第35届中国化学奥林匹克初赛试题第4题的巧解*

对2021年第35届中国化学奥林匹克竞赛初赛试题中第4题进行了详细地解析。运用自己建立的模型,加深了学生对干冰晶体结构的认识,算出了与其相关的晶胞参数和原子坐标等,解释了干冰晶体为什么不是面心立方而是简单立方点阵。基于物质组成与结构的隐性关系,借助不饱和度巧妙地推出了各分子式可能具有的结构。同时对试题中存在的问题发表了自己的看法,并提出了一些教学建议。     

“多角度欣赏面心立方晶胞”教学设计*

尝试利用“火花学院”App等在线交互资源,引导学生从立体几何及密置层堆积模型视角,观察、描述、绘制面心立方晶胞的正四面体填隙、正八面体填隙、三视图和沿体对角线投影图像,加深学生对以面心立方晶胞结构为基础的CaF₂→金刚石晶胞、NaCl→钙钛矿晶胞结构的理解;再结合新型材料透明镁铝尖晶石晶体结构的探讨,了解晶体制备中的掺杂改性等常用方法,发展学生的微观探析能力和科学创新意识。     

利用三维虚拟技术突破物质结构教学*——从演示型工具到探索型工具的转变

针对物质结构教学的抽象性,开发了一套基于三维虚拟技术的物质结构教学软件,可对结构模型进行旋转、平移、缩放、切割、镜像、插入或删除原子(团)及启停预先设置的动画等操作,强大的交互功能不仅能对分子或晶体结构如构造异构、立体异构、晶体的堆积方式、晶胞的划分、配位数、晶体结构中的空隙及空间利用率等问题进行效果极佳的可视化教学,另一方面,通过对B₁₂与C₆₀分子空间构型转变的探究揭示数学构型的重要性,通过对六方晶胞占有原子个数的探究修正晶胞模型,通过对金属晶体的4种基本堆积方式成因的探究提出“半密置层”概念来完善紧密堆积规律等案例,展示出三维虚拟技术在微观结构探索发现方面的巨大潜力。     

多体展开势能函数在碳族元素原子簇研究中的应用III. 锗原子族的结构和相对稳定性

基于从晶体锗确立的多体展开势能函数, 本文通过坐标完全优化, 发现小的锗原子簇分子(Ge~2~Ge~14)倾向于形成密堆积结构, 表面原子分布以蝶形四元环(D~2d)为主; 常见立方晶体“微观晶体碎片”的分层优化结果表明, 在Ge~15~Ge~100范围内, 多数壳层的原子到分子中心的距离均受到压缩, 且以畸变的简单立方、面心立方及体心立方较为稳定; 在这些畸变密堆积结构中, 表面原子向内压缩最为严重, 使整个分子趋于球形化。较为开放的金刚石类层状原子族只有当所含原子数达数百以上时才可能相对更为稳定。     

多体展开势能函数在碳族元素原子簇研究中的应用III. 锗原子族的结构和相对稳定性

基于从晶体锗确立的多体展开势能函数, 本文通过坐标完全优化, 发现小的锗原子簇分子(Ge~2~Ge~14)倾向于形成密堆积结构, 表面原子分布以蝶形四元环(D~2d)为主; 常见立方晶体“微观晶体碎片”的分层优化结果表明, 在Ge~15~Ge~100范围内, 多数壳层的原子到分子中心的距离均受到压缩, 且以畸变的简单立方、面心立方及体心立方较为稳定; 在这些畸变密堆积结构中, 表面原子向内压缩最为严重, 使整个分子趋于球形化。较为开放的金刚石类层状原子族只有当所含原子数达数百以上时才可能相对更为稳定。     

体心立方堆积方式及其性质

体心立方堆积方式及其性质郑元庆（福建师范大学化学系福州３５０００７）关键词体心立方堆积空隙迁移活化能在晶体结构中，体心立方堆积是一种非常重要的堆积方式。在高温状态，几乎所有金属都以这种堆积方式存在，即使在常温下，也有不少金属晶体和离子晶体采取这种结构...     

关于晶体学的一些概念

大学化学编辑部约我写篇文章,讨论一些晶体学的基本概念和表述方法。我想藉此机会写一些学习体会,和读者交流,就教于读者。1晶体的周期结构和点阵晶体是由原子或分子按照一定的周期性在空间排列形成的固体。在晶体内部三维空间中,原子的排列按周期规律隔一定距离重复出现,每个重复的单位具有相同的化学组成、相同的化学结构、相同的空间取向和相同的周围环境。这种重复的基本结构内容叫结构基元。为了研究晶体中结构基元排列的周期性,将每个结构基元抽象成一个几何上的点表示,而不考虑结构基元的内容和结构,这些点形成点阵。点阵是在空间任…     

多体展开势能函数在碳族元素原子簇研究中的应用 Ⅲ.锗原子簇的结构和相对稳定性

基于从晶体锗确立的多体展开势能函数,本文通过坐标完全优化,发现小的锗原子簇分子(Ge_2—Ge_(14))倾向于形成密堆积结构,表面原子分布以蝶形四元环(D_(2d))为主;常见立方晶体“微观晶体碎片”的分层优化结果表明,在Ge_(15)～Ge_(100)范围内,多数壳层的原子到分子中心的距离均受到压缩,且以畸变的简单立方、面心立方及体心立方较为稳定;在这些畸变密堆积结构中,表面原子向内压缩最为严重,使整个分子趋于球形化.较为开放的金刚石类层状原子簇只有当所含原子数达数百以上时才可能相对更为稳定.     

晶体结构中的模板——氯化钠

通过举例介绍了在多种晶体结构中起着桥梁性作用的结构模板--氯化钠,揭示了面心立方晶胞与其他多种立方晶系等之间的衍生关系,强化了氯化钠这种典型结构在建模思维中的举一反三功能。     

关于高分子物理教学的思考：系带分子——结晶聚合物结构与性能的纽带

结晶聚合物涉及大量复杂的概念和理论知识,是高分子物理教学的重难点内容之一。其中“系带分子”作为结晶聚合物中的重要组成部分,不仅仅是联结晶体与晶体的系带,也是理解结晶聚合物结构与性能的“系带”。本文提出以结晶聚合物中的“系带分子”为线索,对结晶聚合物涉及的相关知识进行串连和梳理,阐述聚合物的晶体结构模型以及结晶聚合物结构与性能的关系,帮助学生理解和记忆结晶聚合物相关知识的同时,建立对结晶高分子结构与性能对应关系的理解,进而形成在学习高分子相关知识时从结构到性能的思维逻辑。同时也通过鼓励学生自主查阅文献,学习和总结学术上关于结晶聚合物研究的历史沿革和最新进展的形式,进一步加深学生对课堂知识的掌握,锻炼学生们独立思考的能力。     

金刚石的老知识和新知识

早在1879年,Smithson Tennant已经发现,金刚石燃烧的产物是碳的氧化物,故金刚石是碳的单质。1913年,Bragg父于用X-衍射实验测定了金刚石的晶体结构。证实通常的天然金刚石属于立方晶系,其晶胞为面心立方,一个晶胞里有8个碳原子（一个点阵点为两个碳原子）。每个碳原子周围有四个呈四面体排列的碳原子,键长为154pm。     

Materials Studio软件辅助中学化学教学*——以晶体结构为例

引入一种新的化学软件--Material Studio(MS),利用其晶体结构数据库和立体演示功能辅助晶体结构教学,并设计了典型化合物晶胞结构以及金属晶体晶胞堆积的演示实例和教学过程。MS软件的晶体结构演示功能简单易学,能帮助学生更好地掌握晶体结构知识点,实现个性化教学和学生自主学习,提高课堂教学效率。     

"离子晶体、分子晶体和原子晶体"研究性教学初探

1　前言新编高中教材第三册 (限选 )第一章“晶体的类型与性质” ,是高中教材中重要的知识环节。而第一节“离子晶体、分子晶体和原子晶体”又是本章中的关键一节 ,它对高中化学所涉及到的晶体及典型物质的晶体结构进行了阐述。若仍像以往一样 ,仅泛泛的讲授 ,学生收获不大 ,如果作为研究课来学习 ,它却是开发学生智力 ,发展学生能力的好内容。因为它对于培养学生的三维空间想象能力、慎密的逻辑思维和综合分析问题的能力 ,是再好不过的教材。正是基于这种想法 ,我们开展了以网络课方式教学的研究性学习的尝试。2　教学重点1.掌握 3种典型晶…     

化学短程序和中程序的Voronoi多面体分析

液体和玻璃中的化学短程序是其物理模型的一个基本问题.Voronoi 多面体的计算和统计,提供了一种研究原子间短程化学有序的方法.然而,Voronoi 多面体只能描述原子最近邻的局域堆垛结构,为考察化学有序与距离的关系,特别是短程序、中程序及其间的过渡,我们提出Voronoi 多面体套的概念,并建立了它的计算方法.Voronoi 多面体套(详称胀套Voronoi 多面体)是Voronoi 多面体的直接推广.随着胀套级的递增,它由近到远地描述了原子的各层次的近邻之堆垛结构,细致地刻划出化学有序     

运用Mercury软件辅助高中晶体结构教学

针对晶体结构教学的抽象性,运用Mercury软件辅助教学,该软件具有读取晶体信息文件、显示或编辑多种样式的晶体结构图等功能,能实现晶体配位数、晶体堆积方式、晶胞模型建构、晶胞微观结构分析等知识点的可视化教学,使教学有据可依,有助于发展学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养,是信息技术与学科教学整合...     

竞赛试题中晶体结构的空隙问题

全国高中生化学竞赛试题十分重视晶体结构的考查,以填隙的视角认识晶体结构有助于竞赛选手正确理解某些晶胞的结构特点;堆积球中空隙的形状、位置和分布特征对认识晶体的结构和性质均十分重要。     

纳米Al2O3颗粒对纯Fe液诱导凝固过程的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法模拟了不同半径大小的纳米Al2O3颗粒夹杂在三个温度下(1750、1730和1710K)对纯Fe液的诱导凝固过程,并分析了作为诱导核心的纳米Al2O3颗粒的结构演变及其对Fe原子体系的凝固过程的影响.发现在诱导过程中,纳米Al2O3颗粒的内部保持较好的晶型结构,仅表面原子有结构变形;诱导凝固的Fe原子主要为面心立方(fcc)和密排六方(hcp)原子;纳米Al2O3颗粒的尺寸越大,发生诱导凝固的温度越高;诱导凝固得到的Fe晶体的晶格取向受纳米Al2O3颗粒在Fe液中的漂移程度影响.     

简单晶格的簇—Bethe格模型

以局域作用为出发点, 用簇—Bethe格子模型讨论了固体定域态密度的定域环境的特征. 示范计算了体心立方、面心立方和简单立方三种格子的稳定化能. 结果表明, 电子半充满时, 体心立方是最稳定的结构, 从而在拓扑近似下解释了第Ⅰ主族和第Ⅳ副族单质的晶体结构.     

最密堆积中空隙分布的学习技巧

六方最密堆积和立方最密堆积是金属晶体中最常见的结构,其正四面体空隙和正八面体空隙的分布是学生学习的难点.本文将揭示密置双层-最密堆积-离子晶体结构中空隙的分布规律,进而将典型离子晶体结构与最密堆积中的空隙分布相关联.这对学生掌握空隙分布的规律性,理解金属和离子晶体结构,提升晶体结构的学习效果大有帮助.     

教材中典型晶体的结构分析及有关计算

晶体结构这部分内容能充分体现《考试说明》的以下要求 :①对原子、分子、化学键等微观结构有一定的三维的想象能力。②能通过对模型、图形的观察 ,获取有关的感性认识和印象 ,并通过对这些感性认识进行初步加工和记忆。③将化学问题抽象为数学问题 ,利用数学工具 ,通过计算和推理 (结合化学知识 ) ,解决化学问题的能力。而教材中有关晶体的内容又比较分散 ,为使学生达到《考试说明》的上述要求 ,将教材给出的晶体结构示意图集中起来 ,进行全面细致地研究 ,认真深入地分析是十分必要的。1　分析晶体结构要有一定的立体几何知识和丰富的空间…