物质结构与性质之晶体结构.doc

晶体结构晶体晶体：原子，分子或离子按照一定的规律周期性排列组成的固体晶体有三个特征：(1)晶体有整齐规则的几何外形；(2)晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变；(3)晶体有各向异性的特点。固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分，而无定形固体不具有上述特点。 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复排列。非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。晶体的共性1、长程有序：晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。2、均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。3、各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。4、对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。5、自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。6、解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。7、最小内能：成型晶体内能最小。 8、晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。晶胞晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶胞并置起来，则得到晶体。晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶体具有相同的对称元素（对称轴、对称面和对称中心）。一般说来，晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成。分子晶体分子间以范德华力相互结合形成的晶体。大多数非金属单质及其形成的化合物如干冰(CO2)、I2、大多数有机物，其固态均为分子晶体。分子晶体是由分子组成，可以是极性分子，也可以是非极性分子。分子间的作用力很弱，分子晶体具有较低的熔、沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气态或液态，例如O2、CO2是气体，乙醇、冰醋酸是液体。原子晶体相邻原子间以共价键结合而形成的空间网状结构的晶体。凡靠共价键结合而成的晶体统称为原子晶体。例如金刚石晶体，是以一个碳原子为中心，通过共价键连接4个碳原子，形成正四面体的空间结构，每个碳环有6个碳原子组成，所有的CC键键长为1.5510-10米，键角为10928，键能也都相等，金刚石是典型的原子晶体，熔点高达3550，是自然界硬度最大的单质。原子晶体中，组成晶体的微粒是原子，原子间的相互作用是共价键，共价键结合牢固，原子晶体的熔、沸点高，硬度大，不溶于一般的溶剂，多数原子晶体为绝缘体，有些如硅、锗等是优良的半导体材料。原子晶体中不存在分子，用化学式表示物质的组成，单质的化学式直接用元素符号表示，两种以上元素组成的原子晶体，按各原子数目的最简比写化学式。常见的原子晶体是周期系第A族元素的一些单质和某些化合物，例如金刚石、硅晶体、SiO2、SiC等。对不同的原子晶体，组成晶体的原子半径越小，共价键的键长越短，即共价键越牢固，晶体的熔，沸点越高，例如金刚石、碳化硅、硅晶体的熔沸点依次降低。离子晶体离子间通过离子键结合形成的晶体。在离子晶体中，阴、阳离子按照一定的格式交替排列，具有一定的几何外形，例如NaCl是正立方体晶体，Na+离子与Cl-离子相间排列，每个Na+离子同时吸引6个Cl离子，每个Cl-离子同时吸引6个Na+。不同的离子晶体，离子的排列方式可能不同，形成的晶体类型也不一定相同。离子晶体中不存在分子，通常根据阴、阳离子的数目比，用化学式表示该物质的组成，如NaCl表示氯化钠晶体中Na+离子与Cl-离子个数比为11， CaCl2表示氯化钙晶体中Ca2+离子与Cl-离子个数比为1 2。离子晶体是由阴、阳离子组成的，离子间的相互作用是较强烈的离子键。离子晶体具有较高的熔、沸点，常温呈固态；硬度较大，比较脆，延展性差；在熔融状态或水溶液中易导电；大多数离子晶体易溶于水，并形成水合离子。离子晶体中，若离子半径越小，离子带电荷越多，离子键越强，该物质的熔、沸点一般就越高，例如下列三种物质，其熔沸点由低到高排列的顺序为，KClNaClMgO。 由正、负离子或正、负离子集团按一定比例组成的晶体称作离子晶体。离子晶体中正、负离子或离子集团在空间排列上具有交替相间的结构特征，离子间的相互作用以库仑静电作用为主导。离子晶体整体上的电中性，决定了晶体中各类正离子带电量总和与负离子带电量总和的绝对值相当，并导致晶体中正、负离子的组成比和电价比等结构因素间有重要的制约关系。离子晶体有二元离子晶体、多元离子晶体与有机离子晶体等类别。几乎所有的盐类和很多金属氧化物晶体都属离子晶体，例如食盐、氟化钙、二氧化钡等。金属晶体晶格结点上排列金属原子-离子时所构成的晶体。金属中的原子-离子按金属键结合，因此一般金属晶体有良好的导电性、导热性、延展性和不透光性。由金属键形成的单质晶体。金属单质及一些金属合金都属于金属晶体，例如镁、铝、铁和铜等。金属晶体中存在金属离子(或金属原子)和自由电子，金属离子(或金属原子)总是紧密地堆积在一起，金属离子和自由电子之间存在较强烈的金属键，自由电子在整个晶体中自由运动，金属具有共同的特性，如金属有光泽、不透明，是热和电的良导体，有良好的延展性和机械强度。大多数金属具有较高的熔点和硬度，金属晶体中，金属离子排列越紧密，金属离子的半径越小、离子电荷越高，金属键越强，金属的熔、沸点越高。例如周期系IA族金属由上而下，随着金属离子半径的增