晶体是具有整齐的、有规则的几何外形、固定的熔点和各向异性等特征的物质。晶体的形成是由构成物质的质点在空间有规则排列的结果。
晶体由质点(或结构微粒)有规则地排列在三维空间的一定点上,形成具有一定几何形状的空间格子,即晶格。晶格中的结点是质点排列的位置,而晶胞是晶格中能够表现晶体结构全部特征的最小单位。
根据结点上质点的种类和质点间的作用力性质的不同,晶体可以分为离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体等四大典型晶体。此外,还存在一些介于这些晶体之间的混合晶体或过渡型晶体。
四大晶体的比较如下表所示:
离子晶体 | 分子晶体 | 原子晶体 | 金属晶体 | |
结点上的质点种类 | 阳离子和阴离子 | 分子或原子(稀有气体) | 原子 | 原子(或离子) |
质点间的作用力 | 离子键 | 范德华力(有的还有氢键) | 共价键 | 金属键 |
一些性质特点 | 硬而脆、较高熔点,易溶于极性溶剂、熔融态易导电 | 硬度小、熔点很低(有氢键的则稍高些) | 很硬、高熔点、一般不导电、不溶于水 | 硬度和熔点相差很大,但多数金属硬度大、熔点高,有良好的导电、导热性和延展性 |
实例 | NaCl、BaO、MgSO4 | CO2、H2O、CH4、Ar | C(金刚石)、SiO2、SiC、AlN | Na、Cu、Al、W、Cr、Hg |
晶格能是决定离子化合物性质的能量因素,它表示完全分离的气态阳离子和阴离子结合成1摩尔离子晶体时所放出的能量。晶格能的大小与离子半径、电荷、电子构型和晶格类型等因素有关,可以解释离子晶体的许多物理性质。
离子极化是指离子受电场作用时发生的正负电荷重心相对位移和离子变形。离子极化力和变形性的大小取决于离子电荷、离子半径和离子的电子层构型等因素。离子间的相互极化主要是阳离子对阴离子的极化,但极化力和变形性较大的阳离子还会产生附加极化作用。离子极化导致离子键向共价键过渡,从而影响离子化合物的许多性质。