几种典型晶体结构的特点分析(精)

几种典型晶体结构的特点分析

徐寿坤

有关晶体结构的知识是高中化学中的一个难点，它能很好地考查同学们的观察能力和三维想像能力，而且又很容易与数学、物理特别是立体几何知识相结合，是近年高考的热点之一。熟练掌握NaCl 、CsCl 、CO 2、SiO 2、金刚石、石墨、C 60等晶体结构特点，理解和掌握一些重要的分析方法与原则，就能顺利地解答此类问题。

通常采用均摊法来分析这些晶体的结构特点。均摊法的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n 个晶胞所共有，则每个晶胞只能分得这个原子的1/n 。

1. 氯化钠晶体

由下图氯化钠晶体结构模型可得：每个Na +紧邻6个-

Cl ，每个-

Cl 紧邻6个+

Na （上、下、左、右、前、后），这6个离子构成一个正八面体。设紧邻的Na +-a ，每个Na +与12个Na +等距离紧邻（同层4个、上层4个、下层4个），距离为a 2。由均摊法可得：该晶胞中所拥有的Na +数为4216818=⨯+⨯

，-Cl 数为44

1

121=⨯+，晶体中Na +数与Cl -数之比为1：1

2. 氯化铯晶体

每个Cs +紧邻8个-Cl -紧邻8个Cs +，这8个离子构成一个正立方体。设紧邻

的Cs +与Cs +间的距离为

a 2

3

，则每个Cs +与6个Cs +等距离紧邻（上、下、左、右、前、后）。在如下图的晶胞中Cs +数为812

164112818=+⨯+⨯+⨯，-

Cl 在晶胞内其数目为8，

晶体中的+Cs 数与-

Cl 数之比为1：1，则此晶胞中含有8个CsCl 结构单元。

3. 干冰

每个CO 2分子紧邻12个CO 2分子（同层4个、上层4个、下层4个），则此晶胞中的CO 2分子数为42

1

6818=⨯+⨯

。

4. 金刚石晶体

每个C 原子与4个C 原子紧邻成键，由5个C 原子形成正四面体结构单元，C-C 键的夹角为'28109︒。晶体中的最小环为六元环，每个C 原子被12个六元环共有，每个C-C 键被6个六元环共有，每个环所拥有的C 原子数为211216=⨯，拥有的C-C 键数为16

1

6=⨯，则C 原子数与C-C 键数之比为

2:11:2

1

=。

5. 二氧化硅晶体

每个Si 原子与4个O 原子紧邻成键，每个O 原子与2个Si 原子紧邻成键。晶体中的

最小环为十二元环，其中有6个Si 原子和6个O 原子，含有12个Si-O 键；每个Si 原子被12个十二元环共有，每个O 原子被6个十二元环共有，每个Si-O 键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si 原子数为2

112

16=⨯，拥有的O 原子数为16

16=⨯，拥有的Si-O

键数为26

1

12=⨯

，则Si 原子数与O 原子数之比为1：2。

6. 石墨晶体

在石墨晶体中，层与层之间是以分子间作用力结合，同层之间是C 原子与C 原子以共价键结合成的平面网状结构，故石墨为混合型晶体或过渡型晶体。在同层结构中，每个C 原子与3个C 原子紧邻成C-C 键，键角为︒120，其中最小的环为六元环，每个C 原子被3个六元环共有，每个C-C 键被2个六元环共有；每个六元环拥有的C 原子数为23

1

6=⨯，拥有的C-C 键数为32

1

6=⨯

，则C 原子数与C-C 键数之比为2：3。

7. C 60分子

C 60是由60个C 原子组成的类似于足球的分子，由欧拉定律可推知该分子中有12个正五边形和20个正六边形。每个C 原子与其他3个C 原子紧邻成键，形成的总键数为

,902

1

30=⨯

⨯6由于每个C 原子可形成4个键，所以3个键中肯定有一个是双键，则其中的双

键数为901

3

⨯=30，90单键数为

603290=⨯。