要把结构与性质联系起来,就写出粒子,写出粒子之间的键或作用力,再说明要表现这个性质必须发生什么。巨型结构含有极多的强键,所以熔化、切割或刮擦它都需要大量能量。
巨型结构贯穿整个键合与结构。这一课讲巨型共价结构,即金刚石、石墨和二氧化硅,并简要看看巨型离子和金属晶格。它承接离子的形成和共价键。
什么让结构成为“巨型”?
在水这样的简单分子中,几个原子组成一个小单元。巨型结构没有这种小单元。每个原子或离子都与邻居结合,邻居又与它们的邻居结合,连成一个连续的晶格(lattice)。
- 金刚石: 每个碳原子以共价键与另外 4 个碳原子结合,呈四面体排列。
- 石墨: 每个碳原子与另外 3 个碳原子结合成平面层。层与层之间由弱的作用力维系。
- 二氧化硅 SiO₂: 每个硅原子与 4 个氧原子结合,每个氧原子与 2 个硅原子结合,所以 Si 与 O 的比例是 1:2。
写“结构决定性质”解释的步骤
- 写出题目问的性质。
- 说出结构类型: 巨型共价、巨型离子或巨型金属。
- 写出粒子和把它们连在一起的键,并注明“强”或“弱”。
- 说明必须克服什么,例如要断开大量强共价键。
- 联系结果: 需要大量能量,所以熔点高;或者层会滑动,所以质软。
例题详解
解释为什么金刚石的熔点很高,并且不导电。
熔点: 金刚石是巨型共价结构。每个碳原子以强共价键与另外 4 个碳原子结合,形成连续的晶格。要熔化它,必须断开极大量的强共价键。这需要大量能量,所以熔点很高。
导电性: 每个碳原子的 4 个最外层电子全部用于共价键。没有自由电子,也没有离子,所以没有能自由移动的带电粒子。金刚石不导电。
请注意,两个解释都写出了粒子(碳原子)、键(强共价键)和结果。
要留意的错误
常见的失误是把金刚石写成好像由独立分子组成,或者说它熔化时要克服“分子间作用力”。
错误答案: “金刚石熔点高,因为它有很强的分子间作用力。”
金刚石不含分子。必须断开的是共价键。
改正的方法是写明必须断开的是原子之间的强共价键。“分子间作用力”这个词留给简单分子物质,你会在比较分子物质与离子化合物的熔化行为中学到。
自我检测
先不看前文试做,再打开答案核对。
1. 解释为什么石墨够软,可以用来做铅笔。
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石墨由一层层碳原子组成。每层内部的共价键很强,但层与层之间的作用力很弱。层很容易互相滑动,所以石墨会留在纸上。
2. 二氧化硅存在于沙子和石英中。解释为什么它的熔点很高。
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二氧化硅是巨型共价结构。每个硅原子以强共价键与 4 个氧原子结合,形成连续的晶格。熔化需要大量能量去断开许多强共价键,所以熔点很高。
3. 某物质坚硬而易碎,熔点高,固态时不导电。写出两种可能的巨型结构,并说明熔融时哪项性质能把它们区分开。(数据为练习而编。)
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它可能是巨型共价结构(如二氧化硅),也可能是巨型离子结构(如氯化钠)。熔融时,巨型离子物质因离子能移动而导电;巨型共价物质则没有自由的带电粒子,不导电。
下一步
接下来,把它们与小分子比较:比较分子物质与离子化合物的熔化行为。然后用键合与结构练习题组检查自己的理解。
如果你常常知道性质,却无法建立粒子层面的解释,我们的老师可以在化学线上一对一补习中陪你逐步梳理。