几种典型晶体的结构特点

出处：按学科分类—文体、科学、教育 商务印书馆国际有限公司《高中数理化公式定理大全》第452页（2554字）

1．离子晶体

(1)氯化钠晶体：氯化钠晶体是一种立方面心结构——Na⁺和Cl^—交替占据立方体的顶点向空间延伸．NaCl的晶体结构如图1．在氯化钠晶胞(晶胞是指晶体中最简单的结构重复单元)中，共有8个小立方体，每个小立方体占据1/2Na⁺和1/2Cl^—，每个晶胞共有4Na⁺和4Cl^—．在每个Na⁺周围距离最近的等距离(设为a)的Cl^—有6个，在每个Cl^—周围最近的等距离的Na⁺亦有6个；在每个Na⁺周围最近的等距离的(必为a)的Na⁺亦有12个，在每个Cl^—周围最近的等距离的Cl^—亦有12个．

图1

图2

(2)氯化铯晶体：氯化铯晶体是一种立方体心结构——每8个Cs⁺(或Cl^—)构成立方体．在每个立方体的中心有一个异种离子Cl^—(或Cs⁺)，每个晶胞占有一个Cs⁺和一个Cl^—．CsCl的晶体结构如图2．在每个Cs⁺周围最近的等距离的Cl^—(必为a)有8个，在每个Cl^—周围最近的等距离的Cs⁺亦有8个；在每个Cs⁺周围最近的等距离(必为a)的Cs⁺有6个，在每个Cl^—周围最近的等距离的Cl亦有6个．

2．分子晶体：

二氧化碳晶体：干冰晶体是一种立方面心结构——每8个CO₂构成立方体且在有6个面的中心各占据1个CO₂．干冰的晶体结构如图3．在每个二氧化碳周围等距离的(a为立方体的棱长)最近的CO₂有12个．

图3

图4

3．原子晶体

(1)金刚石晶体：金刚石晶体是一种立体网状结构——每个C与另4个C以共价键结合，前者位于正四面体的中心，后四者位于正四面体的顶点，正四面体向空间扩展，构成一种坚实的，彼此联结的空间网状晶体，由于C—C键能大，因此金刚石硬度大、熔点高．所有价电子都参与成键，使金刚石没有自由电子，所以金刚石不导电．金刚石的晶体结构如图4．晶体中所有C—C键长、键角相等(均为109°28′)，晶体中最小的碳环由6个C组成，且六者不在同一平面内的六边形．晶体中每个C供12个六边形共用，所以每个六边形只占有6×(1/12)=1/2个C；晶体中每个C参与4条C—C键的形成，而每条键中的贡献只有一半，故C原子个数与C—C键数之比为1∶(4×1/2)=1∶2．

图5

图6

(2)二氧化硅晶体：二氧化硅是一种立体网状结构，每个Si与4个O结合，前者在正四面体中心，后者在正四面体的顶点，正四面体向空间扩展，形成空间网状结构，同时每个O被两个正四面体所共用．二氧化硅的晶体结构如图5．在二氧化硅晶体中，正四面体内Si—O键角为109°28′，而正四面体之间O—Si键角应与水中H—O的键角相近(约104．5°)．每个正四面体占有一个完整的Si，4个“半O原子”．故晶体中Si原子与O原子个数比为1∶(4×1/2)=12．

4．混合型晶体：

石墨晶体：石墨晶体是一种混合型晶体，它是一种平面网状结构．如图6．

在石墨晶体中，层内存在共价键、金属键；层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、金属晶体、分子晶体的特征和性质．在层内，每个C与3个C形成C—C键，构成正六边形，键长、键角(120°)相等．在晶体中，每个C供3个正六边形共用，所以每个正六边形只占有6×1/3=2个C，在晶体中，每个C参与3条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故C原子个数与C—C键数之比为1∶(3×1/2)=23．

例1 有关晶体的下列说法中正确的是( )．

A．晶体中分子间作用力越大，分子越稳定

B．原子晶体中共价键越强，熔点越高

C．冰融化时水分子中共价键发生断裂

D．氯化钠熔化时离子键未被破坏

解析 分子稳定性大小主要取决于分子中化学键的强弱；冰融化时发生的是物理变化，仅破坏水分子间的氢键和分子间作用力，而水分子中共价键未发生断裂；由于氯化钠是离子晶体，熔化时离子键要被破坏．

答 D

例2 下列每组物质发生状态变化所克服的粒子间的相互作用属于同种类型的是( )．

A．食盐和蔗糖熔化

B．钠和硫熔化

C．碘和干冰升华

D．二氧化硅和氧化钠熔化

解析 根据构成晶体的粒子种类以及它们之间的相互作用的强弱不同来判断．A项中食盐为离子晶体，蔗糖为分子晶体；B项中钠为金属晶体，硫为分子晶体；D项中二氧化硅为原子晶体，氧化钠为离子晶体．以上三项各对物质均不属于同类晶体，其粒子间的相互作用也就不属于同一类型．选项C，碘和干冰均属于分子晶体，它们升华是克服很弱的分子间作用力，属于同种类型．

答 C．