2015年電氣工程師考試普通化學(xué)知識點(diǎn)晶體的內(nèi)部

　　晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與類型(四種)

　　一、 晶體的定義和分類

　　1、晶體定義

　　質(zhì)點(diǎn)在空間有規(guī)則地排列成具有整齊外形以多面體出現(xiàn)的固體物質(zhì)。

　　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(guī)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(guī)則外形的晶態(tài)物質(zhì)

　　2、 晶體的宏觀特征

　　(1) 晶體結(jié)構(gòu)的周期性:晶體中微粒的排列按一定的方式不斷重復(fù)出現(xiàn);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(guī)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(diǎn)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(zhì)。晶體都有固定的 熔點(diǎn)，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(zhì)如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、折光率、膨脹系數(shù)、偏振、壓電性等物理性質(zhì)在不同的方向上是不同的(石墨電導(dǎo)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(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　(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(diào)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(tài)物質(zhì)沒有晶體微觀結(jié)構(gòu)的平移性，只在近距有序而遠(yuǎn)距則無序，無周期性規(guī)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(xué)上相同”指晶胞里原子數(shù)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(zhuǎn)動，進(jìn)行或不進(jìn)行平移操作，整個晶體的微觀結(jié)構(gòu)不可區(qū)別即晶胞具有平移性。

　　二、分子晶體

　　在分子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列的都是中性分子。

　　雖然分子內(nèi)部各原子是以強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合，但分子之間是以較弱的范德華力相結(jié)合的。以二氧化碳晶體為例，它呈面心結(jié)構(gòu)，CO2分子分別占據(jù)立方體的8個頂點(diǎn)和6個面的中心位置，分子內(nèi)部是以C===O共價鍵結(jié)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(gòu)成的極性分子，晶體中分子間存在色散力、取向力、誘導(dǎo)力，有的還有氫鍵，所以它們的結(jié)點(diǎn)上的粒子間作用力大于相對分子質(zhì)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(dú)立的分子出現(xiàn)，因此，化學(xué)式也就是它的分子式。屬于分子晶體的有非金屬單質(zhì)，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(jī)化合物。在稀有氣體的晶體中，雖然在晶格結(jié)點(diǎn)上是原子，但這些原子間并不存在化學(xué)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(diǎn)也較低，揮發(fā)性大，在常溫下以氣體或液體存在。即使在常溫下呈固態(tài)的，其揮發(fā)性大，蒸氣壓高，常具有升華性，如碘(I2)、萘(C10H8)等。分子晶體結(jié)點(diǎn)上是電中性分子，故固態(tài)和熔融態(tài)時都不導(dǎo)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(yè)上極好的氣體絕緣材料。

　　三、原子晶體

　　在原子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著中性原子，原子間以堅強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合，如單質(zhì)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B(yǎng)N(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(diǎn)，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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨型“分子”。

　　硅酸鹽的結(jié)構(gòu)------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(jié)構(gòu)導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定

　　原子晶體具有很大的硬度、很高的熔點(diǎn)、不導(dǎo)電、不易溶于任何溶劑，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定。例如金剛石，由于碳原子半徑較小，共價鍵的強(qiáng)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(diǎn)達(dá)3570℃，是所有單質(zhì)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(yè)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(yīng)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(yè)上的貴重材料;SiC、BN(立方)、Si3N4等是性能良好的高溫結(jié)構(gòu)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(diǎn))

　　2.金屬型晶體的混合(導(dǎo)電.導(dǎo)熱)

　　3.分子型晶體的混合(質(zhì)軟.潤滑)

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