四类晶体的对比
結晶のタイプのまとめ
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。
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。
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