資源簡(jiǎn)介

3.2.1 幾種簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)模型
考點(diǎn)1 共價(jià)晶體
1.共價(jià)晶體：相鄰原子間以共價(jià)鍵結(jié)合而形成的具有空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體稱為共價(jià)晶體。（判斷方法）
2.典型共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)模型
金剛石的晶體結(jié)構(gòu)模型
(1)在晶體中每個(gè)碳原子以4個(gè)共價(jià)單鍵對(duì)稱地與相鄰的4個(gè)碳原子相結(jié)合，形成正四面體結(jié)構(gòu)，這些正四面體向空間發(fā)展，構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
(2)晶體中相鄰碳碳鍵的夾角為109.5°，碳原子采取了sp3雜化。
(3)最小環(huán)上有6個(gè)碳原子。
(4)晶體中C原子個(gè)數(shù)與C—C鍵數(shù)之比為1∶2。
(5)晶體中C—C鍵鍵長(zhǎng)很短，鍵能很大，故金剛石的硬度很大，熔點(diǎn)很高。
(6)1 mol C原子組成的金剛石中含有2 mol C—C鍵。
通常情況下，晶體硅（Si）、晶體鍺(Ge)、晶體硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都屬于共價(jià)晶體。
碳化硅也叫作金剛砂，人工合成的無(wú)機(jī)非金屬材料。與金剛石結(jié)構(gòu)類似，碳原子和硅原子是交替的，整個(gè)晶體中，硅和碳的原子個(gè)數(shù)比為1:1。碳化硅的硬度大，具有耐熱性，耐氧化性和耐腐蝕性，可用作磨料、耐火材料、電熱元件等，還可用來(lái)制造機(jī)械工程中的結(jié)構(gòu)件和化學(xué)工程中的密封件。
碳化硅晶體
二氧化硅是由硅原子和氧原子組成的空間立體網(wǎng)狀的原子晶體。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：
(1)在二氧化硅晶體中，每個(gè)Si原子周圍結(jié)合4個(gè)O原子，同時(shí)每個(gè)O原子與2個(gè)Si原子結(jié)合。
(2)在二氧化硅晶體中，位于四面體中心的原子是硅原子，位于四面體四個(gè)頂點(diǎn)上的原子是氧原子。
(3)在二氧化硅晶體中，硅原子采取sp3雜化，Si—O—Si鍵與Si—O—Si鍵的夾角是109.5°。
(4)二氧化硅晶體中最小環(huán)上的原子數(shù)是12，包括6個(gè)O原子和6個(gè)Si原子。
(5)1 mol二氧化硅晶體中含有4 mol Si—O鍵。
理解注意：(1)共價(jià)晶體：
①構(gòu)成原子晶體的基本微粒是原子。
②形成原子晶體的作用力是共價(jià)鍵。在原子晶體中只存在共價(jià)鍵(極性鍵或非極性鍵)，沒(méi)有分子間作用力和其他相互作用。
(2)共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)特征
①由于共價(jià)鍵的方向性和飽和性，每個(gè)中心原子周圍排列的原子數(shù)目是有限的，故原子不遵循緊密堆積原則。
②原子晶體呈空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，原子晶體中不存在單個(gè)分子，原子晶體的化學(xué)式僅僅表示晶體中的原子個(gè)數(shù)關(guān)系。
3.共價(jià)晶體的性質(zhì)與共價(jià)鍵的關(guān)系
晶體硅(Si)、金剛砂(SiC)和金剛石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)比較：
晶體 鍵能/kJ·mol－1 鍵長(zhǎng)/pm 熔點(diǎn)/℃ 硬度
金剛石 (C—C)347 154 3 350 10
金剛砂 (C—Si)301 186 2 600 9
晶體硅 (Si—Si)226 234 1 415 7
小結(jié)：（1）由于共價(jià)晶體中原子間以較強(qiáng)的共價(jià)鍵相結(jié)合，故共價(jià)晶體：①熔、沸點(diǎn)很高；②硬度大；③一般不導(dǎo)電；④難溶于溶劑。
（2）共價(jià)晶體中，各原子均以共價(jià)鍵相結(jié)合，只要共價(jià)鍵不被破壞，原子就不能自由移動(dòng)。由于共價(jià)晶體熔化或被粉碎時(shí)必須破壞其中的共價(jià)鍵，對(duì)于結(jié)構(gòu)相似的共價(jià)晶體來(lái)說(shuō)，原子半徑越小，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，晶體的穩(wěn)定性越高，熔、沸點(diǎn)越高，硬度越大。
考點(diǎn)2 分子晶體
1.分子晶體
(1)分子間通過(guò)分子間作用力相結(jié)合形成的晶體叫分子晶體。
(2)微粒間的作用：分子晶體中相鄰分子之間以分子間作用力相互吸引。（非金屬單質(zhì)、非金屬氧化物和氫化物等無(wú)機(jī)物以及多數(shù)有機(jī)化合物形成的晶體，大都屬于分子晶體。）
2．典型分子晶體的結(jié)構(gòu)模型
(1)碘晶體的晶胞是一個(gè)長(zhǎng)方體，在它的每個(gè)頂點(diǎn)上有1個(gè)碘分子，每個(gè)面上有1個(gè)碘分子，每個(gè)晶胞從碘晶體中分享到4個(gè)碘分子。
氯單質(zhì)、溴單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)與碘晶體的結(jié)構(gòu)非常相似，只是晶胞的大小不同而已。
(2)干冰晶體是一種面心立方結(jié)構(gòu)，在它的每個(gè)頂點(diǎn)和面心上各有1個(gè)CO2分子，每個(gè)晶胞中有4個(gè)CO2分子。干冰晶體每個(gè)CO2分子周圍，離該分子最近且距離相等的CO2分子有12個(gè)。
(3) 在冰晶體中，由于水分子之間存在具有方向性的氫鍵，迫使在四面體中心的每個(gè)水分子與四面體頂角方向的4個(gè)相鄰水分子相互吸引，每個(gè)水分子中的每個(gè)氧原子周圍都有4個(gè)氫原子，氧原子與其中的兩個(gè)氫原子通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合，而與屬于其他水分子的另外兩個(gè)氫原子靠氫鍵結(jié)合在一起。這樣的排列使冰晶體中的水分子的空間利用率不高，留有相當(dāng)大的空隙，比較松散。因此，液態(tài)水變成固體，即水凝固成冰、雪、霜時(shí)密度會(huì)減小
考點(diǎn)3 晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性
石墨的晶體結(jié)構(gòu)：
1．在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化形成共價(jià)鍵，每一個(gè)碳原子以3個(gè)共價(jià)鍵與另外三個(gè)原子相連。六個(gè)碳原子在同一個(gè)平面上形成了正六邊形的環(huán)，伸展成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
2．在同一平面的碳原子還各剩下一個(gè)2p軌道，并含有一個(gè)未成對(duì)電子形成π鍵。電子比較自由，相當(dāng)于金屬中的自由電子，具有金屬鍵的性質(zhì)，所以石墨沿平行方向?qū)щ娦詮?qiáng)。
3．石墨晶體中網(wǎng)絡(luò)狀的平面結(jié)構(gòu)以范德華力結(jié)合形成層狀的結(jié)構(gòu)，距離較大，結(jié)合力較弱，層與層間可以相對(duì)滑動(dòng)，使之具有潤(rùn)滑性。
這種既存在共價(jià)鍵又存在范德華力，同時(shí)還存在類似金屬鍵的作用力的晶體，稱為混合型晶體。
考點(diǎn)4 四種晶體類型的比較
離子晶體 共價(jià)晶體 分子晶體 金屬晶體
構(gòu)成晶體的粒子 陰、陽(yáng)離子 原子 分子 金屬陽(yáng)離子和自由電子
粒子間的作用 離子鍵 共價(jià)鍵 分子間作用力(有的有氫鍵) 金屬鍵
作用力強(qiáng)弱(一般情況下) 較強(qiáng) 很強(qiáng) 弱 較強(qiáng)
確定作用力強(qiáng)弱的一般判斷方法 離子所帶電荷總數(shù)、離子半徑 鍵長(zhǎng)(原子半徑) 分子間的氫鍵增大分子間作用力，組成和結(jié)構(gòu)相似時(shí)比較相對(duì)分子質(zhì)量 離子半徑、離子所帶電荷數(shù)
熔、沸點(diǎn) 較高 高 低 差別較大(如汞常溫下為液態(tài)，鎢熔點(diǎn)為3 410℃)
硬度 硬而脆 大 較小 差別較大
導(dǎo)熱和導(dǎo)電性 不良導(dǎo)體(熔化后或溶于水導(dǎo)電) 不良導(dǎo)體 不良導(dǎo)體(部分溶于水發(fā)生電離后導(dǎo)電) 良導(dǎo)體
溶解性 多數(shù)易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少數(shù)與水反應(yīng)
機(jī)械加工性 不良 不良 不良 優(yōu)良
延展性 差 差 差 優(yōu)良
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