Question

1963年在格陵蘭Ika峽灣發(fā)現(xiàn)一種水合碳酸鈣礦物ikaite。它形成于冷的海水中，溫度達(dá)到8^oC即分解為方解石和水。1994年的文獻(xiàn)指出：該礦物晶體中的Ca²⁺ 離子被氧原子包圍，其中2個(gè)氧原子來(lái)自同一個(gè)碳酸根離子，其余6個(gè)氧原子來(lái)自6個(gè)水分子。它的單斜晶胞的參數(shù)為：a =" 887" pm, b =" 823" pm, c =" 1102" pm, β = 110.2°，密度d =" 1.83" g cm^-3，Z = 4。
⑴ 通過(guò)計(jì)算得出這種晶體的化學(xué)式。                                   
⑵ 研究了這種晶體在加壓下受熱膨脹體積增大的情形，并與冰及鈣離子配位數(shù)也是8的二水合石膏晶體(gypsum)作了對(duì)比，結(jié)果如下圖所示（縱坐標(biāo)為相對(duì)體積）：

為什么選取冰和二水合石膏作對(duì)比？實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明什么？ 
⑶ 這種晶體屬于哪種類型的晶體？簡(jiǎn)述理由。

Answer 1

⑴ikaite晶胞體積：
V = abc sinβ =" (8.87" ´ 8.23 ´ 11.02 ´ 10^-24 cm³) ´ sin110.2° =" 7.55" ´ 10^-22 cm³
設(shè)晶胞中含有n個(gè)水分子，晶胞的質(zhì)量：m =" 4" ´ (100 + 18 n) / N_A  (g)
晶體密度：d = m/V =" 4" ´ (100 + 18 n) / ( 6.02 ´ 10²³ ´ 7.55 ´ 10^-22)（g cm^-3）=" 1.83" g cm^-3
100 + 18 n =" 208    " n = 6
該晶體的化學(xué)式為 CaCO₃× 6H₂O
⑵Ikaite在冷水中形成，而且含有大量結(jié)晶水，分解溫度又接近冰的熔點(diǎn)，可能與冰的結(jié)構(gòu)有相似性，故選取冰作參比物；
石膏是帶結(jié)晶水的鈣的含氧酸鹽，而且鈣的配位數(shù)也是8，可能與ikaite結(jié)構(gòu)相似，故選取石膏作參比物。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明ikaite的結(jié)構(gòu)跟冰相似。
⑶分子晶體。
晶體分解溫度接近冰的熔點(diǎn)，體積隨溫度的變化趨勢(shì)也接近冰，可認(rèn)為晶體中的化學(xué)微粒是CaCO₃× 6H₂O，它們以分子間作用力（氫鍵和范德華力）構(gòu)成晶體。

⑴根據(jù)題意，設(shè)ikaite的化學(xué)式為CaCO₃·nH₂O，利用公式（其中，ρ=abcsinβ），求得摩爾質(zhì)量M，進(jìn)而求得n。
⑵題中之所以選擇這兩種物質(zhì)作類比，是想了解ikaite的結(jié)構(gòu)，因此組成、性質(zhì)等相似性是類比的基礎(chǔ)。從圖象上看，由于冰與ikaite體積－溫度變化曲線最接近，所以冰與ikaite結(jié)構(gòu)最相似。
⑶從⑵問(wèn)中可知，該晶體與冰晶體結(jié)構(gòu)最接近，所以晶體類型相同，即同為分子晶體。