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四类晶体的对比

結晶のタイプのまとめ

I 物質の構成 / 化学結合と物質の性質
一句话结论

先判断构成粒子,再判断结合力,性质就能推出来。共价晶体(C・Si)熔点最高最硬;金属晶体固体导电且有展延性;离子晶体熔融才导电;分子晶体最软、熔点最低。

石墨能导电、金刚石不能,可它们都是纯碳。食盐硬而脆、铜硬而有韧性,两者都是规则排列的晶体。性质的差别不在元素,在结合方式。这一节把前面四种结合并排放好,以后见到一个陌生物质,就能从「它是什么晶体」推出它大概什么样。

为什么是这样

晶体按「构成粒子是什么、粒子之间靠什么结合」分成四类。离子晶体:阳离子与阴离子,靠离子键。分子晶体:分子,靠分子间力。共价晶体:原子,靠共价键(整块晶体连成一个网)。金属晶体:金属阳离子与自由电子,靠金属键。

熔点直接反映结合力的强弱。共价晶体里每个原子都被强共价键锁在网上,要熔化就得拆共价键 —— 所以熔点最高(金刚石超过 3500 ℃,二氧化硅约 1700 ℃)。分子晶体只需拆弱的分子间力,所以熔点最低,很多在常温就是气体或液体。离子晶体居中偏高;金属晶体跨度极大,从汞的 −39 ℃ 到钨的 3400 ℃ 以上。

导电性看「有没有可移动的带电粒子」。金属有自由电子,固体就导电;离子晶体的离子固态被锁住,熔融或溶解后才导电;分子晶体与共价晶体都没有可移动的载流子,不导电 —— 唯一的例外是石墨:它每个碳只用 3 个价电子成键,剩下的那个能在层内移动,所以石墨导电。

四类晶体的对比离子晶体分子晶体共价晶体金属晶体构成粒子阳离子+阴离子分子原子阳离子+自由电子结合力离子键(静电力)分子间力(弱)共价键(强)金属键熔点高低极高范围广硬度硬而脆软而脆极硬有展延性导电性固体×/熔融○××(石墨○)○例NaClI2C・SiFe・Cu判断顺序:先看构成粒子,再看结合力 —— 性质由结合力的强弱推出来

定量表达

四类晶体的判别可以只靠构成元素,按这个顺序问:是金属元素的单质吗 → 金属晶体。是金属+非金属的化合物吗 → 离子晶体。是碳或硅(及二氧化硅)吗 → 共价晶体。其余非金属之间的物质 → 分子晶体。

硬度与脆性也各有特征。离子晶体硬而脆(错动后同号离子排斥);共价晶体极硬(金刚石是已知最硬的天然物质);金属晶体有展性与延性(自由电子跟着流动);分子晶体软而脆。

同素异形体正好用来检验这套判断。金刚石与石墨都是共价晶体,但结构不同:金刚石是每个碳连 4 个碳的立体网,极硬、不导电;石墨是层状结构、层间只有弱的分子间力,所以软、能剥落(可以当铅笔芯)、而且导电。同一种元素、同一类晶体,结构不同性质就大不同。

怎么用

典型题给出一个物质,问它的熔点高低、导电性、硬度。不要去回忆这个物质的具体数据,而是先判断它属于哪类晶体,再从结合力推。

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