《物质结构与性质》——22、过渡晶体与混合型晶体

第三章  晶体结构与性质

第三节  金属晶体与离子晶体

三、过渡晶体与混合型晶体

前面了解了分子晶体、共价晶体、金属晶体和离子晶体等四类典型的晶体。而事实是，纯粹的典型晶体是很少的，大多数晶体处于四类典型晶体之间的过渡状态。

1、过渡晶体

这里以离子晶体和共价晶体之间的过渡状态为例。

第三周期的元素（除Ar外），都有对应的最高价氧化物，下面是前几种元素的氧化物，化学键中离子键成分的百分数。

从表中数据可知：

（1）这4种氧化物晶体中的化学键均不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键，所以这些晶体既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体，而是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体。

（2）Na2O中离子键成分多，偏向离子晶体，许多性质与纯粹的离子晶体接近，通常当作离子晶体来处理；同样，Al2O3、SiO2中共价键成分多，偏向共价晶体，通常当作共价晶体来处理。

（3）第三周期后面几种氧化物，P2O5、SO3、Cl2O7等都是分子晶体 ，离子键的成分更少，但与Al2O3、SiO2不同，其共价键并不是贯穿整个晶体，而是分子内，分子间则是分子间作用力。  

所有晶体都有过渡型。

2、混合型晶体

石墨就是一种混合型晶体。

（1）石墨晶体的结构

石墨晶体是一个层状结构。

层内：金刚石中C原子采用sp3杂化，石墨中C原子采用sp2杂化，每个C原子与另外3个C原子形成3个σ键，形成平面六元并环，键角120°。所有C原子未杂化的2p原子轨道发生“肩并肩”重叠，整个层内形成一个大π键，每个2p原子轨道有一个单电子，这些单电子可在整个C原子平面中运动。C原子之间的键长为142pm，由于大π键的形成，键长比金刚石中键长（154pm）短。

层间：层与层之间距离为335pm，不存在化学键，而是以范德华力结合。

（2）石墨晶体的类型与性质

层内的C原子间以共价键相结合，键长比金刚石的共价键短，其熔点比金刚石高，这类似共价晶体。

层内自由电子可以在层内平面中运动，在电场作用下可定向移动，所以石墨有优良的导电性，这类似金属晶体。但注意电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨的导电性只能沿石墨平面的方向。

层间作用力是范德华力，层与层之间相对易滑动，所以石墨很软，硬度很小，这类似分子晶体。

可见，石墨晶体可看作共价晶体、金属晶体和分子晶体的混合体，称为混合型晶体。  

小结：

分子晶体：分子构成，存在范德华力、氢键，熔、沸点较低，硬度小，与水相似相溶，固态、液态不导电，部分溶于水时能导电，组成和结构相似的分子，相对分子质量大的范德华力大。

离子晶体：阴、阳离子构成，有些还有分子，存在离子键，有些有共价键、氢键，一般熔、沸点较高，硬度较高而脆，但有些熔、沸点较低，硬度小，多数能溶于水，也有些难溶于水，不导电，熔融时能导电，能溶于水的溶液能导电，离子所带电荷数越多、半径越小离子键越强。

金属晶体：由金属阳离子、自由电子构成，靠金属键结合，熔、沸点一般较高，硬度一般较大，但有些较小，不溶于水，但有些能与水反应，固态、熔融态均能导电，金属原子的价电子数越多、半径越小的金属键越强。

共价晶体：由原子构成，作用力为共价键，熔、沸点很高，硬度很大，不溶于一般的溶剂，大部分固态、熔融时都不导电，有些是半导体，共价键键长越短、原子半径越小的共价键越强。

过渡晶体和混合晶体：同样，微观结构决定其性质。

感想：

通过四种典型晶体和过渡晶体、混合晶体的学习，可知，任何事物处于不断变化中。如，从氧化钠到七氧化二氯，离子键的成分逐渐减少，共价键的成分逐渐增多，其晶体类型也逐渐由偏离子晶体转化为偏共价晶体，再到分子晶体，事物总是处于量变到质变的过程中。我们观察和理解事物要用动态的、变化的眼光，没有一成不变的东西。