Question

1963年在格陵蘭Ika峽灣發現一種水合碳酸鈣礦物ikaite。它形成于冷的海水中，溫度達到8^oC即分解為方解石和水。1994年的文獻指出：該礦物晶體中的Ca²⁺ 離子被氧原子包圍，其中2個氧原子來自同一個碳酸根離子，其余6個氧原子來自6個水分子。它的單斜晶胞的參數為：a =" 887" pm, b =" 823" pm, c =" 1102" pm, β = 110.2°，密度d =" 1.83" g cm^-3，Z = 4。
⑴ 通過計算得出這種晶體的化學式。                                   
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也是8的二水合石膏晶體(gypsum)作了對比，結果如下圖所示（縱坐標為相對體積）：

為什么選取冰和二水合石膏作對比？實驗結果說明什么？ 
⑶ 這種晶體屬于哪種類型的晶體？簡述理由。

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
設晶胞中含有n個水分子，晶胞的質量：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
該晶體的化學式為 CaCO₃× 6H₂O
⑵Ikaite在冷水中形成，而且含有大量結晶水，分解溫度又接近冰的熔點，可能與冰的結構有相似性，故選取冰作參比物；
石膏是帶結晶水的鈣的含氧酸鹽，而且鈣的配位數也是8，可能與ikaite結構相似，故選取石膏作參比物。
實驗結果說明ikaite的結構跟冰相似。
⑶分子晶體。
晶體分解溫度接近冰的熔點，體積隨溫度的變化趨勢也接近冰，可認為晶體中的化學微粒是CaCO₃× 6H₂O，它們以分子間作用力（氫鍵和范德華力）構成晶體。

⑴根據題意，設ikaite的化學式為CaCO₃·nH₂O，利用公式（其中，ρ=abcsinβ），求得摩爾質量M，進而求得n。
⑵題中之所以選擇這兩種物質作類比，是想了解ikaite的結構，因此組成、性質等相似性是類比的基礎。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結構最相似。
⑶從⑵問中可知，該晶體與冰晶體結構最接近，所以晶體類型相同，即同為分子晶體。