一、课程学习目标
知识目标
(1)了解晶体的基本概念;
(2)了解四种晶体的结构特征;
(3)了解四种晶体的物理性质。
2. 技能目标
(1)能够根据结构特征辨别四种晶体。
二、课程学习任务
课前任务:完成课前学习任务,包括教材的预习、视频和课件的学习、课前自测题。
课中任务:
完成分组任务——能正确能够根据结构特征辨别四种晶体;
比较不同分子晶体熔沸点高低
完成课中自测题。
课后拓展任务:
完成课后学习任务,包括章节测试、分组讨论、课后作业和创新项目等。
氯化钠与金刚石的晶体结构比较——透过现象看本质
现象与本质是唯物辩证法的一对基本范畴,现象指事物的表面特征和外部联系,本质指事物的根本性质和内部联系。现象与本质存在对立统一关系,现象是本质的表现,本质是现象的根据。辩证唯物主义强调,对任何事物的认识都不能停留在事物的表面现象上,要通过科学分析揭示事物的本质;任何现象都从一定方面反映事物的本质,不能脱离现象臆想事物的本质;通过对现象的不断深入研究才能加深对事物本质的认识,做到透过现象看本质。
晶体结构是结构化学课程的重要教学内容,其中晶体结构的点阵型式是教学的重点之一。晶体结构千差万别,但描述晶体结构的点阵型式(空间格子)只有14种。外形多样、组成各异是晶体结构的外在表现型式,是事物的“现象”;点阵型式是晶体结构中结构基元周期性分布规律的科学抽象,是实物的“本质”。如何透过“现象”看“本质”,正确理解晶体结构“现象”与“本质”的内在联系通常是学生学习的难点。
下面以氯化钠与金刚石为例,揭示如何透过晶体结构的“现象”掌握其“本质”。图1给出了氯化钠(图1a)与金刚石(图1b)的晶胞,即晶体的基本重复单元。氯化钠晶体是离子晶体,一个晶胞包含4个Na+离子和4个Cl−离子,Na+离子占据立方体的体心和棱心,Cl−离子分布于立方体的顶点和面心。金刚石晶体是原子晶体,一个晶胞包含8个C原子,其中4个位于的立方体的顶点和面心,另外4个位于立方体内部,位于立方体的4条体对角线上。

图1氯化钠、金刚石晶体的晶胞与点阵
氯化钠晶体与金刚石晶体的化学组成、原子或离子的排布规律显著不同,即表现为不同的“现象”;但如果考查两个晶体内部结构基元的几何图像,即用点阵的概念描述晶体结构,就会发现两个晶体具有相同的点阵型式,即两个晶体的“本质”是相同的,这里的“本质”指晶体的点阵型式,两个晶体均属立方晶系,其点阵型式均为立方面心格子。
理解晶体结构的点阵型式,关键是正确识别晶体结构的结构基元,将结构基元抽象成点阵点,观察点阵点的周期性排布规律,即可得到对应的点阵型式。晶体与点阵是具体和抽象的关系,晶体是具体的,其中的结构基元是具有一定几何结构的化学基团;点阵是抽象的,是将晶体结构中结构基元抽象为数学上几何点的结果。氯化钠晶体的结构基元为一个钠离子和一个氯离子组成的阴阳离子对,表示为NaCl;金刚石晶体中有两类环境不同的碳原子,其结构基元表示为C2。氯化钠晶体与金刚石晶体虽有不同的空间结构和化学组成,但将各自的结构基元抽象为点阵点后,形成相同的点阵型式,即立方面心格子。看似完全不同的晶体,却可用相同的点阵型式描述其晶体结构的周期性。
从氯化钠和金刚石具体晶体结构的比较到其抽象点阵型式的分析,充分体现了辩证唯物主义透过现象看本质这一哲学思想的重要性,由此启发我们要擅于透过事物的表面现象,揭示隐藏于事物内部的本质和规律。