2015年电气工程师考试普通化学知识点晶体的内部

　　晶体的内部结构与类型(四种)

　　一、 晶体的定义和分类

　　1、晶体定义

　　质点在空间有规则地排列成具有整齐外形以多面体出现的固体物质。

　　2、晶体的分类

　　(1) 单晶：单一的晶体多面体

　　(2) 双晶：两个单晶按一定规则生长在一起

　　(3) 晶簇：许多单晶以不同取向连在一起

　　(4) 多晶：看不到规则外形的晶态物质

　　2、 晶体的宏观特征

　　(1) 晶体结构的周期性:晶体中微粒的排列按一定的方式不断重复出现;即“自范性”

　　(2) 晶体外形的对称性:外表特征具有一定的,整齐的,规则的几何外形; 这是晶体最明显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的晶面角(interfacial anglt)却不会变.

　　晶体宏观对称性只有32种可能组合,称为32晶类或32点群

　　(3) 晶体的均匀性:一块晶体的各个部分都具有相同的性质。晶体都有固定的 熔点，玻璃在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后变成液体.

　　(4)晶体具有各向异性:晶体的物理性质如导电、导热、折光率、膨胀系数、偏振、压电性等物理性质在不同的方向上是不同的(石墨电导率平行方向是垂直方向的104倍，云母具解理性能撕成薄片)。

　　3、 晶体的内部结构

　　(1)晶体的微观特征——平移对称性

　　在晶体的微观空间中，原子呈周期性整齐排列。对于理想的完美晶体，这种同期性是单调的，不变的。因此晶体的普遍特征是平移对称性。

　　晶体外形的对称性正是晶体的平移对称性这种微观特征的表象。而非晶态物质没有晶体微观结构的平移性，只在近距有序而远距则无序，无周期性规律。

　　(2)晶胞

　　晶体是由完全相同的晶胞无隙并置地堆积而成的。

　　完全相同可从和两个方面来理解。

　　“化学上相同”指晶胞里原子数目和种类完全相同;

　　“几何上等同”指所有晶胞的形状、取向、大小等同。晶胞里原子的排列完全相同。

　　“无隙并置”即一个晶胞与它的比邻晶胞完全共顶角、共面、共棱的，取向一致，无间隙，从一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动，进行或不进行平移操作，整个晶体的微观结构不可区别即晶胞具有平移性。

　　二、分子晶体

　　在分子晶体的晶格结点上排列的都是中性分子。

　　虽然分子内部各原子是以强的共价键相结合，但分子之间是以较弱的范德华力相结合的。以二氧化碳晶体为例，它呈面心结构，CO2分子分别占据立方体的8个顶点和6个面的中心位置，分子内部是以C===O共价键结合，而在晶体中CO2分子间只存在色散力。而另一些如固体氯化氢、氨、三氯化磷、冰等由极性键构成的极性分子，晶体中分子间存在色散力、取向力、诱导力，有的还有氢键，所以它们的结点上的粒子间作用力大于相对分子质量相近的非极性分子之间的引力。

　　分子晶体与离子晶体、原子晶体有所不同，它是以独立的分子出现，因此，化学式也就是它的分子式。属于分子晶体的有非金属单质，如卤素、H2、N2、O2;也有非金属化合物，如CO2、H2S、HCl、HN3等，以及绝大部分的有机化合物。在稀有气体的晶体中，虽然在晶格结点上是原子，但这些原子间并不存在化学键，所以称为单原子分子晶体。

　　由于分子之间引力很弱，只要供给较少的能量，晶体就会被破坏，所以分子晶体的硬度较小，熔点也较低，挥发性大，在常温下以气体或液体存在。即使在常温下呈固态的，其挥发性大，蒸气压高，常具有升华性，如碘(I2)、萘(C10H8)等。分子晶体结点上是电中性分子，故固态和熔融态时都不导电，它们都是性能较好的绝缘材料，尤其键能大的非极性分子如SF6等是工业上极好的气体绝缘材料。

　　三、原子晶体

　　在原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间以坚强的共价键相结合，如单质硅(Si)、金钢石(C)、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)金刚砂、金刚石(C)和氮化硼BN(立方)等。以典型原子晶体二氧化硅晶体(SiO2方石英)为例，每一个硅原子位于正四而体的中心，氧原子位于正四面体的顶点，每一个氧原子和两硅原子相连。如果这种连接向整个空间延伸，就形成了三维网状结构的巨型“分子”。

　　硅酸盐的结构------硅氧四面体：Si 采用 sp3 杂化轨道与 O 形成硅氧四面体, 处于四面体顶端的 氧原子均为周围的四面体共用，这种结构导致其化学性质很稳定

　　原子晶体具有很大的硬度、很高的熔点、不导电、不易溶于任何溶剂，化学性质十分稳定。例如金刚石，由于碳原子半径较小，共价键的强度很大，要破坏4个共价键或扭歪键角都需要很大能量，所以金刚石的硬度最大，熔点达3570℃，是所有单质中最高的。又如立方BN的硬度近于金刚石。因此，原子晶体在工业上多被用作耐磨、耐熔或耐火材料。金刚石、金刚砂都是极重要的磨料;SiO2是应用极广的耐火材料;石英和它的变体，如水晶、紫晶、燧石和玛瑙等，是工业上的贵重材料;SiC、BN(立方)、Si3N4等是性能良好的高温结构材料。

　　特殊的石墨为混合型晶体

　　1.原子型晶体的混合(高熔沸点)

　　2.金属型晶体的混合(导电.导热)

　　3.分子型晶体的混合(质软.润滑)

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