一、金属晶体

1.1 金属键

  1. 定义：金属阳离子和自由电子强烈的相互作用
  2. 成键微粒：金属阳离子和自由电子
  3. 存在 ：金属单质或合金
  4. 特征 ：无饱和性或方向性
  5. 本质 ：电子气理论/电子海理论；金属原子价电子脱落下来形成遍布整块晶体的”电子气“，被所有原子共用，把所有金属原子维系在一起，形成一种“巨分子”。（其中的自由电子不专属于某个特定的金属阳离子，而是在整块金属中自由移动）
  6. 金属晶体 ：通过金属键形成的晶体

1.2 金属晶体

1. 用电子气理论解释金属的物理性质

  1. 延展性 ：受到外力时，晶体中各原子发生相对滑动，弥漫在金属原子间的电子气起到润滑剂的作用，所以金属有良好的延展性。
  2. 导电性 ：外加电场的作用下，自由电子会发生定向移动，形成电流，表现导电性（温度升高，导电性会减弱的原因，温度升高，阳离子振动加剧，阻碍电子的定向移动）
  3. 导热性 ：金属晶体受热时，自由电子能量增加，并且在热的作用下，与金属原子频繁碰撞，引起能量交换。
  4. 金属光泽 ：自由电子可以吸收所有频率的光并迅速释放，使得金属不透明且有光泽。而当金属为粉末时，只吸收不释放，所以金属粉末呈暗灰或黑色。

2.金属晶体的熔沸点及硬度比较

  1. 影响因素：熔沸点、硬度与金属键的强度直接相关，键越强，性质就越高。而金属键的强弱取决于金属阳离子的半径和所带电荷：\(\ce{E \alpha \dfrac{Q}{r}}\) ,电荷越多，键越强；半径越小，键越强
  2. 熔沸点：金属键越强，金属晶体熔沸点越高
    1. 一般同周期金属单质，从左到右（如\(\ce{Na、Mg、Al}\)）熔、沸点逐渐升高
    2. 一般同主族金属单质（碱金属），从上到下，熔沸点逐渐降低
    3. 合金的熔沸点一般比其成分各金属的熔沸点要低
    4. 金属晶体熔点差别很大，如常温为液体（-38.9℃）；铁很高（1535℃）

1.3 金属晶体常见的堆积方式

堆积方式常见的金属配位数晶胞
面心立方最密堆积（铜型）\(\ce{Cu、Ag、Au}\)12
体心立方堆积\(\ce{Na、K、Cr}\)8
六方最密堆积（镁型）\(\ce{Mg、Zn、Ti}\)12
简单立方堆积\(\ce{Po}\)6

二、离子晶体

2.1 离子键

  1. 定义 ：阴阳离子间通过静电作用形成化学键
  2. 影响因素 ：\(\ce{E\alpha \dfrac{Q}{r}}\) （离子所带电荷越多，离子半径越小，离子键越强）
  3. 特征 ：离子键没有方向性和饱和性
  4. 离子晶体 ：由离子键构成的晶体；构成微粒，阴阳离子

2.2 离子晶体

1. 物理性质

  1. 熔沸点：离子晶体通常熔沸点高，且难挥发。因为离子键是一种较强的作用力
  2. 硬度及延展性 ：离子晶体通常硬度大，难压缩（延展性差），超过限度会碎掉
  3. 导电性 ：固体不导电，但熔融状态下导电
  4. 溶解性 ：易溶于水，难溶于有机物（相似相溶）

2.离子液体

  1. 定义：在离子晶体中引入有机基团后，可显著降低熔点。在室温时或接近室温时呈液体，一般由有机阳离子和无机阴离子构成
  2. 作用：可以降低有机溶剂的挥发性及危害性（离子键较之前弱，但仍旧要比范德华力要强很多）

2.3 常见的离子晶体细胞

\(\ce{NaCl}\)\(\ce{CsCl}\)\(\ce{ZnS}\)\(\ce{CaF2}\)
同晶胞类\(\ce{KCl、NaBr}\)
\(\ce{CaO、MgO}\)		\(\ce{CsBr、CsI}\)
\(\ce{NH4Cl}\)		\(\ce{Be、BeS}\)\(\ce{BaF2、PbF2、CeO2}\)
晶胞描述8个小正方体组成，\(\ce{Na+}\)在中心及12条棱上；\(\ce{Cl^{-}}\)面心立方体心立方堆积（1个小正方体）\(\ce{Cs^{+}}\) 在中心；\(\ce{Cl^{-}}\) 在8顶角类金刚石堆积；\(\ce{Zn^{2+}}\)在4内错；\(\ce{S^{2-}}\)呈面心\(\ce{Ca^{2+}}\) 在面心；
\(\ce{F^{-}}\) 是8内
1个晶胞含粒子数4个\(\ce{Na^{+}}\) ；
4个\(\ce{Cl^{-}}\)(8)		1个\(\ce{Cs^{+}}\) ；
1个\(\ce{Cl^{-}}\)		4个\(\ce{Zn^{2+}}\) ；
4个\(\ce{S^{2-}}\)		4个\(\ce{Ca^{2+}}\) ；
8个\(\ce{F^{-}}\)
阳离子配位数6（正八面体）84（正四面体）8
阴离子配位数6（正八面体）844
阳本身配位数12（距离都是面对角线的一半）6（正八面体）1212
阴本身配位数12（同上）6（正八面体）126（正八面体）
棱长apm,密度/\(\ce{g\cdot cm^{-3}}\)\(\ce{\rho=\dfrac{4 \times 58.5}{N_A \cdot (a\times 10^{-10})^{3}}}\)\(\ce{\rho=\dfrac{1 \times 168.5}{N_A \cdot (a\times 10^{-10})^{3}}}\)\(\ce{\rho=\dfrac{4 \times 97}{N_A \cdot (a\times 10^{-10})^{3}}}\)\(\ce{\rho=\dfrac{4 \times 78}{N_A \cdot (a\times 10^{-10})^{3}}}\)

2.4 离子晶体的判断

  1. 利用物质的种类：
    1. 金属离子和酸根离子、\(\ce{OH^{-}}\) 形成的大多数盐、强碱，活泼金属氧化物和过氧化物
    2. 活泼金属的氢化物（\(\ce{NaH}\)），活泼金属硫化物
  2. 利用元素的性质和种类：
    1. 成键元素的电负性差值大于1.7
    2. 金属元素（ⅠA、ⅡA）与非金属元素(ⅥA、ⅦA)
  3. 利用物质的性质：一般具有较高的熔点、沸点

三、过渡晶体

  1. 定义 ：介于典型晶体之间的晶体。在整个生物界中，纯粹的典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。
  2. 共价键与离子键的区别 ：依据电负性差值计算出来，电负性差值越大，离子键的百分数越大
  3. 离子晶体与共价晶体的过渡标准是：化学键中离子键成分的百分数
  4. 以集中氧化物的化学键中的离子键成分的百分数
    1. 离子键百分数50%当离子晶体处理；离子键百分数<50%偏向共价晶体当共价晶体处理；离子键百分数更小则当作分子晶体处理
    2. 四种晶体都有过渡型，偏向某种晶体类型的过渡晶体，就当作该类型的晶体处理
氧化物\(\ce{NaO}\)\(\ce{MgO}\)\(\ce{Al2O3}\)\(\ce{SiO2}\)
离子键百分数/%62504133

四、混合型晶体

4.1 基本概念

  1. 像石墨晶体那样同时存在若干种不同的作用力和键型的晶体都属于混合型晶体

4.2 石墨晶体模型

4.3 石墨晶体结构特点——层状结构

  1. 石墨晶体的单层结构是\(\ce{C}\) 的\(\ce{sp^{2}}\) 杂化，每个\(\ce{C}\) 与其他\(\ce{C}\) 形成\(\ce{C—C}\)共价键（类似于共价晶体），\(\ce{C}\)配位数为3，共价键键长很短，键能很大，熔点很高
  2. 层与层之间靠范德华力维持，类似于分子晶体(作用力弱，容易滑动，所以质软，可作润滑剂）
  3. 每层剩余的\(\ce{2p_z}\) 轨道的电子，肩并肩吹着与\(\ce{p_x—p_y}\) 平面，形成离域的大\(\ce{\pi}\) 键。电子可以在大\(\ce{\pi}\) 键中自由移动，电子气概念类似于金属晶体

4.4 石墨的性质

  1. 导电、导热性：石墨中有大\(\ce{\pi}\) 键，类似于金属晶体，所以电子可以在真个平面上运动，所以石墨有导电性。但是电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨导电性只能沿石墨平面方向
  2. 润滑性：层与层之间的作用力为范德华力，比较弱，所以可以相对滑动，具有润滑性。因此可以作润滑剂、铅笔芯等。