晶体的类型与性质

晶体的类型与性质

本单元知识概要

【学习目标】

1. 了解离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体的结构和性质。

2. 理解组成晶体的粒子间相互作用及其与晶体性质之间的相互关系。

3. 掌握晶体类型的判断方法。

4. 借助数学方法，培养空间想象能力。

【知识概要】

晶体的类型和性质

1. 晶体类型的判断方法

⑴依据组成晶体的粒子和粒子间的相互作用判断

离子晶体的组成粒子是阴、阳离子，粒子间的相互作用是离子键；原子晶体的组成粒子是原子，粒子间的相互作用是共价键；分子晶体的组成粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力（即范德瓦耳斯力）；金属晶体的组成粒子是金属阳离子和自由电子，粒子间的相互作用是金属键。

(2) 依据物质的分类判断

金属氧化物(如K2O、Na2O2等)、强碱(如NaOH、KOH等)和绝大多数的盐类(AlCl3除外)是离子晶体。大多数非金属单质(除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外)、气态氢化物、非金属氧化物(除S i O2外)、酸、绝大多数有机物(除有机盐外)、稀有气体的固态是分子晶体。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、二氧化硅、刚玉等。常温下，金属单质(汞除外)与合金都是金属晶体。

(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余度。原子晶体的熔点最高，常在1000度至几千度。分子晶体的熔点低，常在数百度以下至很低温度。多数金属晶体的熔点高，但也有相当低的(如汞)。

⑷ 依据导电性判断

离子晶体在水溶液中及熔化时都能导电。原子晶体一般为非导体，不能导电。分子晶体为非导体，固态、液态均不导电，但分子晶体中的电解质(主要是酸和典型非金属氢化物)溶于水，使分子内的化学键断裂形成自由离子，故溶液能导电，金属晶体是电的良导体，能导电。

⑸ 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。

2. 晶体熔、沸点高低的比较方法

⑴ 离子晶体

一般地讲，化学式与结构相似的离子晶体，阴、阳离子半径越小，所带电荷越多，离子键越强，熔、沸点越高，如：NaCl>KCl>CsCl 。

⑵ 原子晶体

键长(成键原子半径之和)越短，键能越大，共价键越强，熔、沸点越高。如：金刚石>碳化硅>晶体硅。

⑶ 分子晶体

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，熔、沸点越高，如：I 2>Br 2>Cl 2>F 2；H 2Te>H 2Se>H 2S 。但具有氢键的分子晶体，如：NH 3、H 2O 、HF 等熔、沸点反常地高。绝大多数有机物属于分子晶体，其熔、沸点遵循以下规律：

① 组成和结构相似的有机物(同系物)，随相对分子质量增大，其熔、沸点升高，如：CH 4

② 链烃及其衍生物的同分异构体，其支链越多，熔、沸点越低，如CH 3(CH 2)3CH 3> CH 3 CH 2CH(CH 3)2>(CH 3)4C ；芳香烃的异构体有两个取代基时，熔、沸点按邻、间、对位降低。如： ＞ ＞

③ 在高级脂肪酸和油脂中，不饱和程度越大，熔、沸点越低。例如：

C 17H 35COOH ＞C 17H 33COOH ；(C 17H 35COO)3C 3H 5＞(C 17H 33COO)3C 3H 5。

⑷ 金属晶体

在同类金属晶体中，金属离子半径越小，阳离子所带的电负荷数越多，金属键越强，熔、沸点越高，如：Li ＞Na ＞K ＞Rb ＞Cs ，合金的熔点低于它的各成分金属的熔点，如Al ＞Mg ＞铝镁合金。

⑸ 不同类型的晶体

一般是原子晶体的熔、沸点最高，分子晶体的熔、沸点最低，离子晶体的熔、沸点较高，大多数金属晶体的熔、沸点较高，如：金刚石>氧化镁；铁>水。

应注意离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体熔化时，化学键不被破坏的只有分子晶体，分子晶体熔化时，被破坏的是分子间作用力。

第一节 离子晶体、分子晶体和原子晶体

例题

例1 下列每组物质发生状态变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是CH 3CH 3CH

3CH 3

CH 3CH 3

( )

A. 食盐和蔗糖熔化

B. 二氧化硅和硫熔化

C. 碘和干冰升华

D. 二氧化硅和氧化钠熔化

解析 食盐是离子晶体，状态变化时所克服的是离子键；蔗糖、硫、碘、干冰都是分子晶体，状态变化时所克服的是分子间作用力；二氧化硅是原子晶体，状态变化时所克服的是共价键。

【答案】C

例2 根据以下两组事实材料，回答下列问题：

材料一：

材料二：

（1）钠的卤化物熔点的变化规律是 _______ ，卤素单质的熔点变化规律是 ___________ 。依据所学物理、化学原理对上述规律加以合理的解释 。

（2）金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅的熔点按从高到低的顺序排列为___________ ____。依据所学化学原理对上述规律加以合理的解释 _ 。

解析 （1）由材料一可知：钠的卤化物熔点由NaF 到NaI 逐渐降低；卤素单质的熔点由F 2到I 2逐渐增高。由材料二可知；金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅的熔点按从高到低的顺序排列为：金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅。（2）物质由固态变成液态(或气态)时，必须吸收能量克服粒子间的相互作用，粒子间的相互作用越强，表现为固体物质的熔点越高。离子键的实质是静电相互作用，根据库仑定律：2

21r Q Q k F =，离子半径越小，带电荷越多，离子键越强，离子晶体的熔点越高。分子间作用力的强弱决定分子晶体熔点的高低。结构相似，相对分子质量越大，分子间作用力越强，表现为分子晶体的熔点越高。对原子晶体来说，熔化时必须克服共价键，因此，共价键的强弱决定原子晶体熔点的高低。键长(成键两原子半径之和)越短，共价键越强，表现为原子晶体的熔点越高。

【答案】（1）由NaF 到NaI 逐渐降低 由F 2到I 2逐渐增高 钠的卤化物属于离子晶

体，由F － 到I － 所带电荷数相等、半径逐渐增大，离子键由NaF 到NaI 逐渐减弱，故它们的熔点逐渐降低；卤素的单质属于分子晶体，它们的结构相似，由F 2到I 2相对分子质量逐渐增大，分子间作用力逐渐增强，故它们的熔点逐渐增高 （2）金刚石>二氧化硅>碳化硅>晶体硅 金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅都属于原子晶体，键长(原子半径之和)：Si —Si >C —Si >Si —O >C —C ，共价键逐渐增强，所以，晶体硅、碳化硅、二氧化硅、金刚石的熔点逐渐升高。

例3 如下图所示，直线交点处的圆圈表示NaCl 晶体中Na + 或Cl － 所处的位置。这两

种离子在空间三个相互垂直的方向上都是等距离排列的。⑴ 请将其中代表Na + 的圆圈涂黑

（不必考虑体积大小），以完成NaCl 晶体结构示意图。⑵ 晶体中，

在每个Na + 的周围与它最接近的且距离相等的Na + 共有______个。

⑶ 晶体中每一个重复的结构单元叫晶胞。在NaCl 晶胞中正六面体