2015年電氣工程師考試普通化學知識點晶體的內部

　　晶體的內部結構與類型(四種)

　　一、 晶體的定義和分類

　　1、晶體定義

　　質點在空間有規則地排列成具有整齊外形以多面體出現的固體物質。

　　2、晶體的分類

　　(1) 單晶：單一的晶體多面體

　　(2) 雙晶：兩個單晶按一定規則生長在一起

　　(3) 晶簇：許多單晶以不同取向連在一起

　　(4) 多晶：看不到規則外形的晶態物質

　　2、 晶體的宏觀特征

　　(1) 晶體結構的周期性:晶體中微粒的排列按一定的方式不斷重復出現;即“自范性”

　　(2) 晶體外形的對稱性:外表特征具有一定的,整齊的,規則的幾何外形; 這是晶體最明顯的特征，同一種晶體由于生成條件的不同，外形上可能差別，但晶體的晶面角(interfacial anglt)卻不會變.

　　晶體宏觀對稱性只有32種可能組合,稱為32晶類或32點群

　　(3) 晶體的均勻性:一塊晶體的各個部分都具有相同的性質。晶體都有固定的 熔點，玻璃在加熱時卻是先軟化，后粘度逐漸小，最后變成液體.

　　(4)晶體具有各向異性:晶體的物理性質如導電、導熱、折光率、膨脹系數、偏振、壓電性等物理性質在不同的方向上是不同的(石墨電導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、 晶體的內部結構

　　(1)晶體的微觀特征——平移對稱性

　　在晶體的微觀空間中，原子呈周期性整齊排列。對于理想的完美晶體，這種同期性是單調的，不變的。因此晶體的普遍特征是平移對稱性。

　　晶體外形的對稱性正是晶體的平移對稱性這種微觀特征的表象。而非晶態物質沒有晶體微觀結構的平移性，只在近距有序而遠距則無序，無周期性規律。

　　(2)晶胞

　　晶體是由完全相同的晶胞無隙并置地堆積而成的。

　　完全相同可從和兩個方面來理解。

　　“化學上相同”指晶胞里原子數目和種類完全相同;

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

　　“無隙并置”即一個晶胞與它的比鄰晶胞完全共頂角、共面、共棱的，取向一致，無間隙，從一個晶胞到另一個晶胞只需平移，不需轉動，進行或不進行平移操作，整個晶體的微觀結構不可區別即晶胞具有平移性。

　　二、分子晶體

　　在分子晶體的晶格結點上排列的都是中性分子。

　　雖然分子內部各原子是以強的共價鍵相結合，但分子之間是以較弱的范德華力相結合的。以二氧化碳晶體為例，它呈面心結構，CO2分子分別占據立方體的8個頂點和6個面的中心位置，分子內部是以C===O共價鍵結合，而在晶體中CO2分子間只存在色散力。而另一些如固體氯化氫、氨、三氯化磷、冰等由極性鍵構成的極性分子，晶體中分子間存在色散力、取向力、誘導力，有的還有氫鍵，所以它們的結點上的粒子間作用力大于相對分子質量相近的非極性分子之間的引力。

　　分子晶體與離子晶體、原子晶體有所不同，它是以獨立的分子出現，因此，化學式也就是它的分子式。屬于分子晶體的有非金屬單質，如鹵素、H2、N2、O2;也有非金屬化合物，如CO2、H2S、HCl、HN3等，以及絕大部分的有機化合物。在稀有氣體的晶體中，雖然在晶格結點上是原子，但這些原子間并不存在化學鍵，所以稱為單原子分子晶體。

　　由于分子之間引力很弱，只要供給較少的能量，晶體就會被破壞，所以分子晶體的硬度較小，熔點也較低，揮發性大，在常溫下以氣體或液體存在。即使在常溫下呈固態的，其揮發性大，蒸氣壓高，常具有升華性，如碘(I2)、萘(C10H8)等。分子晶體結點上是電中性分子，故固態和熔融態時都不導電，它們都是性能較好的絕緣材料，尤其鍵能大的非極性分子如SF6等是工業上極好的氣體絕緣材料。

　　三、原子晶體

　　在原子晶體的晶格結點上排列著中性原子，原子間以堅強的共價鍵相結合，如單質硅(Si)、金鋼石(C)、二氧化硅(SiO2)、碳化硅(SiC)金剛砂、金剛石(C)和氮化硼BN(立方)等。以典型原子晶體二氧化硅晶體(SiO2方石英)為例，每一個硅原子位于正四而體的中心，氧原子位于正四面體的頂點，每一個氧原子和兩硅原子相連。如果這種連接向整個空間延伸，就形成了三維網狀結構的巨型“分子”。

　　硅酸鹽的結構------硅氧四面體：Si 采用 sp3 雜化軌道與 O 形成硅氧四面體, 處于四面體頂端的 氧原子均為周圍的四面體共用，這種結構導致其化學性質很穩定

　　原子晶體具有很大的硬度、很高的熔點、不導電、不易溶于任何溶劑，化學性質十分穩定。例如金剛石，由于碳原子半徑較小，共價鍵的強度很大，要破壞4個共價鍵或扭歪鍵角都需要很大能量，所以金剛石的硬度最大，熔點達3570℃，是所有單質中最高的。又如立方BN的硬度近于金剛石。因此，原子晶體在工業上多被用作耐磨、耐熔或耐火材料。金剛石、金剛砂都是極重要的磨料;SiO2是應用極廣的耐火材料;石英和它的變體，如水晶、紫晶、燧石和瑪瑙等，是工業上的貴重材料;SiC、BN(立方)、Si3N4等是性能良好的高溫結構材料。

　　特殊的石墨為混合型晶體

　　1.原子型晶體的混合(高熔沸點)

　　2.金屬型晶體的混合(導電.導熱)

　　3.分子型晶體的混合(質軟.潤滑)

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