比SiO2低，说明C—O键弱于 Si—O键
F．冰熔化时水分子中共价键未发生断裂
2. 下列说法正确的是（ ）
A．冰融化时，分子中H—O键发生断裂
B．原子晶体中，共价键的键长越短，通常熔点就越高
C．金属晶体的熔沸点一定大于分子晶体
D．分子晶体中，共价键键能越大，该分子的熔沸点就越高
3. 如右图所示，晶体硼的基本结构单元都是由硼原子组成的正二十面体的原子晶体，其中含有20个等边三角形和一定数目的顶角，每个顶角上各有一个原子，观察图形回答：这个基本单元由 个硼原子组成，键角是 ，共含有 个B—B键。
[碳原子][钾原子]4. 石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，钾原子填充在石墨各层碳原子中。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写作CxK，其平面图形如图，则[x]值为 （ ）
A．8 B．12
C．24 D．60
5. 有一种蓝色晶体，它的结构特征是Fe3+ 和Fe2+互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN-位于立方体的棱上。其晶胞结构如右图所示。
（1）根据晶体结构特点，推出其化学式 ；（用最简单整数表示）
（2）此化学式带何种电荷？用什么样的离子（用Mn+表示）与其结合成电中性的化合物？写出此电中性化合物的化学式： ；
【参考答案】
1. F 2. B 3. 12； 60°； 30 4. A
5. （1）[Fe（Ⅲ）Fe（Ⅱ）（CN）6]－
晶体结构与性质答案 篇4
1D链状Zn(Ⅱ)配位聚合物的合成、晶体结构及发光性质
采用水热方法合成了一维链状Zn(Ⅱ)-1,3,5-均苯三甲酸-phen配合物:{[Zn(C11H8O6)(H2O)phen]・C2H5OH}n, 对该化合物的`单晶进行X-射线衍射分析.结构分析结果表明该化合物属于三斜晶系, P-1 空间群, 晶胞参数为a=0.914 7(2) nm, b=1.019 4(3) nm,c=1.341 7(4) nm, α=80.539(4)°, β=84.461(4)°, γ=89.074(3)°,V=1.228 2(6)nm3, Z=2, Dcalc=1.476 g・cm-3, F(000)= 564, R1=0.055 0, wR2= 0.140 4.在该化合物中, 每个Zn2+的配位环境为变形八面体, 而每个配体1,3,5-均苯三甲酸通过其2个羧基连接2个Zn2+形成一维链状结构.2条1D链进一步通过氢键作用形成了具有1维双链结构的超分子化合物.测定了配合物的UV,IR及荧光光谱,并进行分析指认和讨论.
作 者：牛淑云 李野 金晶 迟玉贤 NIU Shu-yun LI Ye JIN Jing CHI Yu-xian 作者单位：辽宁师范大学,化学化工学院,辽宁,大连,116029 刊 名：辽宁师范大学学报（自然科学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF LIAONING NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 31(2) 分类号：O614.241 关键词：Zn(Ⅱ)配合物 1D链状 晶体结构 发光晶体结构与性质答案 篇5
一、金属的物理性质 1.金属光泽
由于金属原子以最紧密堆积状态排列，内部存在自由电子，所以当光线投射到它的表面上时，自由电子吸收所有频率的光，然后很快放出各种频率的光，这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。此外，金显黄色、铜显赤红色、铋为淡红色、铯为淡黄色以及铅是灰蓝色，这是因为它们较易吸收某一频率的光之故。金属光泽只有在整块时才能表现出来，在粉末状时，一般金属都呈暗灰色或黑色。这是因为在粉末状时，晶格排列得不规则，把可见光吸收后辐射不出去，所以为黑色。
2.金属的导电、导热性
大多数金属具有良好的导电性和导热性。善于导电的金属也善于导热，按照导电和导热能力由大到小的顺序，将常见的几种金属排列如下：
Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、Pb、Hg 3.金属的延展性
金属的延展性导致金属具有良好的变形性，但也有少数金属，如锑、铋、锰等，性质较脆，没有延展性。
4.金属的密度
锂、钠、钾比水轻，大多数其他金属密度较大。5.金属的硬度
金属的硬度一般较大，但它们之间有很大差别。有的坚硬如铬、钨等；有的却可用小刀切割，如钠、钾等。
6.金属的熔点
金属的熔点一般较高，但高低差别较大。最难熔的是钨，最易熔的是汞和铯、镓。汞在常温下是液体，铯和镓在手上受热就能熔化。
二、金属与非金属的比较 三、一发吊千钧的金属晶须
一种胡须那样细的金属晶须，竟能吊起千钧的重量！
在提高金属材料强度的试验过程中，科学家们惊奇地发现，一种胡须状的铁晶须（直径为1.6微米，只有头发丝粗细的1/50～1/40），它的抗拉强度竟能达到13400兆帕，是工业纯铁的70多倍，比超高强度钢高出4～10倍。如果用这样的铁晶须编织成半径为1毫米的线材，能安全地吊起一辆4吨重的载重卡车。这种铁晶须堪称金属世界中的“大力士”。
经现代的X射线衍射技术显示，晶须内部的原子完全按照同样的方向和部位排列。这是一种没有任何缺陷的理想晶体。因其全部原子各就各位，阵容排列整齐，组成了一道坚不可摧的防线，故只有当外力增加到使一部分原子相对于另一部分原子作整体移动时，才能产生塑性变形或断裂。而在一般金属中，虽说总体上原子是有规则排列的，但局部地方，一些原子的排列并不规则，因而，晶体构造中产生了缺陷。晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三大类。点缺陷是指在晶体空间中，长、宽、高三个方向都存在很小的缺陷，如有的位置上缺少原子（称为空位），另一些位置上有多余原子（称为间隙原子），或有外来原子溶入（称为异类原子）等。线缺陷是指在晶体中某处有一列或几列原子发生了有规律的错排现象（称为位错）。面缺陷主要指在晶粒和晶粒之间的交界面（称为晶界）上，原子呈不规则排列。因此，对一般金属而言，只要使少数原子发生短距离的移动，就可以像“千里之堤，溃于蚁穴”那样导致塑性变形或断裂，因而表现出较低的强度。
目前，人们已能制造出一些极细的金属晶须，可用它们编织成较大的线材，或让晶须作为增强材料与其他材料组合成复合材料，这些新材料已在生产中获得了可喜的应用。
需要说明的是，金属和非金属单质，以及氧化物、碳化物、氮化物等化合物都能用来制造晶须。目前人们已利用几十种单质材料（如铁、铜、镍等金属和石墨）以及数十种化合物（如碳化硅、氮化硅、三氧化二铝等）制出了晶须。
想一想，议一议：
晶须的存在，显示了大幅度提高金属强度的可能性。目前，金属材料的强度潜力远远没有充分发挥。如果我们能有效地减少金属的晶体缺陷，制造出可供直接应用的理想晶体，那么，世界将会变得怎么样呢？
《物质结构与性质》教学反思 篇6
在初中阶段所学化学用语主要是元素符号、化学式、化学方程式等概念的建设，这些又是众多化学用语的基础，所以初中阶段化学用语的学习则显得尤为重要，但是又显得凌乱，学生很难建设出基本概念的知识网络。学习《物质结构与性质》时，学生更重要的是理解所学化学用语的涵义，做到“名”与“实”结合，形成基本概念系统，培使学生的抽象思维中建设出基本化学素养。化学用语是代表物质的组成、结构和变化的一系列符号或图式，化学用语不仅代表化学事物，且表达特定化学概念，让学生理解化学用语的涵义，把符号、图式与物质的特征、化学反应发生和现象结合起来，丰富联想线索，减少机械记忆，增加理解记忆，减轻学生的记忆负担，提高记忆效率。
从微观世界了解物质的组成是本书的教学重点也是难点。学生需要先对元素的实体----原子的结构建立起基本和清楚的认识之后，才能探讨元素之间存在怎样的规律性联系（本质是元素的原子结构属性之间的联系），教学反思《《物质结构与性质》教学反思》。对于原子结构，我们只要求学生掌握几代科学家建立的原子结构模型，而对于不同种的原子具体结构我们在这里不做强调，并扩展到离子与分子的涵义是元素周期表的科学本质是在原子结构水平上对元素性质及其规律性联系的认识成果。而元素周期表，以及电离能，电负性等性质的周期性变化的解读对于学生了解元素的化合价以及物质化合的化学式的书写都有很大的帮助。对于学生来说，并没有建立起用原子结构的观点理解、分析元素性质的联系，所以原子结构、元素的化合价、化合物的化学式等都成为了孤立的知识点。
其实《物质结构与性质》是在分析元素周期表，将元素周期表“立体化”，要求学生会用表，能从表中找出相应的信息，如原子的符号、质子数、相对原子质量，以及在此基础上的如何计算中子数，会计算相对分子质量、物质中各元素质量之比或元素在改物质中的质量分数等等。有能力的学生还可以在此基础上分析概括一类元素（同一族）的特点，使得对其产生的离子以及化合物有更深的认识。可以要求能力强的学生从物质看到元素，从元素看到原子，从原子看到原子结构，从原子的孤立构成看到核电荷数、原子半径、核外电子、最外层电子数及其之间的关系，再看到这些原子结构属性与得失电子能力以及氧化还原性之间的初步关系，并对晶体类型进一步地了解。
晶体结构与性质答案 篇7
间苯二甲酸稀土配合物的合成、结构与性质
采用水热法合成和组装具有发光性能的`稀土金属配合物分子体系,得到了稀土与间苯二甲酸(H:isophth)配合物[Ln2(isophth),(H2O)].(Ln=Eu,Tb)),这两个配合物都属于单斜晶系P2(1)/n点群.其x射线单晶衍射表明,两个Ln离子处于不同的配位环境中,Eu(1)和Tn(1)离子分别处于9配位的五角双锥和8配位双帽三棱柱配位构型,而Eu(2)和Tb(2)则处于7配位的单帽四方棱柱构型.荧光测试结果表明:二者呈现出较好的荧光性能.
作 者：劳雁妮 杨仕平LAO Yan-ni YANG Shi-ping 作者单位：上海师范大学,生命与环境科学学院,上海,34刊 名：上海师范大学学报(自然科学版) ISTIC英文刊名：JOURNAL OF SHANGHAI NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCES)年，卷(期)：38(2)分类号：O641.4关键词：问苯二甲酸 Tb Eu 水热合成 晶体结构 荧光 benzendicarboxylic acid terbium europium hydrothermal synthesis crystal structure fluorescences
晶体结构与性质答案 篇8
硅衬底上Zn1-xMgxO薄膜的结构与光学性质
采用脉冲激光法(PLD)在Si衬底上沉积Zn1-xMgxO薄膜.x射线衍射(XRD)表明薄膜为c轴取向,(002)峰的半高宽仅为0.211°,且没有MgO的相偏析.透射电子显微镜可以清楚看到Zn1-xMgxO薄膜的c轴择优取向.在选区电子衍射图中可以看到Zn1-xMgxO结晶薄膜整齐的`衍射斑点.室温下对Zn1-xMgxO薄膜进行了光致荧光光谱分析,发现其带边发射峰相对ZnO晶体有0.4eV的蓝移,带边发射峰与杂质发射峰的强度之比高达159.Zn1-xMgxO结晶薄膜质量良好,显示了应用于光电器件的潜力.
作 者：邹璐 汪雷 黄靖云 赵炳辉 叶志镇 作者单位：浙江大学硅材料国家重点实验室,杭州,310027刊 名：物理学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA年，卷(期)：52(4)分类号：O4关键词：Zn1-xMgxO合金薄膜 硅衬底 脉冲激光沉积法 c轴取向 光致荧光光谱