第2节 固体的微观结构 第3节 材料科技与人类文明

学 习 目 标 1.了解对晶体结构的认识过程，知道晶体微观结构的特点. 2.知道晶体的结合类型和特点．(重点) 3.会用固体的微观结构解释其宏观性质．(重点、难点) 4.了解材料科学技术的有关知识及应用. 固 体 的 微 观 结 构 知 识 脉 络

[先填空]

1．晶体的结构及结合类型

(1)组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成阵列，呈现周而复始的有序结构，说明晶体的微观结构具有周期性．

(2)晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，微粒被约束在一定的平衡位置上． (3)热运动时，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动． (4)晶体的结合类型比较

类型 离子晶体 原子晶体 金属晶体 构成微粒 正、负离子 原子 物质微粒 结合键 离子键 共价键 金属键 举例 NaCl、AgBr SiO2、金刚石 铜、银、铝 2.固体特征的微观解释 (1)方法：在固体界面沿不同方向画出等长直线． (2)微观解释

①单晶体在不同直线上微粒的个数不相等，说明沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同，在物理性质上表现为各向异性．

②非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等，说明沿不同方向微粒排列及物质结构情况

基本相同，在物理性质上表现为各向同性．

(3)同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于微观结构不同，物理性质有很大差异．

[再判断]

1．Cu是离子晶体．(×)

2．晶体的分子(原子、离子)排列是有规则的．(√)

3．非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同．(√) 4．同一种物质只能生成一种晶体．(×) [后思考]

为什么多晶体表现为各向同性？

【提示】 多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的．每个晶粒都是一个小单晶体，具有各向异性．但由于晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．

[合作探讨]

探讨1：单晶体为什么有规则的几何外形？

【提示】 由于单晶体中的物质微粒在空间是按一定规律排列的，微粒只在一定平衡位置做微小振动，所以晶体有规则的几何外形．

探讨2：多晶体为什么没有规则的几何外形？

【提示】 由于多晶体内部的物质微粒排列没有一定的规律，是杂乱无章的． [核心点击]

1．对外形及物理性质表现各向异性还是各向同性的解释

外形 物理性质 单晶体 规则 各向异性 单晶体内部物质微粒的排列有一定规律，多晶体 不规则 各向同性 多晶体内部物质微粒的排列没有一定规律．因此宏观上没有规则的几何外形．在多晶体内部物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，因此在物理非晶体 不规则 各向同性 非晶体内部微粒的排列没有一定规律，在宏观上没有规则的几何外形．在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计观点来看，在不同方向上的微粒排列及物质结构基微观解释 因此宏观上有规则的几何外形．在不同方向上的微粒排列及物质结构情况不一样，在物理性质上表现为

各向异性. 性质上表现为各向同性. 本相同，所以在物理性质上表现为各向同性. 2.对同素异形体的解释 有的物质有几种晶体，是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构．例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大差别．白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构，二者在物理性质上也有很大差别．

3．对晶体具有一定熔点的解释

给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏．晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．

1．下列哪些属于晶体的结合类型( ) A．金属晶体B．离子晶体 C．多晶体 D．原子晶体 E．单晶体

【解析】 晶体的结合类型有：离子晶体、原子晶体和金属晶体，故选A、B、D. 【答案】 ABD

2．下列叙述中正确的是( )

【导学号：30110022】

A．晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列

B．单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排列 C．非晶体有规则的几何形状和确定的熔点

D．石墨的硬度比金刚石的差很多，是由于它的微粒没有按空间点阵分布 E．非晶体没有规则几何形状，也没有确定的熔点

【解析】 晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶体的物理性质是否相同；也正是由于它的微粒按一定规律排列，使单晶体具有规则的几何形状．石墨与金刚石的硬度相差甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同，石墨的层状结构决定了它的质地柔软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，故A、B、E正确．

【答案】 ABE

3．关于晶体和非晶体，以下说法中正确的是( ) A．同种物质在不同的条件下可表现为晶体或非晶体

B．晶体内部物质微粒排列是有规则的，而非晶体内部物质微粒排列是不规则的 C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒在不停地运动着

D．在物质内部的各个层面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体 E．非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等，所以在物理性质上表现为各向同性 【解析】 同种物质也可能以晶体或非晶体两种不同形式出现，所以A正确；晶体和非晶体在微观结构上的区别决定了它们在宏观性质上的不同，所以B正确；不管是晶体还是非晶体，组成物体的微粒永远在做热运动，所以C是错的；非晶体没有层面，也就谈不到什么层面的问题，即使是晶体各个层面的微粒数也不一定相等，所以D也是错的，E正确．

【答案】 ABE

1．单晶体具有各向异性是因为沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同． 2．晶体具有确定的熔点是因为晶体具有规则的排列结构．

3．同一物质有几种不同的晶体是因为物质微粒排列的空间结构不同．

材 料 种 类 和 新 材 料 及 其 应 用

[先填空] 1．材料的分类

(1)按材料特性分为：结构材料和功能材料．

(2)按应用领域分为：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等． (3)按习惯分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料． 2．新材料

(1)材料科学是研究材料的制造、结构与性能三者之间相互关系的科学． (2)纳米是长度单位，1 nm＝10 m，颗粒在1～100 nm的材料称为纳米材料． (3)发生形变后几乎能100%恢复原状的材料称为形状记忆合金． (4)微电子材料：半导体．

(5)力、热、声、光、磁等方面的某些性能会发生突变的纳米材料． (6)材料、能源、信息被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱． [再判断]

1．在极低的温度下，纯净的半导体仍能很好地导电．(×) 2．在有光照射时，有的半导体可以导电．(√)

3．掺入一定杂质后，半导体的导电性能一定会变差．(×) [后思考]

随着纳米科技的发展，纳米商品开始进入市场，有的商家为了促销商品，打着纳米材料

－9

的幌子到处招摇撞骗，如在社会上出现了纳米“冰箱”、纳米“洗衣机”，甚至出现了纳米“电影”的笑话．你了解什么是“纳米”吗？你知道纳米材料有哪些良好的性能吗？

纳米涂料 图2-2-1

【提示】 纳米是长度单位：1 nm＝10 m．以碳纳米管为例，纳米材料有韧性高、导电性极强，并兼具金属和半导体的特性．

[合作探讨]

探讨：研究纳米材料等新材料有什么意义？

【提示】 材料是人类生存和发展的物质基础，是人类社会现代文明的重要支柱，材料的变化直接影响着社会的变化，材料是技术进步的关键要素之一．能源、信息和材料被称为现代文明的三大支柱．

[核心点击] 1．新材料及其应用

新材料主要包括新型金属材料、高分子合成材料、新型无机非金属材料、复合材料、光电子材料等．

(1)新型金属材料：有铝合金、镁合金、钛合金以及稀有金属，它们在导电、航空航天、原子能方面有广泛用途．

(2)高分子合成材料：有合成橡胶、塑料和化学纤维等．它们在火箭、建筑、医疗、交通、服装、农业、国防上有广泛用途．

(3)新型无机非金属材料：有工业陶瓷、光导纤维、半导体材料．它们在燃气机制造、磁流体发电机、通信、工业、科学研究等方面有广泛用途．

(4)复合材料：可分为结构复合材料和功能复合材料．它们在航空航天、电子工业、生活用品、新能源技术、信息技术、海洋工程等方面有广泛用途．

(5)光电子材料：有光电子半导体材料、光纤、薄膜材料、液晶显示材料．它们在光电子器件、光通信、光计算、激光技术等方面有广泛用途．

2．纳米材料及其应用

(1)纳米是长度单位：1 nm＝10 m.

(2)纳米技术：在纳米尺度(1～100 nm)上制造材料和器件的技术．即重新排列原子而制

－9

－9