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3.2.1 几种简单的晶体结构模型
考点1 共价晶体
1.共价晶体：相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为共价晶体。（判断方法）
2.典型共价晶体结构模型
金刚石的晶体结构模型
(1)在晶体中每个碳原子以4个共价单键对称地与相邻的4个碳原子相结合，形成正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。
(2)晶体中相邻碳碳键的夹角为109.5°，碳原子采取了sp3杂化。
(3)最小环上有6个碳原子。
(4)晶体中C原子个数与C—C键数之比为1∶2。
(5)晶体中C—C键键长很短，键能很大，故金刚石的硬度很大，熔点很高。
(6)1 mol C原子组成的金刚石中含有2 mol C—C键。
通常情况下，晶体硅（Si）、晶体锗(Ge)、晶体硼(B)、碳化硅(SiC)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)等都属于共价晶体。
碳化硅也叫作金刚砂，人工合成的无机非金属材料。与金刚石结构类似，碳原子和硅原子是交替的，整个晶体中，硅和碳的原子个数比为1:1。碳化硅的硬度大，具有耐热性，耐氧化性和耐腐蚀性，可用作磨料、耐火材料、电热元件等，还可用来制造机械工程中的结构件和化学工程中的密封件。
碳化硅晶体
二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的空间立体网状的原子晶体。其结构示意图如下：
(1)在二氧化硅晶体中，每个Si原子周围结合4个O原子，同时每个O原子与2个Si原子结合。
(2)在二氧化硅晶体中，位于四面体中心的原子是硅原子，位于四面体四个顶点上的原子是氧原子。
(3)在二氧化硅晶体中，硅原子采取sp3杂化，Si—O—Si键与Si—O—Si键的夹角是109.5°。
(4)二氧化硅晶体中最小环上的原子数是12，包括6个O原子和6个Si原子。
(5)1 mol二氧化硅晶体中含有4 mol Si—O键。
理解注意：(1)共价晶体：
①构成原子晶体的基本微粒是原子。
②形成原子晶体的作用力是共价键。在原子晶体中只存在共价键(极性键或非极性键)，没有分子间作用力和其他相互作用。
(2)共价晶体的结构特征
①由于共价键的方向性和饱和性，每个中心原子周围排列的原子数目是有限的，故原子不遵循紧密堆积原则。
②原子晶体呈空间立体网状结构，原子晶体中不存在单个分子，原子晶体的化学式仅仅表示晶体中的原子个数关系。
3.共价晶体的性质与共价键的关系
晶体硅(Si)、金刚砂(SiC)和金刚石结构与性质比较：
晶体 键能/kJ·mol－1 键长/pm 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)347 154 3 350 10
金刚砂 (C—Si)301 186 2 600 9
晶体硅 (Si—Si)226 234 1 415 7
小结：（1）由于共价晶体中原子间以较强的共价键相结合，故共价晶体：①熔、沸点很高；②硬度大；③一般不导电；④难溶于溶剂。
（2）共价晶体中，各原子均以共价键相结合，只要共价键不被破坏，原子就不能自由移动。由于共价晶体熔化或被粉碎时必须破坏其中的共价键，对于结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的稳定性越高，熔、沸点越高，硬度越大。
考点2 分子晶体
1.分子晶体
(1)分子间通过分子间作用力相结合形成的晶体叫分子晶体。
(2)微粒间的作用：分子晶体中相邻分子之间以分子间作用力相互吸引。（非金属单质、非金属氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体，大都属于分子晶体。）
2．典型分子晶体的结构模型
(1)碘晶体的晶胞是一个长方体，在它的每个顶点上有1个碘分子，每个面上有1个碘分子，每个晶胞从碘晶体中分享到4个碘分子。
氯单质、溴单质的晶体结构与碘晶体的结构非常相似，只是晶胞的大小不同而已。
(2)干冰晶体是一种面心立方结构，在它的每个顶点和面心上各有1个CO2分子，每个晶胞中有4个CO2分子。干冰晶体每个CO2分子周围，离该分子最近且距离相等的CO2分子有12个。
(3) 在冰晶体中，由于水分子之间存在具有方向性的氢键，迫使在四面体中心的每个水分子与四面体顶角方向的4个相邻水分子相互吸引，每个水分子中的每个氧原子周围都有4个氢原子，氧原子与其中的两个氢原子通过共价键结合，而与属于其他水分子的另外两个氢原子靠氢键结合在一起。这样的排列使冰晶体中的水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，比较松散。因此，液态水变成固体，即水凝固成冰、雪、霜时密度会减小
考点3 晶体结构的复杂性
石墨的晶体结构：
1．在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，每一个碳原子以3个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上形成了正六边形的环，伸展成平面网状结构。
2．在同一平面的碳原子还各剩下一个2p轨道，并含有一个未成对电子形成π键。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，具有金属键的性质，所以石墨沿平行方向导电性强。
3．石墨晶体中网络状的平面结构以范德华力结合形成层状的结构，距离较大，结合力较弱，层与层间可以相对滑动，使之具有润滑性。
这种既存在共价键又存在范德华力，同时还存在类似金属键的作用力的晶体，称为混合型晶体。
考点4 四种晶体类型的比较
离子晶体 共价晶体 分子晶体 金属晶体
构成晶体的粒子 阴、阳离子 原子 分子 金属阳离子和自由电子
粒子间的作用 离子键 共价键 分子间作用力(有的有氢键) 金属键
作用力强弱(一般情况下) 较强 很强 弱 较强
确定作用力强弱的一般判断方法 离子所带电荷总数、离子半径 键长(原子半径) 分子间的氢键增大分子间作用力，组成和结构相似时比较相对分子质量 离子半径、离子所带电荷数
熔、沸点 较高 高 低 差别较大(如汞常温下为液态，钨熔点为3 410℃)
硬度 硬而脆 大 较小 差别较大
导热和导电性 不良导体(熔化后或溶于水导电) 不良导体 不良导体(部分溶于水发生电离后导电) 良导体
溶解性 多数易溶 一般不溶 相似相溶 一般不溶于水，少数与水反应
机械加工性 不良 不良 不良 优良
延展性 差 差 差 优良
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