晶体的结构及性质

晶体的结构及性质

基础知识

一．晶体和非晶体

1.定义：内部粒子（原子、分子或离子）在空间按一定规律做周期性重复排列的固体物质称为晶体。例如：高锰酸钾、金刚石、干冰、金属铜、石墨等。绝大多数常见固体都是晶体。

非晶体:内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体称为非晶体。例如：玻璃、沥青、石蜡等。非晶体又称为无定形体。

2.晶体的重要特征

（1）具有规则的几何外形

（2）具有各向异性

（3）有固定的熔点

（4）X—射线衍射实验

二．几类晶体的概念

1.分子晶体：分子间以分子间作用力形成的晶体。

2.原子晶体：相邻原子间以共价键相结合形成的空间网结构的晶体叫原子晶体。原子晶体又叫共价晶体。

3.离子晶体：由阴阳离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。

4.金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。金属晶体的成键粒子是金属阳离子和自由电子。

三．离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体比较

四．几种常见的晶体结构

1.氯化钠晶体（离子晶体）

在氯化钠晶体中：

Na等距紧邻的Cl－有6个

（1）与每个

（2）与每个+Na 等距紧邻的+

Na 有12个 （3）每个氯化钠晶胞中含有4个NaCl 。

（4）+

Na 周围与每个+

Na 等距紧邻的6个Cl －

围成的空间构型为正八面体。

2.氯化铯晶体（离子晶体） 在氯化铯晶体中：

（1）与每个Cs + 等距紧邻的Cl －

有8个 （2）与每个Cs +等距紧邻的Cs +有6个 （3）每个氯化钠晶胞中含有1个CsCl 。

3.干冰（分子晶体） 在干冰的晶体中：

（1）与每个CO 2 分子等距紧邻的CO 2 分子有12个。 （2）平均每个晶胞中含有4个CO 2 分子。 4.金刚石晶体

在金刚石晶体中：

（1）每个碳原子与周围的4个碳原子形成四条碳碳键，这5个碳原子形成的是正四面体机构。两个C —C 键的夹角为109°28'。

（2）晶体中最小的环为6原子环，但6个碳原子不在同一个平面上。 （3）晶体中碳原子数与C —C 键数之比为1:(4*1/2)=1:2 5.石墨

(1)石墨是一种混合型晶体，层内存在共价键，层间以分子间作用力结合。 (2)在层内每个碳原子通过共价单键与另3个C 原子结合，构成正六边形。 (3)在石墨晶体中碳原子和C —C 共价键数之比是2:3。.

6.二氧化硅

(1)晶体中重复单元是硅氧正四面体，每个硅原子与4个氧原子相连，即每个氧原子又与2个硅原子相连，所以在SiO 2 的晶体中硅、氧原子个数之比为1:2。 (2)在SiO 2的晶体结构中最小环上有12个原子。 (3)每 n mol SiO 2晶体中，Si —O 键数目为4n mol 。 五．金属晶体的原子堆积模型对比

六．晶体结构的密推积原理

七．“电子其理论”与金属的物理通性

八．晶格能 1.定义：

2.影响晶格能大小的因素：

3.晶格能的作用

晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔点、沸点越高，硬度越大。同时晶格能的大小亦影响岩浆晶出的先后次序，晶格能越大，岩浆中的矿物越易晶出。

方法技巧

一．判断晶体类型的方法

1.依据组成晶体的晶格质点和质点间的作用判断

离子晶体的晶格点是阴阳离子，质点间的作用是离子键；原子晶体的晶格点是原子，质点间的作用是共价键；分子晶体的晶格点是分子，质点间的作用是分子间作用力；金属晶体的晶格点是金属阳离子和自由电子，质点间的作用是金属键。

2.依据物质的分类判断

金属氧化物（如等）、强碱和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质、气态氢化物、非金属氧化物、酸、绝大多数有机物是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅、晶体硼等；常见的原子晶体化合物有碳化硅、氧化硅等。金属单质

3.依据晶体的熔点判断

离子晶体的熔点较高，常在数百至1000多摄氏度。原子晶体的熔点高，常在1000至几千摄氏度。分子晶体熔点较低，常在数百摄氏度以下至很低温度，金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。

4.依据导电性判断

离子晶体水溶液及熔融态能导电。原子晶体一般为非导体，但石墨能导电。分子晶体为非导体，而分子晶体中的电解质（主要是酸和强非金属氧化物）溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，也能导电。金属晶体是电的良导体。

5.依据硬度和机械性能判断

离子晶体硬度较大或略硬而脆；原子晶体硬度大；分子晶体硬度小且较脆。金属晶体多数硬度大，但也有较低的，且具有延展性。

二．物质熔、沸点高低比较规律

1.不同类型晶体的熔沸点高低规律：原子晶体>离子晶体>分子晶体。

金属晶体多数熔点很高，如钨、铂等；有的则很低，如汞、镓、铯等。

2.同种类型晶体晶体内粒子间的作用力越大，熔沸点越高。

（1）原子晶体：要比较共价键的强弱，一般来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，共价键越牢固，晶体熔沸点越高。

如熔点：金刚石（C—C）>金刚砂（C—Si）>晶体硅（Si—Si）>锗（Ge—Ge）

（2）离子晶体：要比较离子键的强弱，一般来说，阴阳离子的电荷数越多，离子半径越小，

则离子键作用力越大，离子键越强，熔沸点越高。

（3）金属晶体：金属晶体中金属原子的价电子数越多，原子半径越小，金属阳离子与自由电子静电作用越强，金属键越强，熔沸点越高，反之越低。

合金的熔沸点一般来说比它各成分纯金属的熔沸点低。

（4）分子晶体：分子晶体分子间作用力越大，物质的熔沸点越高，反之越低。

①具有氢键的分子晶体，熔沸点反常地高，且氢键的键能越大，熔沸点越高。

②组成和结构相似的分子晶体，相对分子质量越大，分子间作用力越强，物质的熔沸点越高。

（5）元素周期表中第ⅦA族卤素的单质（分子晶体）的熔沸点随原子序数递增而升高；第ⅠA族碱金属元素的单质（金属晶体）的熔沸点随原子序数递增而降低。

（6）有机化合物熔沸点高低比较

①在高级脂肪酸形成的油脂中，油的熔沸点比脂肪低，不饱和程度越大（碳碳双键越多），熔沸点越低。

②烃、卤代烃、醇、醛、羧酸等有机物一般随着分子力碳原子数增加，熔沸点升高。

③链烃及其衍生物的同分异构体随支链增多，熔沸点降低。

④芳香烃的异构体有两个取代基时，沸点按邻、间、对位降低。

（7）组成和结构不相似的物质（相对分子质量相近），分子极性越大，其熔沸点就越高。三．分子空间类型、键的极性与分子极性

1.晶胞概念：晶体结构的基本单元叫做晶胞。晶胞是晶体结构中最小的结构重复单元。

2.晶胞的结构：一般来说，晶胞都是从晶体结构中截取下来的大小形状完全相同的平行六面体，晶胞只是晶体微观空间里的一个基本单元，在它的上下左右前后无间隙并排着无数晶胞，而且所有晶胞的形状及其内部的原子种类、个数及几何排列是完全相同的。

3.晶胞中的原子数目的确定——均摊法

（1）处于顶点的粒子，同时为8个晶胞所共有，每个粒子有1/8属于该晶胞。

（2）处于棱上的粒子，同时为4个晶胞所共有，每个粒子有1/4属于该晶胞。

（3）处于免伤的粒子，同时为2个晶胞所共有，每个粒子有1/2属于该晶胞。

（4）处于晶胞内部的粒子，则完全属于该晶胞。

【经典解析】

1．（2007海南·22）下列叙述正确的是（）

A．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键

B．原子晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键

C．离子晶体中可能含有共价键

D．金属晶体的熔点和沸点都很高

答案：C

考点：本题考查了晶体的结构与性质。

解析：本题中稀有气体为单原子分子无共价键；原子晶体中如SiO2也存在Si－O极性共价键，B错；在铵盐中既存在离子键又存在共价键，C正确。金属汞的熔点很低，D错。2．（2007海南·23）用价层电子对互斥理论预测H2S和BF3的立体结构，两个结论都正确的是（）