1、第二节 分子晶体与共价晶体一、分子晶体（一）定义只含分子的晶体叫做分子晶体。如I2、H2O、NH3、H3PO4、萘等在固态时都是分子晶体。 （二）分子晶体中的粒子及粒子间的相互作用 （三）典型的分子晶体1、所有非金属氢化物：如水、硫化氢、氨、氯化氢、甲烷等。 2、部分非金属单质：如卤素(X2)、氧气(O2)、硫(S)、氮气(N2)、白磷(P4)、碳60(C60)、稀有气体等(注意：金刚石、Si等不是分子晶体)。 3、部分非金属氧化物：如CO2、P4O6、P4O10、SO2等(SiO2不是分子晶体)4、几乎所有的酸：如H2SO4、HNO3、H3PO4、H2SiO3、H2SO3等。 5、绝大多数有
2、机物：如苯、乙醇、乙酸、葡萄糖等。 （四）物理特性1、分子晶体具有较低的熔、沸点和较小的硬度。部分分子晶体易升华(如干冰、碘、萘等)。 2、分子晶体不导电。分子晶体在固态和熔融状态下都不导电。有些分子晶体的水溶液能导电，如HI、乙酸等。 3、分子晶体的溶解性一般符合“相似相溶”规律，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。（五）分子晶体的结构特征分子非密堆积分子密堆积微粒间作用力范德华力和氢键范德华力空间特点每个分子周围紧邻的分子数小于12,空间利用率不高通常每个分子周围有12个紧邻的分子举例HF、NH3、冰C60、干冰、I2、O2 （六）常见分子晶体的结构分析 1、冰（分子非密
3、堆积形式）（1）冰中水分子之间的相互作用力除范德华力外还有氢键，冰晶体主要是水分子依靠氢键而形成的。 （2）氢键的方向性1个水分子与周围4个水分子相结合水分子中的 （3）氢键HOH较长分子间距离增大并在水分子中间留有空隙冰的密度比液态水的小。当冰刚刚融化为液态水时冰的结构部分解体水分子间的空隙减小密度反而增大超过4时分子间距离加大密度渐渐减小 2、干冰(分子密堆积形式)（1）分子间作用力为范德华力。（2）CO2的晶胞类型为面心立方结构。（3） （4）每个CO2分子周围距离最近且相等的CO2分子有12个(同层、上层、下层各4个)。（5）无数个CO2晶胞在空间“无隙并置”形成CO2晶体。 二、共价
4、晶体（一）定义所有原子都以共价键相互结合形成共价键三维骨架结构的晶体叫共价晶体。（二）共价晶体中的构成微粒及微粒间的作用力说明：1、共价晶体中不存在单个的分子，因此，共价晶体的化学式不表示其实际组成，只表示其组成的原子个数比。 2、共价晶体熔化时被破坏的作用力是共价键。3、共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。如CO2、H2O等分子晶体中也含有共价键。（三）常见的共价晶体1、某些单质，如硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、灰锡(Sn)和金刚石等。 2、某些非金属化合物，如碳化硅(SiC,俗称金刚砂)、二氧化硅(SiO2)、氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)等。3、极少数金属
5、氧化物，如刚玉(-Al2O3)等。（四）共价晶体的物理性质1、熔点很高。共价晶体中，原子间以较强的共价键相结合，熔化时破坏共价键，需要很高的能量。如金刚石的熔点大于3500。结构相似的共价晶体，其原子半径越小，键长越短，键能越大，键越稳定，共价晶体的熔点越高，硬度越大。2、硬度很大。共价键三维骨架结构决定了共价晶体的硬度，如金刚石是天然存在的最硬的物质。3、一般不导电，但晶体硅、锗是半导体。4、难溶于一般的溶剂。（五）典型共价晶体的结构分析1、金刚石(1) 每个碳原子都采取sp3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共价单键对称地与相邻的4个碳原子结合，形成正四面体结构，被包围的碳原子处于正四面体的
6、中心；正四面体向空间发展，彼此连接形成共价键三维骨架结构。(2) 金刚石晶体中所有的CC键长相等，任意两个C-C之间的夹角相等(10928)(3)最小碳环由6个C组成且六个碳原子不在同一平面内(4)每个C参与4个CC键的形成，每个CC键被2个碳原子共用，故C原子数与CC键个数之比为1:2(5) 2、二氧化硅晶体（1）SiO2是一种典型的共价晶体。它是自然界含量最高的固态二元氧化物，有多种结构，其中一种具有空间网状结构，1个硅原子与4个氧原子相连，硅原子位于正四面体的中心氧原子位于正四面体的顶角，同时每个氧原子被2个正四面体共用，正四面体内Si-O键的夹角为10928。在晶体中，Si原子和O原子
7、个数比为1:2,因此二氧化硅的化学式为SiO2,但SiO2晶体中不存在SiO2分子。（2）在SiO2晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子与2个Si原子相结合。故SiO2晶体中Si原子和O原子按个数比为1:2构成立体网状结构。（3）最小的环是由6个Si原子和6个O原子组成的12元环。（4）1 mol SiO2中含4 mol SiO键。 （5）最常见的SiO2晶体是低温石英(-SiO2),低温石英包括遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体以及透明的水晶。低温石英的结构中有顶角相连的硅氧四面体形成螺旋上升的长链，而没有封闭的
8、环状结构，这一结构决定了它具有手性，被广泛用作压电材料，如制作石英手表。（6）SiO2具有许多重要用途，是制造水泥、玻璃、人造红宝石、单晶硅、硅光电池、芯片和光导纤维的原料。（六）非金属单质和共价化合物所形成的晶体属于共价晶体还是分子晶体，可从以下角度进行分析判断：1.依据构成晶体的粒子和粒子间的作用力判断构成共价晶体的粒子是原子，粒子间的作用力是共价键；构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的作用力是分子间作用力。2.依据物质的分类判断(1)常见的共价晶体有金刚石、晶体硅、晶体硼、晶体锗等单质和二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氮化硼等化合物。(2)所有非金属氢化物、部分非金属单质(金刚石、石墨、晶体硅等除外)、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。3.根据物质的熔、沸点高低判断共价晶体的熔、沸点很高，熔点一般在1000以上；分子晶体的熔、沸点较低。4.根据溶解性判断共价晶体一般不溶于任何溶剂；分子晶体的溶解性遵循“相似相溶”规律。5.依据挥发性判断一般易挥发的物质呈固态时都属于分子晶体。6.依据硬度和机械性能判断共价晶体的硬度大，分子晶体的硬度小。
