晶体知识大全

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  晶体*概述

  固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。晶体是通过结晶过程形成的有规则的几何外形、且有固定熔点的固体物质。晶体中的微粒按一定的规则排列。晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列,从而使晶体内部各个部分的宏观性质是相同的,而且具有固定的熔点和规则的几何外形。晶体的分布非常广泛,自然界的固体物质中绝大多数是晶体。气体、液体和非晶体在一定条件下也可转变为晶体。

  晶体是由结晶物质构成的、其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性规律排列的固体。其核心基本点就是微粒间有相互作用而堆积(固定)→微粒间堆积有规则排列(有序),表现为规则的几何外形规则排列(有序)→规则的几何外形,所以晶体的四个特征:

  (1)晶体拥有整齐规则的几何外形。

  (2)晶体拥有固定的熔点,在熔化过程中,温晶体度始终保持不变。

  (3)晶体有各向异性的特点:固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分,而无定形固体不具有上述特点。

  晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体,具有长程有序,并成周期性重复排列。

  非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体。

  (4)晶体可以使X光发生有规律的衍射。

  宏观上能否产生X光衍射现象,是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。

  晶体*结构

  晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子、原子团)有规则地在三维空间呈周期性重复排列,组成一定形式的晶格,外形上表现为一定形状的几何多面体。组成某种几何多面体的平面称为晶面,由于生长的条件不同,晶体在外形上可能有些歪斜,但同种晶体晶面间夹角(晶面角)是一定的,称为晶面角不变原理。

  几种典型的晶体结构

  1NaCl晶体

  每个Na+周围有6个Cl-每个Cl-周围有6个Na+离子个数比为1。

  2CsCl晶体

  每个Cl-周围有8个Cs+每个Cs+周围有8个Cl-距离Cs+*近的且距离相等的Cs+有6个距离每个Cl-*近的且距离相等的Cl-也有6个Cs+和Cl-的离子个数比为1。

  3金刚石

  每个碳原子都被相邻的四个碳原子包围以共价键结合成为正四面体结构并向空间发展键角都是109º28'*小的碳环上有六个碳原子。

  4石墨

  层状结构每一层内碳原子以正六边形排列成平面的网状结构每个正六边形平均拥有两个碳原子。片层间存在范德华力是混合型晶体。熔点比金刚石高。

  5干冰

  分子晶体每个CO2分子周围紧邻其他12个CO2分子。

  6SiO2

  原子晶体空间网状结构Si原子构成正四面体O原子位于SiSi键中间。SiO2晶体中不存在SiO2分子只是由于Si原子和O原子个数比为1∶2才得出二氧化硅的化学式为SiO2

  晶体*物理性质的决定因素

  构成晶体微粒之间的作用力及空间结构。 构成晶体微粒之间的作用力及空间结构。 作用力越强,晶体的熔沸点越高, 熔沸点越高 作用力越强,晶体的熔沸点越高, 晶体的硬度越大。 硬度越大 晶体的硬度越大。

  晶体*物质的熔沸点比较及规律

  1不同类型的晶体一般来讲熔沸点按原子晶体>离子晶体>分子晶体。

  2由共价键形成的原子晶体中原子半径越小的键长越短键能越大晶体的熔、沸点越高。如熔点金刚石>石英>碳化硅>晶体硅。

  3离子晶体比较离子键的强弱。一般地说阴、阳离子的电荷数越多离子半径越小则离子间的作用就越强其离子晶体的熔沸点就越高如熔点MgO>MgCl2>NaCl>CsCl。

  4分子晶体组成和结构相似的物质相对分子质量越大熔沸点越高如Cl2N2。

  晶体*分类

  1.晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。晶合成铋单晶体都有一定的对称性,有32种对称元素系,对应的对称动作群称做晶体系点群。

  2.晶体可分为单晶体和多晶体。绝大部分宝石矿物是单晶体比如钻石、蓝宝石、祖母绿、海蓝宝石和紫晶等。也有部分宝石是多晶体即玉石它们是由许多细小同种或不同种晶体构成的集合体。

  3. 晶体根据构成集合体矿物颗粒的大小,可将其分为显晶质和隐晶质。隐晶质又可进一步划分为显微显晶质(或微晶质)和显微隐晶质。显晶质是指直接用肉眼或借助普通10 倍放大镜就可辨认出其中的单个矿物晶体颗粒的集合体如结构比较粗松的翡翠和石英岩等。隐晶质是指用肉眼或借助普通10 倍放大镜不能观察和分辨出单个矿物颗粒的集合体。如果隐晶质在光学显微镜下可以观察到其颗粒可称其为显微显晶质(或微晶质)对矿物集合体来说虽然构成集合体的每个晶体颗粒其内部质点做有序排列,但其集合体往往不能表现出规则的几何外形而多呈块状。

  4. 晶体按照构成晶体的粒子种类及粒子间的相互作用不同,晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体,如食盐、金刚石、干冰和各种金属等。

  晶体*类型介绍

  离子晶体

  定义:阴,阳离子按一定的方式有规则地排列,阳离子按一定的方式有规则地排列离子化合物)形成的晶体。离子晶体实际就是固态离子化合物形成的晶体。(离子晶体实际就是固态离子化合物)。离子晶体是由阴、阳离子组成的,离子间的相互作用是较强烈的离子键。离子晶体具有较高的熔、沸点,常温呈固态;硬度较大,比较脆,延展性差;在熔融状态或水溶液中易导电;大多数离子晶体易溶于水,并形成水合离子。离子晶体中,若离子半径越小,离子带电荷越多,离子键越强,该物质的熔、沸点一般就越高,例如下列三种物质,其熔沸点由低到高排列的顺序为,KCl

  性质:

  ①熔沸点较高

  ②硬度较高

  ③密度较大,难挥发强电解质

  ④导电性(强电解质) 固态不导电,熔化或水溶液中能导电

  原子晶体

  定义:相邻原子间以共价键结合成空间网状结构的,原子间以共价键结合成空间网状结构 晶体 (SiO2、金刚石、晶体硅、碳化硅(SiC)) 金刚石、晶体硅、碳化硅(SiC))原子晶体中,组成晶体的微粒是原子,原子间的相互作用是共价键,共价键结合牢固,原子晶体的熔、沸点高,硬度大,不溶于一般的溶剂,多数原子晶体为绝缘体,有些如硅、锗等是优良的半导体材料。原子晶体中不存在分子,用化学式表示物质的组成,单质的化学式直接用元素符号表示,两种以上元素组成的原子晶体,按各原子数目的*简比写化学式。常见的原子晶体是周期系第ⅣA族元素的一些单质和某些化合物,例如金刚石、硅晶体、SiO2、SiC等。对不同的原子晶体,组成晶体的原子半径越小,共价键的键长越短,即共价键越牢固,晶体的熔,沸点越高,例如金刚石、碳化硅、硅晶体的熔沸点依次降低。

  性质:

  a、熔、沸点很高(高于离子晶体);

  b、硬度大(金刚石是天然存在的*硬的物质)

  c、不导电

  d、难溶于一些常见的溶剂。

  分子晶体

  定义:分子间以分子间作用力结合而成的晶体,大多数共价化合物及大多数非金属单质。同类型分子的晶体,其熔、沸点随分子量的增加而升高,例如卤素单质的熔、沸点按F2、Cl2、Br2、I2顺序递增;非金属元素的氢化物,按周期系同主族由上而下熔沸点升高;有机物的同系物随碳原子数的增加,熔沸点升高。但HF、H2O、NH3、CH3CH2OH等分子间,除存在范德华力外,还有氢键的作用力,它们的熔沸点较高。 分子组成的物质,其溶解性遵守“相似相溶”原理,极性分子易溶于极性溶剂,非极性分子易溶于非极性的有机溶剂,例如NH3、HCl极易溶于水,难溶于CCl4和苯;而Br2、I2难溶于水,易溶于CCl4、苯等有机溶剂。根据此性质,可用CCl4、苯等溶剂将Br2和I2从它们的水溶液中萃取、分离出来。

  性质:

  ①熔沸点较低

  ② 硬度小

  ③ 导电性:固体、液体不导电,水溶液中部分导电

  金属晶体

  定义: 金属阳离子与自由电子以金属键结合成的(金属单质或合金)由金属键形成的单质晶体。金属单质及一些金属合金都属于金属晶体,例如镁、铝、铁和铜等。金属晶体中存在金属离子(或金属原子)和自由电子,金属离子(或金属原子)总是紧密地堆积在一起,金属离子和自由电子之间存在较强烈的金属键,自由电子在整个晶体中自由运动,金属具有共同的特性,如金属有光泽、不透明,是热和电的良导体,有良好的延展性和机械强度。大多数金属具有较高的熔点和硬度,金属晶体中,金属离子排列越紧密,金属离子的半径越小、离子电荷越高,金属键越强,金属的熔、沸点越高。例如周期系IA族金属由上而下,随着金属离子半径的增大,熔、沸点递减。第三周期金属按Na、Mg、Al顺序,熔沸点递增。 根据中学阶段所学的知识。金属晶体都是金属单质,构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子(也就是金属的价电子)。

  性质:

  1.易导电,导热,

  2.有延展性,有金属光泽。

  晶体*类别实例

  1.立方晶系钻石明矾金铁铅

  2.正方 晶体 晶系 锡金红石白钨石

  3.斜方晶系硫碘 硝酸银

  4.单斜晶系硼砂蔗糖石膏

  5.三斜晶系硫酸铜硼酸

  6.三方(菱形)晶系砷 水晶冰石墨

  7.六方晶系镁锌 铍镉 钙

  晶体*不同晶体类型

  一般为:原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体的熔沸点有的很高(如钨),有的很低(如汞)。 同种类型晶体   一下详见本身词条

  (1)同属金属晶体

  (2)同属原子晶体

  (3)同属离子晶体

  (4)同属分子晶体

  晶体*结晶

  结晶分两种,一种是降温结晶,另一种是蒸发结晶。降温结晶:首先加热溶液,蒸发溶剂成饱和溶液,此时降低热饱和溶液的温度,溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出,叫降温结晶。

  蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱和变为饱和,继续蒸发,过剩的溶质就会呈晶体析出,叫蒸发结晶。

  晶体*预制

  大多数天然晶体都是一个原子接一个原子或一个分子接一个分子来完成的但是JillianBanfield和同事们发现了一些晶体,它们是由含有成百上千个原子的“预制”纳米晶体装配而成。据一篇相关的研究评述,这种晶体的块生长方式可能会对制造用于光学和电子设备(比如激光或硬盘)的人工材料有用。水铁石(ferrihydrite)的天然的预制晶体是由**合成的,在被水淹了的矿的烂泥里能找到,水铁石靠排列的纳米晶体连接起来而生长。这种生长晶体的方式引入特有的缺陷,可能会影响晶体在以后反应中的性质。

  晶体*缺陷

  矿物晶体 在二十世纪初叶,人们为了探讨物质的变化和性质产生的原因,纷纷从微观角度来研究晶体内部结构,特别是X射线衍射的出现,揭示出晶体内部质点排列的规律性,认为内部质点在三维空间呈有序的无限周期重复性排列,即所谓空间点阵结构学说。 前面讲到的都是理想的晶体结构,实际上这种理想的晶体结构在真实的晶体中是不存在的,事实上,无论是自然界中存在的天然晶体,还是在实验室(或工厂中)培养的人工晶体或是陶瓷和其它硅酸盐制品中的晶相,都总是或多或少存在某些缺陷,因为:首先晶体在生长过程中,总是不可避免地受到外界环境中各种复杂因素不同程度影响,不可能按理想发育,即质点排列不严格服从空间格子规律,可能存在空位、间隙离子、位错、镶嵌结构等缺陷,外形可能不规则。另外,晶体形成后,还会受到外界各种因素作用如温度、溶解、挤压、扭曲等等。 晶体缺陷:各种偏离晶体结构中质点周期重复排列的因素,严格说,造成晶体点阵结构周期势场畸变的一切因素。 如晶体中进入了一些杂质。这些杂质也会占据一定的位置,这样破坏了原质点排列的周期性,在二十世纪中期,发现晶体中缺陷的存在,它严重影响晶体性质,有些是决定性的,如半导体导电性质,几乎完全是由外来杂质原子和缺陷存在决定的,许多离子晶体的颜色、发光等。另外,固体的强度,陶瓷、耐火材料的烧结和固相反应等等均与缺陷有关,晶体缺陷是近三、四年国内外科学研究十分注意的一个内容。 根据缺陷的作用范围把真实晶体缺陷分四类: 点缺陷:在三维尺寸均很小,只在某些位置发生,只影响邻近几个原子。 线缺陷:在二维尺寸小,在另一维尺寸大,可被电镜观察到。 面缺陷:在一维尺寸小,在另二维尺寸大,可被光学显微镜观察到。 体缺陷:在三维尺寸较大,如镶嵌块,沉淀相,空洞,气泡等。

  晶体*特性

  1.自限性

  指晶体在适当的条件下可以自发地形成几何多面体的性质。即晶体是由平的晶面所包围起来的封闭几何体晶面相交成直的晶棱晶棱会聚成尖的角顶。

  2.均一性

  因为晶体是具有格子构造的固体,因此在同一晶体的不同部分,质点的分布是相同的,所以晶体的各个部分的物理化学性质也是相同的,这就是晶体的均一性。

  各向异性(异向性) 在晶体格子构造中,除对称原因外,往往不同方向上质点的排列是不一样的,因此晶体的性质也会随方向的不同而有所差异,这就是晶体的各向异性。如不同方向上硬度和解理的差异等都是晶体异向性的表现。

  3.对称性

  晶体具有格子构造本身就是对称的表现。晶体的对称表现在晶体中相等的晶面,晶棱和角顶有规律的重复出现。从外部形态来看,晶体的晶面、晶棱和角顶在晶体的不同方向和部位有规律地重复出观便是晶体对称的直观体观。对称是晶体极其重要的性质,是其在三维空间周期性重复的体现。在晶体的外形以及其他宏观表现中还反映了晶体结构的对称性。晶体的理想外形或其结构都是对称图象。这类图象都能经过不改变其中任何两点间距离的操作後复原。这样的操作称为对称操作,平移、旋转、反映和倒反都是对称操作。能使一个图象复原的全部不等同操作,形成一个对称操作群。

  4.*小内能

  指在相同的热力学条件下,晶体与同种成分物质的非晶质体、液体、气体相比较,其内能*小。晶体是具有格子构造的固体,其内部质点作规律排列。这种规律排列的质点是质点间的引力与斥力达到平衡,使晶体的各个部分处于位能*低的结果。实验证明:物体由非晶质体、液体、气体向晶体转化时,都有热的析出,这就说明晶体的内能*小。

  5.稳定性

  由于晶体具有*小内能,因而结晶状态是一种相对稳定的状态,这就是晶体的稳定性。