7.4晶体类型《无机化学（理论篇）（第四版）》同步教学（大连理工版·2018）

7.4晶体类型 7.4.1 晶体的特征及内部结构 1．晶体的特征 固体是有一定体积和形状的物质。固体分为晶体和非晶体两大类，自然界中的固态物质大多数都是晶体。与非晶体不同，晶体具有以下特征 ⑴规则的几何外形 一块完整的晶体在显微镜下，可以观察到其规则的几何外形，如食盐（NaCl）晶体是立方体，明矾[硫酸铝钾KAl(SO4)3•12H2O]晶体是正八面体，石英（SiO2）晶体是六角柱体（见链接）。 非晶体如玻璃、松香、沥青等，没有规则的几何外形，因此称为无定形体。 第7章 分子结构与晶体类型 帮助 返回 下页 上页 7.4 晶体类型 ⑵有固定的熔点 在一定压力下，晶体的熔点是一定的。例如，常压下，冰的熔点为0℃，当冰没有完全融化之前，冰水混合物的温度是不会改变的。 非晶体没有有固定的熔点，只有一段软化的温度范围，在此温度范围内非晶体先软化成黏稠状，最后逐渐转变成液体的，如松香的软化的温度范围是50~70℃。 ⑶各向异性 晶体的某些物理性质（如导热性、导电性、光学性质和力学性质等）沿不同方向有不同值的现象，称为各向异性。 非晶体是各向同性的，如打碎一块玻璃时，它并不是沿着一定的方向破裂，而是得到不同形状的碎片。 因此，晶体是具有整齐规则的几何外形、有固定的熔点、各向异性的固体。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 第7章 分子结构与晶体类型 帮助 返回 下页 上页 7.4 晶体类型 2．晶体的内部结构 为便于研究晶体的几何结构及周期性，将晶体中的粒子抽象为几何学中的点，无数这样的点在空间按照一定的规律重复排列而成的几何图形叫做晶格（或点阵），每个粒子的位置就是晶格结点(或点阵)。 晶格中最小的重复单位，即能体现晶格一切特征的最小单元称为晶胞，通常是一个六面体。晶胞是晶体结构的基本重复单位，无数个晶胞在空间紧密排列就组成了晶体。根据晶胞的特征，可划分为7个晶系，14种晶格。最常见的为简单立方、体心立方、面心立方和简单六方等四种晶格（见链接）。 若按构成晶体的粒子种类（原子、分子或离子）和粒子间的作用力不同，可将晶体划分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体等。 第7章 分子结构与晶体类型 帮助 返回 下页 上页 7.4 晶体类型 7.4.2晶体的基本类型 1．离子晶体 离子晶体是晶格结点上交替排列着阴、阳离子，两者之间以离子键相结合的晶体的晶体。这类晶体中不存在独立的小分子，整个晶体就是一个巨型分子，常以其化学式表示其组成。例如，NaCl晶体是典型的离子晶体（见链接）。 晶体的特性主要取决于晶格结点上粒子的种类与其相互作用力。 离子晶体的特征：晶格结点上的粒子以离子键相结合，结合力强。因此，离子晶体的硬度大；熔、沸点高，常温下均为固体。离子晶体因其强极性，多数易熔于极性较强的熔剂（如H2O）。离子晶体中，阴、阳离子被束缚在相对固定的位置上 第7章 分子结构与晶体类型 帮助 返回 下页 上页 7.4 晶体类型 不能自由移动，故晶体不导电。但在熔融状态或水溶液中，离子能自由移动，在外电场作用下可导电。离子晶体在水中的溶解性差别较大，如NaOH、NaCl、KNO3等易溶于水，而CaCO3、BaSO4、AgCl等则难溶于水。 离子晶体的牢固程度可以用晶格能来衡量。在标准状态下，由气态阴、阳离子生成1 mol离子化合物晶体时，所放出的能量叫做晶格能（U）。晶格能越大，放出的能量越多，体系能量降得越低，离子晶体越稳定；反之破坏这种离子晶体消耗的能量越多。通常，晶格能较大的离子晶体有较高的熔点和较大的硬度（见链接）。 2．原子晶体 晶格结点上交替排列着原子，原子之间以共价键相结合的晶体，称为原子晶体。 第7章 分子结构与晶体类型 帮助 返回 下页 上页 7.4 晶体类型 原子晶体的结构特征是以共价键相结合的，结合力很强，且共用电子对没有流动性。因此导致其性质具有如下特点：硬度很大；熔点很高；导电性差，多为绝缘体或半导体；溶解性差，不溶于常见溶剂。 例如，金刚石是典型的原子晶体。在金刚石晶体中，每个C原子以4个sp3杂化轨道与周围4个C原子通过共价键连接成一个三维空间的骨架结构（见链接）。金刚石硬度为10，是所有材料中最硬的，熔点3552℃，也比离子晶体的熔点（通常<2700℃）高得多。