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1、§7.5共價型物質的晶體晶體(crystal)——具有一定的幾何形狀,由組成晶體的質點(原子、離子或分子等)在空間周期性地排列而構成的,如氯化鈉、金剛石、石英等均為晶體。無定形物質(amorphoussolid)——沒有規(guī)則的幾何形狀,其內部的質點排列是沒有規(guī)律的,如玻璃、石蠟、橡膠等。氣態(tài)、液態(tài)物質和無定形物質在一定條件下也可以轉變成晶體。一、晶體的特征(1)各向異性(anisotropy),即在晶體的不同方向上具有不同的物理性質,如光學性質、電學性質、力學性質和導熱性質等在晶體的不同方向上往往是各不
2、相同的,如石墨特別容易沿層狀結構方向斷裂成薄片,石墨在與層平行方向的電導率要比與層垂直方向上的電導率高一萬倍以上。(2)具有一定的熔點,而無定形體則沒有固定的熔點,只有軟化溫度范圍(如玻璃、石蠟、瀝青等)。晶體還有一些其它的共性,如晶體具有規(guī)則的幾何外形;具有均勻性,即一塊晶體內各部分的宏觀性質(如密度、化學性質等)相同。X射線研究的結果得知,晶體是由在空間排列得很有規(guī)則的結構單元(可以是離子、原子或分子等)組成晶體中具體的結構單元抽象為幾何學上的點(稱結點),把它們連接起來,構成不同形狀的空間網格,稱
3、晶格。晶格中的格子都是六面體。晶格中最小的重復單元(平行六面體),稱為晶胞(unitcell)。晶胞在三維空間無間隙地堆砌構成的晶格。晶胞為平行六面體,但是它的三條邊的長度不一定相等,也不一定互相垂直,晶胞的形狀和大小用晶胞參數表示,即用晶胞三個邊的長度a、b、c和三個邊之間的夾角?、?、?表示,如圖7-33所示。二、晶體的分類(1)按晶體的對稱性分類晶系晶胞類型實例立方晶系a=b=c?=?=?=90?NaCl、CaF2、金屬Cu四方晶系a=b?c?=?=?=90oSnO2、TiO2、金屬Sn六方晶系a
4、=b?c?=?=90?,?=120?AgI、石英(SiO2)菱形晶系a=b=c?=?=??90?<120?方解石(CaCO3)、斜方晶系a?b?c?=?=?=90?NaNO2、MgSiO4、斜方硫單斜晶系a?b?c?=?=90?,?>90?KClO3、KNO2、三斜晶系a?b?c?????CuSO4?5H2O、K2Cr2O7、高嶺土(2)按結構單元間作用力分類離子晶體離子晶體中晶胞的結構單元上交替排列著正、負離子,離子晶體具有較高的熔點和較大的硬度,而多電荷離子組成的晶體則更為突出。是電的不良導體,比較
5、脆,機械加工性能差。原子晶體原子晶體中組成晶胞的結構單元是中性原子,結構單元間以強大的共價鍵相聯系。具有很高的熔點和硬度;原子晶體是電的不良導體,即使在熔融時導電性也很差;溶解性能差,在大多數溶劑中都不溶解;石英(SiO2)也是原子晶體,它有多種晶型。其中?―石英俗稱水晶,具有旋光性,是旋光儀的主要光學部件材料。常見的原子晶體還有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)和氮化鋁(AlN)等。分子晶體分子晶體中晶胞的結構單元是分子,通過分子間的作用力相結合,此作用力要比分子內的化學鍵力小得多。分子晶體的熔點和硬
6、度都很低;分子晶體多數是電的不良導體;因為電子不能通過這類晶體而自由運動非金屬單質、非金屬化合物分子和有機化合物大多數形成分子晶體。例如硫、磷、碘、萘、非金屬硫化物、氫化物、鹵化物、尿素、苯甲酸等。金屬晶體金屬晶體中晶胞的結構單元上排列著的是中性原子或金屬正離子,結構單元間靠金屬鍵相結合。晶體的種類離子晶體——晶格結點上交替排列著正負離子,靠離子鍵結合分子晶體——晶格結點上排列著分子,靠分子間力或氫鍵相結合原子晶體——晶格結點上排列著中性原子,靠共價鍵結合金屬晶體——晶格結點上排列著原子或正離子,通過自
7、由電子而結合(金屬鍵)過渡型晶體——晶格結點粒子間的鍵型發(fā)生變異的晶體混合形晶體管——晶格結點粒子間存在多種相互作用力的晶體晶體性質總論類型熔點硬度導電性溶解性離子晶體高大幾乎不導電多數能溶分子晶體較低小固態(tài)不導電原子晶體很高大不導電一般不溶金屬晶體高大好過渡型晶體高價態(tài)接近于分子晶體低價態(tài)傾向于離子晶體延展性、可加工性等思考題:解釋為何大多數金屬具有金屬光澤、導電性,而且隨溫度升高其導電性下降、導熱性、延展性及機械加工性能?三、金屬晶體(自學)晶體缺陷點缺陷——晶體的某些點陣點未被原應占有的粒子所占有
8、或非點陣點上被物質粒子所占領。晶體中的點缺陷面缺陷——線缺陷在平行位置上的擴展就形成面缺陷體缺陷——在晶體結構中存在著空洞或包裹了雜質。線缺陷——出現線狀位置的短缺或錯亂。晶體中的線缺陷四、分子晶體分子晶體中晶格的結構單元是小分子,而粒子間的作用力是分子間力(包括氫鍵)。如Cl2、N2、CO2、H2O等。分子間力不僅存在于分子晶體中,當任意兩分子相互接近到一定程度時,就存在分子間力。1.分子的極性化學鍵分為極性鍵和非極性鍵。極性鍵——兩個不