晶体结构与性质知识总结

3-1、晶体的常识

一、晶体和非晶体

1、概述——自然界中绝大多数物质是固体，固体分为和两大类。

* 自范性——晶体能自发地呈现多面体外形的性质。本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。

* 晶体不因颗粒大小而改变，许多固体粉末用肉眼看不到规则的晶体外形，但在显微镜下仍可看到。

* 晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当，熔融态物质凝固速率过快常得到粉末或没有规则外形的块状物。

* 各向异性——晶体的许多物理性质如强度、热导性和光导性等存在各向异性即在各个方向上的性质是不同的

二、晶胞

1、定义——描述晶体结构的基本单元。

2、特征——

（1）习惯采用的晶胞都是体，同种晶体所有的晶胞大小形状及内部的原子种类、个数和几何排列完全相同。

（2）整个晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。

<1> 所谓“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙；

<2> 所谓“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

3、确定晶胞所含粒子数和晶体的化学式——均摊法分析晶胞与粒子数值的关系

（1）处于内部的粒子，属于晶胞，有几个算几个均属于某一晶胞。

（2）处于面上的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。

（3）处于90度棱上的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。

（4）处于90度顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于60度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于120度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。

4、例举

三、分类

晶体根据组成粒子和粒子之间的作用分为分子晶体、原子晶体、金属晶体和离子晶体四种类型。

3-2、分子晶体和原子晶体

一、分子晶体

1、定义——只含分子的晶体。

2、组成粒子——。

3、存在作用——组成粒子间的作用为（），多原子分子内部原子间的作用为。

* 分子晶体中定含有分子间作用力，定含有共价键。

* 分子间作用力于化学键。

4、物理性质

（1）熔沸点与硬度——融化和变形只需要克服，所以熔沸点、硬度，部分分子晶体还可以升华。熔融一定破坏分子间的和可能存在的键，绝不会破坏分子内部的。

同为分子晶体的不同物质，一般来说尤其对于结构组成相似的分子，相对分子质量越大，熔沸点越；相对分子质量相差不大的分子，极性越大熔沸点越；含氢键的熔沸点会特殊的些。

例如：

（2）溶解性——遵循同性互溶原理（或说相似相溶原理）：即极性分子易溶于性溶剂（多为），如卤化氢（HX）、低级醇和低级羧酸易溶于极性溶剂水；非极性分子易溶于非极性（有机）溶剂，如硫、磷和卤素单质（X2）不易溶于极性溶剂水而易溶于非极性溶剂CS2、苯等。同含氢键的溶解性会更，如乙醇、氨气与水。

5、类别范畴

（1）除C、Si、B外的非金属单质，如卤素、氧气和臭氧、硫（S8）、白磷（P4）、足球烯（C60）、稀有气体等。

（2）除铵盐、SiO2、SiC、Si3N4、BN等外的非金属互化物，包括非金属氢化物和氧化物，如氨（NH3）、冰（H2O）、干冰（CO2）、三氧化硫（SO3）等。

（3）所有的酸分子（纯酸而非溶液）。

（4）大多有机物。

（5）除汞外常温下为液态和气态的物质。

（6）能升华的物质。如干冰、碘、等。

6、结构例析

如果分子间作用力只有范德华力，其分子占晶胞六面体的个顶角和个面心，若以一个分子为中心，其周围通常有个紧邻分子，这一特征称为分子密堆积，如O2、C60、CO2、I2等。

（1）干冰

固态的，色透明晶体，外形像冰，分子间作用力只有，熔点较，常压能升华，常作制冷剂或人工降雨。

二氧化碳分子占据立方体晶胞的个面心和个顶角，与每个二氧化碳分子距离最近且相等的二氧化碳分子有个，若正方体棱长为a，则这两个相邻的CO2的距离为。

（2）冰

固态的，色透明晶体，水分子间作用力除外，还有，氢键虽远小于共价键，但明显大于范德华力，所以冰的硬度较，熔点相对较。

每个水分子与周围距离最近且相等的水分子有个，这几个水分子形成一个的空间构型，晶体中水分子与氢键的个数之比为。这一排列使冰中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，所以冰的密度于液体水（4C的水密度最大，通常认为是1）。

（3）天然气水合物

——可燃冰·海底储存的潜在能源，甲烷分子处于水分子形成笼子里，形式多样。

二、原子晶体

1、定义——相邻间以键结合而成空间网状的晶体。整块晶体是一个三维的共价键网状结构的

“大分子”，又称共价晶体。

2、组成粒子——。

3、存在作用——。

4、物理性质

（1）熔沸点与硬度——熔点、硬度，是原子晶体的特征。具体综合考虑构型和键能。

同为原子晶体的物质，空间构型相似时，共价键键长越短，键能就越，熔沸点就越。

（2）溶解性——溶于极性溶剂，溶于非极性（有机）溶剂。

5、类别范畴

（1）Si、B、Ge和C（金刚石）等非金属单质。

（2）SiO2、SiC、Si3N4、BN等。

6、结构例析

（1）金刚石

色晶体，天然硬度最，于导电和导热，溶于水和有机溶解。能燃烧生成。

属于晶体，这种晶体的特点是；金刚石中与某个C原子紧邻即距离最近且相等C原子有（杂化），它们形成原子的构型，键角；由共价键构成最小环上有个 C原子（平均每个最小环上有1/2个碳原子和1个碳碳单键），晶体中C原子个数与C-C键数之比为。

金刚石晶胞可以看为8个小立方体形成的大立方体，碳原子占大立方体的个顶角、个面心（或说占大立方体的个一个中心、个棱心）以及其中间隔的个小立方体的中心（或说碳原子占每个小立方体间隔的个顶角和中心），平均每个晶胞含有个碳原子。

晶体硅（单晶硅）、碳化硅（金刚砂）结构和性质均与之相似。

（2）二氧化硅

色晶体，硬度、熔点，于导电和导热，溶于水和有机溶剂。只与酸和强碱反应。用于制造水泥、玻璃、人造宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维等。

相当于在晶体硅的每个硅硅键之间个插入了一个氧原子，每个Si与个O原子形成个共价键，这几个氧原子形成的空间构型为，每个O与个Si原子形成共价键。在二氧化硅晶体中Si与

O原子个数比为，平均每mol SiO2晶体中含有Si-O键最接近______mol。

* 石墨——色非金属单质，溶于水，质地软，熔点，可做铅笔芯和固体润滑剂，电和热的体，能做高温下的电极。

属于晶体，是状结构：层内碳原子间以相结合，C原子呈杂化，即每一个碳原子与紧邻的个碳原子形成个共价键（碳原子数与碳碳单键数之比为），这几个碳