典型晶体结构分析

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1、典型晶体结构分析河南省渑池县高级中学杨文林邮编472400电话：13839849373email:mcywl7402@163.com关键词：晶胞离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体均摊法晶体的某些物性质（如：强度、导热性、光学性质）的各项反映了晶体内部质点排列的有序性。为了描述晶体在微观空间里原子的排列，无须画出千千万万个原子，只需在晶体微观空间里取出一个基本单元即可。这种描述晶体的基本单元叫做晶胞。习惯采用的晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成；所谓“无隙”，是指相邻晶胞之间没有任何间隙；所谓“并置”

2、，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。为了更好的理解高中教材中的常见晶体结构，现摘录高中常见晶体，分析如下：一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下：图2NaCl晶体图1离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于该单元中所占的份额为，棱上的微粒属于该单元中所占的份额为，面上的微粒属于该单元中所占的份额为，中心位置上

3、的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为1。1.氯化钠晶体中每个Na+周围有6个Cl－，每个Cl－周围有6个Na+，与一个Na+距离最近且相等的Cl－围成的空间构型为正八面体。每个Na+周围与其最近且距离相等的Na+有12个。见图1。晶胞中平均Cl－个数：8×+6×＝4；晶胞中平均Na+个数：1+12×＝4图3CsCl晶体因此NaCl的一个晶胞中含有4个NaCl（4个Na+和4个Cl－）。2.氯化铯晶体中每个Cs+周围有8个Cl－，每个Cl－周围有8个Cs+，与一个Cs+距离最近且相等的Cs+有6个。晶胞中平均Cs+个数：1；晶胞中

4、平均Cl－个数：8×＝1。因此CsCl的一个晶胞中含有1个CsCl（1个Cs+和1个Cl－）。图4金刚石晶体二、金刚石、二氧化硅——原子晶体1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C原子以共价键与4个C原子紧邻，因而整个晶体中无单个分子存在。由共价键构成的最小环结构中有6个碳原子，不在同一个平面上，每个C原子被12个六元环共用，每C—C键共6个环，因此六元环中的平均C原子数为6×＝，平均C—C键数为6×＝1。C原子数:C—C键键数＝1:2；C原子数:六元环数＝1:2。2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C被Si代替，C与C之间插

5、氧，即为SiO2晶体，则SiO2晶体中最小环为12环（6个Si，6个O），最小环的平均Si原子个数：6×＝；平均O原子个数：6×＝1。即Si:O＝1:2，用SiO2表示。在SiO2晶体中每个Si原子周围有4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子。一个Si原子可形成4个Si—O键，1molSi原子可形成4molSi—O键。但是由此有许多学生认为二氧化硅晶体结构中一个最小的环是由8个原子构成的。实际上，在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的四个氧原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围的其它碳原子连接的情况是相同的。即每个硅原子与周围的

6、四个氧原子构成一个正四面体。只是每个氧原子又处在由另一个硅原子为中心的一个正四面体上。即每个氧原子为两个硅氧四面体共用。如上图所示。从此图中可以明确看出，构成二氧化硅晶体结构的最小环是由12个原子构成的椅式环，注意图中∠O－Si－O=109°28′。三、干冰——分子晶体图7CO2晶体干冰晶体是一种立方面心结构，立方体的八个顶点及六个面的中心各排布一个CO2分子，晶胞是一个面心立方。一个晶胞实际拥有的CO2分子数为四个（均摊法），每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子共有12个。分子间由分子间作用力形成晶体。每个CO2分内存在

7、共价键，因此晶体中既有分子间作用力，又有化学键，但熔、沸点的高低由分子间的作用力决定，重要因素是相对分子质量，因此当晶体熔化时，分子内的化学键不发生变化。每个结构单元中含CO2分子数目为：8×+6×＝4四、石墨——混合型晶体图8石墨的结构石墨晶体是层状结构，在每一层内有无数个正六边形，同层碳原子间以共价键结合，晶体中C—C的夹角为120℃,层与层之间的作用力为范德华力，每个C原子被六个棱柱共用，每六个棱柱实际占有的C原子数为2个。每个正六边形拥有的C原子数为：6×＝2；每个C原子平均形成个共价键，C原子数与C—C键数之比为2:3。

8、石墨的独特结构决定了它的独特性质，该晶体实际介于原子晶体、分子晶体、金属晶体之间，因此具有各种晶体的部分性质特点，是一种混合型晶体。如熔点高、硬度小、能导电等。五、固态金属单质——金属晶体金属（除金属汞外）在常温下都是晶体，在金属中，金属原子好像许