《分子晶体与原子晶体》 讲义

《分子晶体与原子晶体》讲义
一、晶体的概念
在自然界中，物质的存在形式多种多样，而晶体则是其中一种具有特殊结构和性质的物质形态。

晶体是由原子、分子或离子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。

其内部的粒子排列具有高度的有序性和对称性，这使得晶体具有独特的物理和化学性质。

二、分子晶体
1、定义
分子晶体是由分子通过分子间作用力（范德华力或氢键）结合而成的晶体。

2、构成粒子
分子晶体的构成粒子是分子。

3、粒子间的作用力
分子间作用力相对较弱，包括范德华力和氢键。

范德华力包括取向力、诱导力和色散力。

范德华力的大小通常比化学键的键能小得多。

4、常见的分子晶体
（1）大多数非金属单质，如氢气（H₂）、氧气（O₂）、氮气（N₂）、卤素单质（如氟气 F₂、氯气 Cl₂等）。

（2）非金属氢化物，如甲烷（CH₄）、氨气（NH₃）、水（H₂O）等。

（3）多数非金属氧化物，如二氧化碳（CO₂）、二氧化硫（SO₂）等。

（4）几乎所有的酸，如硫酸（H₂SO₄）、硝酸（HNO₃）等。

（5）大多数有机物，如蔗糖（C₁₂H₂₂O₁₁）、乙醇
（C₂H₅OH）等。

5、物理性质
（1）熔点和沸点较低：由于分子间作用力较弱，分子晶体在较低
的温度下就能克服分子间作用力，由固态变为液态或气态，因此熔点
和沸点通常较低。

（2）硬度较小：分子晶体的粒子间结合力较弱，所以质地较软，
容易被压缩。

（3）不导电：多数分子晶体在固态和熔融状态下都不导电，因为
分子晶体中不存在自由移动的带电粒子。

三、原子晶体
1、定义
原子晶体是原子之间通过共价键结合形成的空间网状结构的晶体。

2、构成粒子
原子晶体的构成粒子是原子。

3、粒子间的作用力
原子晶体中原子之间以共价键相连，共价键的键能较大，具有很强
的方向性和饱和性。

4、常见的原子晶体
（1）某些非金属单质，如金刚石（C）、晶体硅（Si）、晶体硼（B）等。

（2）某些非金属化合物，如碳化硅（SiC）、二氧化硅（SiO₂）等。

5、物理性质
（1）熔点和沸点高：原子晶体中的共价键非常牢固，需要很高的
能量才能破坏，所以熔点和沸点很高。

（2）硬度大：原子晶体中原子之间的结合力很强，因此硬度很大。

（3）一般不导电：但某些原子晶体在特定条件下可以导电，如晶
体硅在高温下可以导电。

四、分子晶体与原子晶体的比较
1、粒子间作用力
分子晶体的粒子间作用力是分子间作用力，较弱；原子晶体的粒子
间作用力是共价键，很强。

2、熔点和沸点
分子晶体的熔点和沸点通常较低；原子晶体的熔点和沸点很高。

3、硬度
分子晶体硬度较小；原子晶体硬度很大。

4、导电性
多数分子晶体在固态和熔融态不导电；某些原子晶体在特定条件下
导电。

五、实例分析
以金刚石和冰为例。

金刚石是典型的原子晶体，其碳原子通过共价
键形成正四面体的空间网状结构，非常坚固，因此具有极高的硬度和
熔点。

而冰是由水分子通过氢键和范德华力构成的分子晶体，其熔点
和硬度相对较低。

六、应用与重要性
分子晶体和原子晶体在材料科学、化学工业等领域都有着重要的应用。

例如，利用原子晶体的高强度和高稳定性，可以制造高性能的切
削工具和半导体材料；而分子晶体在药物合成、有机合成等方面发挥
着重要作用。

总之，分子晶体和原子晶体是晶体中的重要类型，它们的性质和结
构特点决定了它们在不同领域的应用和价值。

通过对它们的深入了解，我们可以更好地理解物质的性质和行为，为科学研究和实际应用提供
有力的支持。