【张少川本讲主要内容】
晶体的类型和性质
【知识掌握】
【知识点精析】
1. 晶体的概念
晶体是经过自然结晶而形成的具有规则几何外形的固体。自然结晶可以是液态物质降温变成固体的过程，也可是蒸发溶剂析出晶体的过程。比如：水结成冰，海水蒸发得到的食盐固体。
晶体的宏观结构特点：有规则的几何外形。
晶体的微观结构特点：构成晶体的微粒空间排列有规则。
晶体内部粒子间的作用有：离子键（离子晶体）、共价键（原子晶体）、分子间的作用力（又叫范德瓦耳斯力，分子晶体），甚至氢键（氢键不是化学健，是一种比较强的范德瓦耳斯力，特殊的分子晶体，如：冰）。 2. 晶体的分类
根据构成晶体的粒子种类及粒子间的相互作用不同，可将晶体分为若干类型，如：离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体等。 （1）离子晶体
①离子间通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。构成离子晶体的粒子是阴离子和阳离子。离子晶体中离子间的作用是离子键。离子化合物的晶体是离子晶体。
②典型离子晶体的结构模型
NaCl晶体的结构模型 CsCl晶体的结构模型
晶胞的概念：晶体中可以重复的最小单元。
③离子晶体的物理性质
由于离子晶体离子键的能量较大，阴阳离子之间具有稳定的结合方式，所以离子晶体的硬度较大、难于压缩，具有较高的熔点和沸点。
④离子晶体熔化、溶解过程中，均破坏离子键。
氯化钠晶体熔化变成液态，离子能够自由移动，离子键被破坏；氯化钠晶体溶于水中，电离成自由移动的离子，也破坏了离子键。离子晶体固态时不导电，但熔化或溶解过程中，均能产生自由移动的阴、阳离子而导电。
爱在钢琴上（2）分子晶体
①分子间作用力（范德瓦耳斯力）：分子间作用力比化学键弱得多，它对物质的熔点、沸点等有影响。
②分子晶体的概念
分子间以分子间的作用力相结合的晶体叫做分子晶体。构成分子晶体的粒子是分子。构成分子晶体的粒子间的作用是分子间作用力（即范德瓦耳斯力）。
由分子构成的物质在固态时都属于分子晶体。由非金属元素形成的单质和化合物大多数都属于分子晶体。如：含氧酸、气态氢化物、大多数非金属氧化物以及大多数非金属单质、稀有气体、大多数有机物等。铵盐是离子晶体，金刚石、晶体硅、碳化硅等属于原子晶体。
③分子晶体的物理性质
由于分子间作用力比化学键弱得多，所以分子晶体一般具有较低的熔点、沸点和较小的硬度。组成结构相似的分子，相对分子质量越大，分子间作用力越强，分子晶体的熔沸点就越高。例
如：卤素单质、CX4、烷烃的熔沸点变化都符合这一规律。
④干冰的晶体结构
CO2分布在立方体的定点和面心上，分子间有分子间作用力形成晶体，1个CO2分子内存在共价键，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作用力决定，重要因素是相对分子质量。从晶胞结构可知与一个CO2分子距离最近且相等的CO2耿文清分子共有12个，一个晶胞中有4个二氧化碳分子。
⑤分子晶体发生状态变化，如熔化变成液态时，破坏范德瓦耳斯力，不破坏共价键。但氯化氢溶于水的过程，破坏共价键。分子晶体熔化后，不导电；但分子晶体溶解在水中，形成的溶液可能导电，也可能不导电。是否导电，必须要存在自由移动的电荷（离子或电子）。如：酒精的水溶液不导电，氯化氢的水溶液（即盐酸）导电。
（3）原子晶体
①相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体，叫做原子晶体。
构成原子晶体的粒子：原子。粒子间的作用：共价键。
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常见的原子晶体有：金刚石、晶体硅、二氧化硅、碳化硅等。
②原子晶体的物理性质
构成原子晶体的粒子间以共价键结合，要破坏它就需要很大的能量。原子晶体硬度大，熔、沸点很高，不溶于任何溶剂。
③原子晶体的结构模型
金刚石的结构模型
二氧化硅的结构模型
碳化硅的结构模型
石墨的晶体结构
每一层中碳原子连接成正六边形，由于每个边为2个六边形共用，而每个点为3个六边形
共用，因此层内总边数与总点数之比为3∶2，由此推出每个6边形实际占有2个碳原子。
（4）金属晶体
（托尔斯泰主义1第一次世界大战地图）金属键：金属阳离子与自由电子之间的较强的作用，叫做金属键。
①通过金属离子与自由电子之间的较强作用（金属键）形成的单质晶体，叫做金属晶体。
形成金属键的粒子：金属阳离子、自由电子。粒子间作用力：金属键。
②金属物理性质的通性
共性：容易导电、导热、有延展性、有金属光泽，等等。
特性：在常温下，金属一般都是晶体（固态），但汞（水银）例外，汞在常温下为液态，而钨（W）的熔点达到3410℃，沸点高达 5927℃。
③金属晶体的结构特点
金属晶体里，自由电子不专属于某一个或几个特定的金属离子，它们几乎均匀的分布在整
个晶体中，自由移动，被许多金属离子共有。
④金属物理性质与金属晶体结构的关系
金属的性质中，有的能用金属晶体结构加以解释，有的不能。如：金属晶体的导电性、导热性、延展性等可以用金属晶体结构解释。
金属导电，是因为金属晶体中的自由电子在外加电场作用下定向移动的结果。
金属导热，是由于自由电子运动时与金属离子碰撞，把能量从温度高的部分传导到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。
金属的延展性，在外力作用下，发生形变也不容易断裂。这是因为金属晶体中各原子层能发生相对滑动，却保持了金属离子与自由电子间的较强的相互作用。
3. 晶体性质小结
（1）
（2）判断晶体类型的方法
①依据物质的分类判断
活泼金属氧化物（如K2O、Na2O2等），强碱（如NaCl、KOH等）和绝大多数的盐类是离子晶体。大多数非金属单质（除金刚石、石墨、晶体硅、晶体硼外）、气态氢化物、非金属氧化物（除SiO2外）、酸、绝大多数有机物（除有机盐外）是分子晶体。常见的原子晶体单质有金刚石、晶体硅等；常见的原子晶体化合物有二氧化硅、碳化硅等。金属单质与合金都是金属晶体。
②依据物质的性质判断
熔点：离子晶体的熔点较高，常在数百至1000余度；原子晶体熔点高，常在1000度至几千度；分子晶体熔点低，常在数百度以下至很低温度；金属晶体多数熔点高，但也有相当低的。
导电性：离子晶体熔融后可以导电，分子晶体熔融后不导电。如：NaCl、HCl。
③依据构成晶体的粒子间的作用力判断
粒子间以离子键构成晶体的属于离子晶体，离子键的形成是阴阳离子间的静电作用。粒子间以共价键构成晶体的属于原子晶体，非金属元素原子间才能形成共价键。粒子间通过分子间作用力构成晶体的属于分子晶体，分子之间存在分子间作用力。
（3）化学键与化学变化的关系
离子晶体、原子晶体的状态变化：化学键都被破坏，分子晶体的三态变化是分子间作用力的变化。因此，化学变化的过程一定有化学键的破坏，但有化学键的破坏并不一定发生化学变化。
（4）晶体熔点比较
比较晶体的熔点有两种情况：比较同种晶体不同物质的熔点和不同晶体的熔点。
①比较同种晶体不同物质的熔点
◇比较金刚石、硅晶体和碳化硅的熔点
比较原子晶体的熔点实质是比较共价键的键长和键能。
这三种物质的空间网状结构相同，键长短，键能大，晶体的熔点高。构成金刚石晶体的粒子是碳原子，构成硅晶体的粒子是硅原子。因为碳原子半径小，碳碳键的键长短，碳碳键较强，所以金刚石的熔点比硅晶体的熔点高。碳化硅中的共价键键长介于二者之间，三者熔点顺序为：金刚石>碳化硅> 硅晶体。
◇比较NaCl与CsCl晶体的熔点
构成离子晶体的粒子半径越小，电荷值越大，离子键越强，熔点越高。
这两种物质都是氯化物，比较熔点就是比较金属离子的半径和电荷值。Na+的离子半径比Cs+小，NaCl晶体的熔点高于CsCl。
◇比较I2、Br2、Cl2的熔点
分子晶体种类繁多，影响熔点的因素多。一般来说，对于组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，分子间的作用力越大，物质的熔点、沸点也较高。
卤素单质的结构相似，都是双原子分子，I2的分子质量最大，熔点最高（通常状况下为固态），其次是Br2（通常状况下为液态），Cl2的熔点最低（通常状况下为气态）。
②比较不同晶体类型之间的熔点
一般情况下，各类晶体的熔点从高到低的顺序为：原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体差异较大，不作比较。
4. 氢键
氢键不是化学键，而是一种较强的分子间作用力。氢键比化学键要弱，但强于一般的范德瓦耳斯力。由于HF、H2O和NH3的分子结构特点，分子间存在氢键。在比较分子晶体的熔点或沸点时，要注意是否存在氢键。如比较HF、HCl、HBr、HI熔点，它们的分子结构相似，但HF的熔点并不是最低；再如NH3的熔点高于PH3，H2O的熔点高于H2S，都是因为前者分子间存在氢键的缘故。
5. 晶体中的化学键（可通过后面的例题或习题体会）
构成离子晶体的粒子是阴、阳离子，离子内的化学键（共价键）不是确定晶体类型的依据。如NaOH、Na2O2阴离子中的极性键和非极性键。所以，晶体内存在共价键不一定是原子晶体，有离子键一定是离子晶体。
只存在共价键的晶体一定是原子晶体，二氧化硅晶体中是极性键，金刚石晶体中是非极性键。
分子晶体中一定存在范德瓦耳斯力，一定不存在离子键，但不一定存在化学键（如稀有气体的晶体，稀有气体是单原子分子）。分子晶体中存在共价键时，共价键只能存在于分子
内，而不是分子间。分子晶体内的共价键可能是极性键（如HCl），也可能是非极性键（如H2），也可能同时存在极性键和非极性键（如H2O2）。
共价键可以存在于离子晶体、分子晶体和原子晶体中，在离子晶体、分子晶体中，共价键存在于构成晶体的粒子内部，不是形成晶体的粒子间作用力。
6. 晶体、结晶水与结晶水合物
有的晶体中含有结晶水，叫结晶水合物。如：硫酸铜晶体（又叫胆矾、蓝矾）CuSO4·5H2O，读作五水合硫酸铜；明矾KAl(SO4)2·12H2O；芒硝Na2SO4·10H2O；碳酸钠晶体Na2CO3·10H2O等等。
有的晶体中不含结晶水，如：食盐NaCl；硝酸钾KNO3等等。
7. 金属导电、熔融状态离子晶体导电与电解质溶液导电的本质区别
（1）金属导电是自由电子在外加电场作用下的定向移动的结果，金属阳离子不移动。金属导电过程属于物理变化。
（2）离子晶体固态时不导电，因为离子晶体中的阴离子、阳离子都不能定向移动。离子晶体熔融状态下，阴离子、阳离子能自由移动，在外加电场作用下，定向移动形成电流。离子晶体熔融状态下的导电过程属于化学变化，要生成新物质。
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