几种常见晶体结构分析.

几种常见晶体结构分析

河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131

栾春武：中学高级教师，张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。

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一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体

由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下：

离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）

中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有

所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于该单元中

所占的份额为18

，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为14，面上的微粒属于该单元中所占的份额为12

，中心位置上（嚷里边）的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为1。 1.氯化钠晶体中每个Na +周围有6个C l －，每个Cl －周围有6个Na +，与一个Na +距离最近且相等的

Cl －围成的空间构型为正八面体。每个N a +周围与其最近且距离相等的Na +

有12个。见图1。 晶胞中平均Cl －个数：8×18 + 6×12 ＝ 4；晶胞中平均Na +个数：1 + 12×14

＝ 4 因此NaCl 的一个晶胞中含有4个NaCl （4个Na +和4个Cl －）。

2.氯化铯晶体中每个Cs +周围有8个Cl －，每个Cl －周围有8个Cs +，与

一个Cs +距离最近且相等的Cs +有6个。晶胞中平均Cs +个数：1；晶胞中平

均Cl －个数：8×18

＝ 1。 因此CsCl 的一个晶胞中含有1个CsCl （1个Cs +和1个Cl －）。

二、金刚石、二氧化硅——原子晶体

1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C 原子以共价键与4

个C 原子紧邻，因而整个晶体中无单个分子存在。由共价键构成的最小

环结构中有6个碳原子，不在同一个平面上，每个C 原子被12个六元环

共用，每C —C 键共6个环，因此六元环中的平均C 原子数为6×

112 ＝ 12 ，平均C —C 键数为6×16 ＝ 1。 C 原子数: C —C 键键数 ＝ 1:2； C 原子数: 六元环数 ＝ 1:2。

2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C 被Si 代替，C 与C 之间插氧，即为SiO 2晶体，则SiO 2晶体中最小环为12环（6个Si ，6个O ），

最小环的平均Si 原子个数：6×112 ＝ 12；平均O 原子个数：6×16

＝ 1。 即Si : O ＝ 1 : 2，用SiO 2表示。

在SiO 2晶体中每个Si 原子周围有4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子。一个Si

原子可形

图

1 图

2 NaCl 晶体

图3 CsCl 晶体

图4 金刚石晶体

成4个Si —O 键，1mol Si 原子可形成4mol Si —O 键。

但是由此有许多学生认为二氧化硅晶体结构中一个最小的环是由8个原子构成的。实际上，在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的四个氧原子的成键情况与

金刚石晶体中的碳原子与周围的其它碳原子连接的情

况是相同的。即每个硅原子与周围的四个氧原子构成

一个正四面体。只是每个氧原子又处在由另一个硅原

子为中心的一个正四面体上。即每个氧原子为两个硅

氧四面体共用。如上图所示。从此图中可以明确看

出，构成二氧化硅晶体结构的最小环是由12个原子构

成的椅式环，注意图中∠O －Si －O =109°28′。

三、干冰——分子晶体

干冰晶体是一种立方面心结构，立方体的八个顶点

及六个面的中心各排布一个CO 2分子，晶胞是一个面心立方。一

个晶胞实际拥有的CO 2分子数为四个（均摊法），每个CO 2分子周围距

离相等且最近的CO 2分子共有12个。分子间由分子间作用力形成晶

体。每个CO 2分内存在共价键，因此晶体中既有分子间作用力，又有

化学键，但熔、沸点的高低由分子间的作用力决定，重要因素是相对

分子

质量，因此当晶体熔化时，分子内的化学键不发生变化。

每个结构单元中含CO 2分子数目为：8×18 + 6×12

＝ 4 四、石墨——混合型晶体

石墨晶体是层状结构，在每一层内有无数个正六边形，同层

碳原子间以共价键结合，晶体中C —C 的夹角为120℃,层与层之间的作

用力为范德瓦尔斯力，每个C 原子被六个棱柱共用，每六个棱柱实际占

有的C 原子数为2个。

每个正六边形拥有的C 原子数为：6×13

＝2 ；每个C 原子平均形成 32 个共价键，C 原子数与C —C 键数之比为2 : 3。 石墨的独特结构决定了它的独特性质，该晶体实际介于原子晶体、分子晶体、金属晶体之间，因此具有各种晶体的部分性质特点，是一种混合型晶体。如熔点高、硬度小、能导电等。

五、固态金属单质——金属晶体

金属（除金属汞外）在常温下都是晶体，在金属中，金属原子好像许多硬球一样一层一层紧密地堆积着。每个金属原子周围都有许多相同的金属原子围绕着。其实由于金属原子的最外层电子都较少，故金属原子容易失去电子变成金属离子。金属原子释放电子后形成的离子按一定规律堆积，释放的电子则在这个晶体里自由运动，这就是自由电子。在金属晶体的内部，金属离子和自由电子之间存在较强的相互作用力，这个作用力便是金属键。因此有人形象地将金属键比喻为金属阳离子沉浸在自由电子的海洋里。

例题分析：

【例题1】现有四种晶体，其离子排列方式如下图所示，其中化学式正确的是

C

个，处于体心的原子1AB 。B 选项中图7 CO 2晶体 图8 石墨的结构 AB 2 EF 2 X Y XY 3Z AB