碳酸钙(霰石)晶体结构

实验目的

认识霰石的晶体结构,了解同一物质可有不同晶型。

实验原理

碳酸钙是离子晶体,由Ca²⁺和CO₃²⁻通过离子键结合,CO₃²⁻内部C与O以共价键结合,呈平面三角形。霰石属于正交晶系,Ca²⁺周围有9个O原子配位;方解石属于三方晶系,Ca²⁺周围为6个O原子配位。常温常压下方解石更稳定。

实验器材

• 霰石型碳酸钙三维结构模型
• Ca²⁺
• CO₃²⁻(平面三角形)
• Ca²⁺周围的O原子

实验步骤

1. 旋转模型,观察Ca²⁺与CO₃²⁻的整体排布。
2. 放大一个CO₃²⁻,确认C原子与3个O原子成平面三角形。
3. 选一个Ca²⁺,数出周围紧邻的O原子数。
4. 观察CO₃²⁻平面的取向是否有规律。
5. 与方解石结构对照,比较Ca²⁺的配位情况。

实验现象与结论

模型中Ca²⁺与CO₃²⁻交替有序排列,CO₃²⁻为平面三角形,每个Ca²⁺周围有9个O原子。结论:霰石与方解石化学式相同、晶体结构不同,二者互为同质异构体。

常见问题

霰石和方解石有什么区别?

都是CaCO₃,但晶体结构不同:霰石为正交晶系,Ca²⁺配位数9;方解石为三方晶系,配位数6。

碳酸根的空间构型是什么?

平面三角形。C原子位于中心,3个O原子位于三角形顶点。