晶體化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí).ppt

晶體化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí) 第三節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理 1619年，開(kāi)普勒模型（開(kāi)普勒從雪花的六邊形 結(jié)構(gòu)出發(fā)提出：固體是由球密堆積成的） 開(kāi)普勒對(duì)固體結(jié)構(gòu)的推測(cè) 冰的結(jié)構(gòu) 密堆積的定義 密堆積： 由無(wú)方向性的金屬鍵、離子鍵和范德 華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等 微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分 利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。 密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢(shì) 能盡可能降低，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 常見(jiàn)的密堆積類型 最 密 非最密 常 見(jiàn) 密 堆 積 型 式 面心立方最密堆積（ A1） 六方最密堆積（ A3） 體心立方密堆積（ A2） 晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容的相互關(guān)系 晶 體 晶 體 結(jié) 構(gòu) 基 本 概 念 晶 體 類 型 及 其 性 質(zhì) 堆 積 類 型 面 心 立 方 最 密 堆 積 六 方 最 密 堆 積 體 心 立 方 密 堆 積 簡(jiǎn) 單 立 方 堆 積 最 密 堆 積 非 最 密 堆 積 密堆積原理是一個(gè)把中學(xué) 化學(xué)的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)容聯(lián)系 起來(lái)的一個(gè)橋梁性的理論 體系 。 1.面心立方最密堆積 (A1)和六方最密堆積 (A3) 從上面的等徑圓球密堆積圖中可以看出： 1. 只有 1種堆積形式 ; 2. 每個(gè)球和周圍 6個(gè)球相鄰接 ,配位數(shù)位 6,形 成 6個(gè)三角形空隙 ; 3. 每個(gè)空隙由 3個(gè)球圍成 ; 4. 由 N個(gè)球堆積成的層中有 2N個(gè)空隙 , 即球數(shù)：空隙數(shù) =1： 2。 兩層球的堆積情況圖 1.在第一層上堆積第二層時(shí) ， 要形成最密堆積 ， 必須把球放在第二層的空隙上 。 這樣 ， 僅有半數(shù) 的三角形空隙放進(jìn)了球 ， 而另一半空隙上方是第 二層的空隙 。 2.第一層上放了球的一半三角形空隙 ， 被 4個(gè) 球包圍 ， 形成四面體空隙；另一半其上方是第二 層球的空隙 ， 被 6個(gè)球包圍 ， 形成八面體空隙 。 兩層堆積情況分析 三層球堆積情況分析 第二層堆積時(shí)形成了兩種空隙： 四面體空隙和 八面體空隙 。 那么 ， 在堆積第三層時(shí)就會(huì)產(chǎn) 生兩種方式： 1.第三層等徑圓球的突出部分落在正四面體空 隙上，其排列方式與第一層相同，但與第二 層錯(cuò)開(kāi)，形成 ABAB 堆積。這種堆積方式可 以從中劃出一個(gè) 六方 單位來(lái)，所以稱為 六方 最密堆積（ A3） 。 2.另一種堆積方式是第三層球的突出部分 落在第二層的八面體空隙上。這樣，第三 層與第一、第二層都不同而形成 ABCABC 的結(jié)構(gòu)。這種堆積方式可以從 中劃出一個(gè) 立方面心單位 來(lái)，所以稱為 面 心立方最密堆積（ A1） 。 六方最密堆積（ A3）圖 六方最密堆積（ A3）分解圖 面 心 立 方 最 密 堆 積 （A 一 ） 圖 面心立方最密堆積（ A1）分解圖 A1 型最密堆積圖片 將密堆積層的相對(duì)位置按照 ABCABC 方式 作最密堆積，重復(fù)的周期為 3層。這種堆積可劃 出面心立方晶胞。 A3型最密堆積圖片 將密堆積層的相對(duì)位置按照 ABABAB 方式作 最密堆積，這時(shí)重復(fù)的周期為兩層。 A1、 A3型堆積小結(jié) 第二層的密堆積方式也只有一種，但這兩 層形成的空隙分成兩種 正四面體空隙（被四個(gè)球包圍） 正八面體空隙（被六個(gè)球包圍） 突出部分落在正四面體空隙 AB堆積 A3（六方） 突出部分落在正八面體空隙 ABC堆積 A1（面心立方） 第三層 堆積 方式有兩種 A1、 A3型堆積的比較 以上兩種最密堆積方式，每個(gè)球的配位數(shù)為 12。 有相同的堆積密度和空間利用率 (或堆積系數(shù) )， 即球體積與整個(gè)堆積體積之比。均為 74.05%。 空隙數(shù)目和大小也相同， N個(gè)球（半徑 R）； 2N 個(gè)四面體空隙，可容納半徑為 0.225R的小球； N 個(gè)八面體空隙，可容納半徑為 0.414R的小球。 A1、 A3的密堆積方向不同： A1： 立方體的體對(duì)角線方向，共 4條， 故有 4個(gè)密堆積方向易向不同方向滑動(dòng)， 而具有良好的延展性。如 Cu. A3： 只有一個(gè)方向，即六方晶胞的 C軸 方向，延展性差，較脆，如 Mg. 空間利用率的計(jì)算 空間利用率：指構(gòu)成晶體的原子、離子或分子在 整個(gè)晶體空間中所占有的體積百分比。 球體積 空間利用率 = 100% 晶胞體積 A3型最密堆積的空間利用率計(jì)算 解： 在 A3型堆積中取出六方晶胞 ， 平行六面體的底是 平行四邊形 ， 各邊長(zhǎng) a=2r， 則平行四邊形的面積： 2 2 3 60s i n aaaS aa ah 3 62 3 6 2 2 的四面體高邊長(zhǎng)為 平行六面體的高： 33 2 282 3 62 2 3 ra aaV 晶胞 )2( 3 4 2 3 個(gè)球晶胞中有球 rV %05.74%1 0 0 晶胞 球 V V A1型堆積方式的空間利用率計(jì)算 %05.74 3 4 4 :4 2 32 3 33 晶胞 球 球 晶胞 空間利用率 個(gè)球晶胞中含 解： V V rV raV 2.體心立方密堆積（ A2） A2不是最密堆積。每個(gè)球有八個(gè)最近的配體 （處于邊長(zhǎng)為 a的立方體的 8個(gè)頂點(diǎn)）和 6個(gè)稍遠(yuǎn) 的配體，分別處于和這個(gè)立方體晶胞相鄰的六 個(gè)立方體中心。故其配體數(shù)可看成是 14，空間 利用率為 68.02%. 每個(gè)球與其 8個(gè)相近的配體距離 與 6個(gè)稍遠(yuǎn)的配體距離 addd 15.132 ad 23 A2型密堆積圖片 3. 金剛石型堆積（ A4） 配位數(shù)為 4，空間利用率為 34.01%，不是密堆積。這 種堆積方式的存在因?yàn)樵?子間存在著有方向性的共 價(jià)鍵力。如 Si、 Ge、 Sn等。 邊長(zhǎng)為 a的單位晶胞含半徑 的球 8個(gè)。 ar 83 4. 堆積方式及性質(zhì)小結(jié) 堆積方式 點(diǎn)陣形式 空間利用率 配位數(shù) Z 球半徑 面心立方 最密堆積 (A1) 面心立方 74.05% 12 4 六方最密 堆積 (A3) 六方 74.05% 12 2 體心立方 密堆積 (A2) 體心立方 68.02% 8(或 14) 2 金剛石型 堆積 (A4) 面心立方 34.01% 4 8 ra 22 ac rba 3 62 2 ar 43 ar 83 第四節(jié) 晶體類型 根據(jù)形成晶體的化合物的種類不同可以 將晶體分為：離子晶體、分子晶體、原 子晶體和金屬晶體。 1. 離子晶體 離子鍵無(wú)方向性和飽和性，在離子晶體中 正、負(fù)離子盡可能地與異號(hào)離子接觸，采 用最密堆積。 離子晶體可以看作大離子進(jìn)行等徑球密堆 積，小離子填充在相應(yīng)空隙中形成的。 離子晶體多種多樣，但主要可歸結(jié)為 6種 基本結(jié)構(gòu)型式。 （ 1） NaCl （ 1）立方晶系，面心立方晶胞； （ 2） Na+和 Cl- 配位數(shù)都是 6； （ 3） Z=4 （ 4） Na+， C1-，離子鍵。 （ 5） Cl- 離子和 Na+離子沿（ 111）周期為 |AcBaCb|地堆積， ABC表示 Cl- 離子， abc表示 Na+離子； Na+填充在 Cl-的正八面體空隙中。 NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)和密堆積層排列 (NaCl, KBr, RbI, MgO, CaO, AgCl) ZnS ZnS是 S2-最密堆積 ， Zn2+填充在一半四 面體空隙中 。 分立方 ZnS和六方 ZnS。 立方 ZnS （ 1）立方晶系，面心立方晶胞； Z=4 （ 2） S2-立方最密堆積 |AaBbCc| （ 3） Zn原子位于面心點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上； S原子也位 于另一個(gè)這樣的點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上，后一個(gè)點(diǎn)陣對(duì) 于前一個(gè)點(diǎn)陣的位移是體對(duì)角線底 1/4。原子的坐標(biāo) 是： 4S： 0 0 0， 1/2 1/2 0， 1/2 0 1/2， 0 1/2 1/2； 4Zn:1/4 1/4 1/4,3/4 3/4 1/4,3/4 1/4 3/4,1/4 3/4 3/4 立方 ZnS晶胞圖 六方 ZnS （ 1）六方晶系，簡(jiǎn)單六方晶胞。 （ 2） Z=2 （ 3） S2-六方最密堆積 |AaBb|。 （ 4）配位數(shù) 4： 4。 （ 6） 2s： 0 0 0， 2/3 1/3 1/2； 2Zn： 0 0 5/8， 2/3 1/3 1/8。 六方 ZnS晶胞圖 CaF2型 （螢石） （ 1）立方晶系，面心立方晶胞。 （ 2） Z=4 （ 3）配位數(shù) 8： 4。 （ 4） Ca2+， F-，離子鍵。 （ 5） Ca2+立方最密堆積， F-填充在全部 四面體空隙中。 （ 6） Ca2+離子配列在面心立方點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置 上， F-離子配列在對(duì) Ca2+點(diǎn)陣的位移各為對(duì)角 線的 1/4與 3/4的兩個(gè)面心立方點(diǎn)陣的陣點(diǎn)上。 原子坐標(biāo)是： 4Ca2+： 0 0 0， 1/2 1/2 0， 1/2 0 1/2， 0 1/2 1/2； 8F-： 1/4 1/4 1/4， 3/4 3/4 1/4， 3/4 1/4 3/4， 1/4 3/4 3/4， 3/4 3/ 4 3/4， 1/4 1/4 3/4， 1/4 3/4 1/4， 3/4 1/4 1/4。 CaF2結(jié)構(gòu)圖片 CaF2的結(jié)構(gòu)圖 CsCl型 : （ 1）立方晶系，簡(jiǎn)單立方晶胞。 （ 2） Z=1。 （ 3） Cs+， Cl-，離子鍵。 （ 4）配位數(shù) 8： 8。 （ 5） Cs+離子位于簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣的陣點(diǎn)上位置上， Cl-離子也位于另一個(gè)這樣的點(diǎn)陣的陣點(diǎn)位置上， 它對(duì)于前者的位移為體對(duì)角線的 1/2。原子的坐 標(biāo)是： Cl-:0 0 0； Cs+:1/2 1/2 1/2 (CsCl, CsBr, CsI, NH4Cl) TiO2型 （ 1）四方晶系，體心四方晶胞。 （ 2） Z=2 （ 3） O2-近似堆積成六方密堆積結(jié)構(gòu)， Ti4+ 填入一 半的八面體空隙，每個(gè) O2-附近有 3 個(gè)近似于正三角形的 Ti4+配位。 （ 4）配位數(shù) 6： 3。 TiO2結(jié)構(gòu)圖片 2.分子晶體 定義：?jiǎn)卧臃肿踊蛞怨矁r(jià)鍵結(jié)合的有限 分子，由范德華力凝聚而成的晶體。 范圍：全部稀有氣體單質(zhì)、許多非金屬單 質(zhì)、一些非金屬氧化物和絕大多數(shù)有機(jī)化 合物都屬于分子晶體。 特點(diǎn)：以分子間作用力結(jié)合，相對(duì)較弱。 除范德華力外，氫鍵是有些分子晶體中重 要的作用力。 氫鍵 定義： ， 是極性很大的 共價(jià)鍵，、是電負(fù)性很強(qiáng)的原子。 氫鍵的強(qiáng)弱介于共價(jià)鍵和范德華力之間； 氫鍵由方向性和飽和性； 間距為氫鍵鍵長(zhǎng)， 夾角 為氫鍵鍵角（通常 100180 ）；一般來(lái) 說(shuō)，鍵長(zhǎng)越短，鍵角越大，氫鍵越強(qiáng)。 氫鍵對(duì)晶體結(jié)構(gòu)有著重大影響。 3.原子晶體 定義：以共價(jià)鍵形成的晶體。 共價(jià)鍵由方向性和飽和性，因此，原子晶 體一般硬度大，熔點(diǎn)高，不具延展性。 代表：金剛石、 Si、 Ge、 Sn等的單質(zhì)， C3N4、 SiC、 SiO2等。 4.金屬晶體 金屬鍵是一種很強(qiáng)的化學(xué)鍵，其本質(zhì)是金 屬中自由電子在整個(gè)金屬晶體中自由運(yùn)動(dòng)， 從而形成了一種強(qiáng)烈的吸引作用。 絕大多數(shù)金屬單質(zhì)都采用 A1、 A2和 A3型 堆積方式；而極少數(shù)如： Sn、 Ge、 Mn等 采用 A4型或其它特殊結(jié)構(gòu)型式。 金屬晶體 ABABAB, 配位數(shù)： 12. 例： Mg and Zn ABCABC, 配為數(shù) ： 12， 例 : Al, Cu, Ag, Au 立方密堆積，面心 金 (gold, Au) 體心立方 e.g., Fe, Na, K, U 簡(jiǎn)單立方（釙， Po） 簡(jiǎn)單立方堆積 晶體結(jié)構(gòu)題目分類解析 一、劃分晶胞 長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為金剛石是最硬的物質(zhì) ， 但這 種神話現(xiàn)在正在被打破 。 1990年美國(guó)伯克利大學(xué)的 A. Y. Liu和 M. L. Cohen在國(guó)際著名期刊上發(fā)表論文 ， 在 理論上預(yù)言了一種自然界并不存在的物質(zhì) C3N4， 理論計(jì)算表明 ， 這種 C3N4物質(zhì)比金剛石的硬度還大 ， 不僅如此 ， 這種物質(zhì)還可用作藍(lán)紫激光材料 ， 并有可 能是一種性能優(yōu)異的非線性光學(xué)材料 。 例題 1 這篇論文發(fā)表以后 ， 在世界科學(xué)領(lǐng)域引起了很大 的轟動(dòng) ， 并引發(fā)了材料界爭(zhēng)相合成 C3N4的熱 潮 ， 雖然大塊的 C3N4晶體至今尚未合成出來(lái) ， 但含有 C3N4晶粒的薄膜材料已經(jīng)制備成功并 驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)的正確性 ， 這比材料本身更具重 大意義 。 其晶體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 1和圖 2。 圖 1 C3N4在 a-b平面 上的晶體結(jié)構(gòu) 圖 2 C3N4的晶胞結(jié)構(gòu) （ 1） 請(qǐng)分析 C3N4晶體中 ， C原子和 N原子的 雜化類型以及它們?cè)诰w中的成鍵情況； （ 2） 請(qǐng)?jiān)趫D 1中畫(huà)出 C3N4的一個(gè)結(jié)構(gòu)基元 ， 并 指出該結(jié)構(gòu)基元包括 個(gè)碳原子和 個(gè)氮原子； （ 3）實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明， C3N4晶體屬于六方晶系， 晶胞結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2（圖示原子都包含在晶胞內(nèi)）， 晶胞參數(shù) a=0.64nm, c=0.24nm, 請(qǐng)計(jì)算其晶體密 度， （ 4）試簡(jiǎn)要分析 C3N4比金剛石硬度大的原因 （已知金剛石的密度為 3.51g.cm-3）。 答 案 1 解： （ 1） C3N4晶體中 ， C原子采取 sp3雜化 ， N原 子采取 sp2雜化； 1個(gè) C原子與 4個(gè)處于四面體頂 點(diǎn)的 N原子形成共價(jià)鍵 ， 1個(gè) N原子與 3個(gè) C原子 在一個(gè)近似的平面上以共價(jià)鍵連接 。 （ 2） 一個(gè)結(jié)構(gòu)基元包括 6個(gè) C和 8個(gè) N原子。 （ 3） 從圖 2可以看出 ， 一個(gè) C3N4晶胞包括 6個(gè) C原子和 8個(gè) N原子 ， 其晶體密度為： 計(jì)算結(jié)果表明 ， C3N4的密度比金剛石還要大 ， 說(shuō)明 C3N4的原子堆積比金剛石還要緊密 ， 這是 它比金剛石硬度大的原因之一 。 3 72723 .59.3 1024.060s i n)1064.0(1002.6 814612 cmg （ 4） C3N4比金剛石硬度大 ， 主要是因?yàn)椋?（ 1） 在 C3N4晶體中 ， C原子采取 sp3雜化 ， N原子采取 sp2雜化 ， C原子和 N原子間形成很強(qiáng) 的共價(jià)鍵； （ 2） C原子和 N原子間通過(guò)共價(jià)鍵 形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； （ 3） 密度計(jì)算結(jié)果顯示 ， C3N4晶體中原子采取最緊密的堆積方式 ， 說(shuō)明 原子間的共價(jià)鍵長(zhǎng)很短而有很強(qiáng)的鍵合力 。 例題 2 題目：今年 3月發(fā)現(xiàn)硼化鎂在 39K呈超導(dǎo)性 ， 可能是人類對(duì)超導(dǎo)認(rèn)識(shí)的新里程碑 。 在硼化 鎂晶體的理想模型中 ， 鎂原子和硼原子是分 層排布的 ， 像維夫餅干 ， 一層鎂一層硼地相 間 ， 圖 5 l是該晶體微觀空間中取出的部分 原于沿 C軸方向的投影 ， 白球是鎂原子投影 ， 黑球是硼原子投影 ， 圖中的硼原子和鎂原子 投影在同一平面上 。 硼化鎂的晶體結(jié)構(gòu)投影圖 由圖 5 l可確定硼化鎂的化學(xué)式為： 畫(huà)出硼化鎂的一個(gè)晶胞的透視圖 ， 標(biāo)出該 晶胞內(nèi)面 、 棱 、 頂角上可能存在的所有硼 原子和鎂原子 （ 鎂原子用大白球 ， 硼原子 用小黑球表示 ） 。 解 答 1 MgB2 2 例題 3 最近發(fā)現(xiàn) ， 只含鎂 、 鎳和碳三種元素的晶體竟然 也具有超導(dǎo)性 。 鑒于這三種元素都是常見(jiàn)元素 ， 從而引起廣泛關(guān)注 。 該晶體的結(jié)構(gòu)可看作由鎂原 子和鎳原子在一起進(jìn)行 (面心 )立方最密堆積 (ccp)， 它們的排列有序 ， 沒(méi)有相互代換的現(xiàn)象 （ 即沒(méi)有 平均原子或統(tǒng)計(jì)原子 ） ， 它們構(gòu)成兩種八面體空 隙 ， 一種由鎳原子構(gòu)成 ， 另一種由鎳原子和鎂原 子一起構(gòu)成 ， 兩種八面體的數(shù)量比是 1 : 3， 碳原 子只填充在鎳原子構(gòu)成的八面體空隙中 。 6 1 畫(huà)出該新型超導(dǎo)材料的一個(gè)晶胞 （ 碳原子用 小球 ， 鎳原子用大球 ， 鎂原子用大球 ） 。 6 2 寫(xiě)出該新型超導(dǎo)材料的化學(xué)式 。 答案 答案 ： 6 1（ 5分） 在 （ 面心 ） 立方最密堆積填隙模型中 ， 八面體空隙與堆 積球的比例為 1 : 1, 在如圖晶胞中 ， 八面體空隙位于體心位 置和所有棱的中心位置 ， 它們的比例是 1 : 3， 體心位置的 八面體由鎳原子構(gòu)成 ， 可填入碳原子 ， 而棱心位置的八面 體由 2個(gè)鎂原子和 4個(gè)鎳原子一起構(gòu)成 ， 不填碳原子 。 6 2 （ 1分 ） MgCNi3（ 化學(xué)式中元素的順序可不同 ， 但 原子數(shù)目不能錯(cuò) ） 。 例題 4 C60的發(fā)現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了國(guó)際科學(xué)界的一個(gè)新領(lǐng)域 ， 除 C60 分子本身具有誘人的性質(zhì)外 ， 人們發(fā)現(xiàn)它的金屬摻 雜體系也往往呈現(xiàn)出多種優(yōu)良性質(zhì) ， 所以摻雜 C60 成為當(dāng)今的研究熱門(mén)領(lǐng)域之一 。 經(jīng)測(cè)定 C60晶體為 面心立方結(jié)構(gòu) ， 晶胞參數(shù) a 1420pm。 在 C60中摻 雜堿金屬鉀能生成鹽 ， 假設(shè)摻雜后的 K 填充 C60分 子堆積形成的全部八面體空隙 ， 在晶體中以 K 和 C60 存在 ， 且 C60 可近似看作與 C60半徑相同的球 體 。 已知 C的范德華半徑為 170pm， K 的離子半徑 133pm。 （ 1） 摻雜后晶體的化學(xué)式為 ；晶胞類型 為 ；如果 C60 為頂點(diǎn) ， 那么 K 所處的位置 是 ；處于八面體空隙中心的 K 到最鄰近的 C60 中心距離是 pm。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)表明 C60摻雜 K 后的晶胞參數(shù)幾乎沒(méi)有發(fā) 生變化 ， 試給出理由 。 （ 3） 計(jì)算預(yù)測(cè) C60球內(nèi)可容納半徑多大的摻雜原子 。 解答 這個(gè)題目的關(guān)鍵是摻雜 C60晶胞的構(gòu)建。 C60 形成如下圖所示的面心立方晶胞， K 填充全 部八面體空隙，根據(jù)本文前面的分析，這就 意味著 K 處在 C60晶胞的體心和棱心，形成 類似 NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)。這樣，摻雜 C60的晶胞 確定后，下面的問(wèn)題也就迎刃而解了。 （ 1） KC60； 面心立方晶胞；體心和棱心； 710pm（ 晶胞體心到面心的距離 ， 邊長(zhǎng)的一半 。 （ 2） C60分子形成面心立方最密堆積 ， 由其晶胞 參數(shù)可得 C60分子的半徑： pmar C 5 0 2 22 1 4 2 0 2260 所以 C60分子堆積形成的八面體空隙可容納的球半徑 為： 這個(gè)半徑遠(yuǎn)大于 K 的離子半徑 133pm， 所以對(duì) C60 分子堆積形成的面心立方晶胞參數(shù)幾乎沒(méi)有影響 。 （ 3） 因 rC60 502pm， 所以空腔半徑 ， 即 C60球內(nèi)可容 納原子最大半徑為： 502 1702 162pm pmrr 208502414.0414.0 堆積容納 例題 5 氯仿在苯中的溶解度明顯比 1， 1， 1三氯乙烷 的大 ， 請(qǐng)給出一種可能的原因 （ 含圖示 ） 。 解 答 C H C l 3的 氫 原 子 與 苯 環(huán) 的 共 軛 電 子 形 成 氫 鍵 。 CHCl3的氫原子與苯環(huán)的共軛電子形成氫鍵。 例題 6 氟硅酸 H2SiF6具有很好的防治小麥銹病的藥 效，但它易按下式分解而失效 : H2SiF6(l) SiF4(g) + 2HF(g)。后來(lái)人們將四氟化硅氣 體通入尿素的甲醇溶液制得了氟硅酸脲晶 體，它易溶于水，和含量相同的氟硅酸具 有相同的防銹藥效，并有許多優(yōu)越性能而 成為氟硅酸的替代產(chǎn)品。 晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試表明，氟硅酸脲屬四方晶系， 晶胞參數(shù) a=926.3pm, c=1789.8pm, 晶體密度 1.66g.cm-3; 晶體由 (NH2)2CO2H+和 SiF62-兩 種離子組成，其中 (NH2)2CO2H+是由兩個(gè) 尿素分子俘獲一個(gè)質(zhì)子形成的脲合質(zhì)子。 （ 1） 試分析脲合質(zhì)子 (NH2)2CO2H+的結(jié)構(gòu) 和成鍵情況； （ 2） 計(jì)算說(shuō)明一個(gè)氟硅酸脲晶胞中包含多少 個(gè)這樣的脲合質(zhì)子； （ 3） 與氟硅酸相比 ， 氟硅酸脲能有效地保持 藥效并減小腐蝕性 ， 請(qǐng)解釋原因 。 答 案 （ 1） H 2 N C H 2 N O N H 2 C N H 2 O H 2 N C H 2 N O N H 2 C N H 2 O H +或 2個(gè)尿素分子俘獲 1個(gè)質(zhì)子 H+，在尿素分子的 2個(gè)氧原 子間形成很強(qiáng)的氫鍵 OHO 。 （ 2） 根據(jù)密度計(jì)算公式可得： 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知 ， 一個(gè)晶胞中包含 4 個(gè) (NH2)2CO2H2SiF6， 即一個(gè)晶胞中有 8個(gè)脲合 質(zhì)子 (NH2)2CO2H+。 4 31.3 8 4 108.1 7 8 9)103.9 2 6(1002.666.1 1021023 M VN Z A （ 3） 因?yàn)樵诜杷犭寰w每 2個(gè)尿素分子俘 獲 1個(gè)質(zhì)子 H+形成脲合質(zhì)子 (NH2)2CO2H+， 被 俘獲的質(zhì)子與 2個(gè)尿素分子的 O原子間形成很強(qiáng) 的氫鍵 O H O， 這就使得氟硅酸脲緩慢地釋 放質(zhì)子 ， 而有效地抑制了下述反應(yīng)的進(jìn)行： H2SiF6(l) SiF4(g) + 2HF(g)， 從而能有效地保 持藥效并減小腐蝕性 。