晶体思维导图

晶体是由大量微观物质单位（原子、离子、分子等）按一定规则有序排列的结构，因此可以从结构单位的大小来研究判断排列规则和晶体形态。本思维导图介绍了晶体的基本类型（金属晶体、共价晶体、分子晶体、离子晶体）

晶体的基本类型

• 离子晶体
  • 结点为正负离子，作用力是离子键
  • 离子键
    • 定义与本质
      • 原子间得失电子后靠正负离子间静电作用产生的化学键
      • q(+)*q（-）/d^2
    • 特征
      • 无方向性
        • 在空间的各个方向施展的电性作用相同
      • 无饱和性
        • 空间许可时每个离子会尽可能多的吸引
    • 键的离子成分
      • 原因
        • 除库仑力之外还发生原子轨道的重叠
      • 影响因素
        • 元素电负性差异越大，极性越强，离子性越大
  • 晶格能
    • 定义
      • 标准状态下1mol离子晶体解离为气态正离子和负离子吸收的能量
    • 有关因素
      • 正负离子带电荷越高/离子核间距越小，晶格能越大
      • 晶格能越大，熔沸点越高，硬度越大
  • 离子晶体的结构
    • NaCl型
    • CsCl型
    • 立方ZnS型
  • 半径与配位数
    • 规则
      • r+/r-＜0.414：负离子之间相互接触，正负离子接触不良，同号离子排斥，不稳定
        • 配位数降低为4（ZnS型）
      • r+/r-≥0.414：负离子接触不良，正负离子紧密接触，吸引力强，稳定
        • 配位数6（NaCl型）
      • r+/r-＞0.732：正离子增大，接触更多负离子
        • 配位数8（CsCl型）
    • 特别注意
      • 半径比规则仅适用典型离子晶体
      • 有冲突以实验事实为依据
  • 离子极化
    • 离子的电子（层）构型
      • 2e
        • 最外层2电子的离子（Li+，Be2+，B3+，H-）
      • 8e
        • 最外层8电子离子（IA的M+ IIA的M2+ IIIAM3+ X- 氧族）
      • 9~17e
        • d区过渡金属离子（IIIB—VIIIB）
      • 18e
        • IB的M+ IIB的M2+ p区族价离子（Zn2+ Cd2+ Hg2+ Cu2+ Ag+）
      • 18+2e
        • 次外层18，最外层2(Tl+ Pb2+ Bi3+ Sn2+)
      • 8e，2e＜（9～17）e＜18e，（18+2）e
    • 极化作用与变形性
      • 极化作用：使得异号离子发生变形
        • 阳离子占主导
      • 变形性：受到异号离子作用变形
        • 阴离子占主导
        • （9～17）e，18e，（18+2）e电子构型的阳离子的变形性
    • 影响因素
      • 极化作用
        • 电子构型
          • （18+2）e ，18e＞（9～17）e＞8e
        • 离子构型
          • Z/r越大，离子极化作用越强
      • 变形性
        • 阴离子半径越大，负电荷数越高，变形性越大
        • 正离子变形性大小
          • （18+2）e、18e＞（9～17）e＞8e
        • 无机阴离子基团
          • 磷酸根，硫酸根，高氯酸跟＜氟＜硝酸＜氢氧根＜氰根＜氯＜溴＜碘
          • 离子对称性高，中心原子氧化数高，更不易变形
    • 对化合物性质的影响
      • 极化作用+变形性越大，电子云重叠越多，共价成分越高
        • 熔沸点更低
        • 溶解度更低
        • 含氧酸盐热稳定性越低
        • 化合物颜色更深
• 分子晶体
  • 晶格结点极性或非极性分子，作用力范德华力或氢键
• 原子晶体
  • 结点是原子，作用力是共价键
  • 性质
    • 较高熔点，沸点，硬度
      • 共价键结合牢固
      • 组成晶体原子半径越小，共价键长越短，熔沸点越高
    • 多为绝缘体
    • 热不良导体
• 金属晶体
  • 金属键理论
    • 结点是金属原子或正离子，作用力是金属键
    • 金属改性共价键
      • 理论
        • 金属晶体中自由电子作穿梭运动，不专属某个金属离子
        • 这些自由电子与全部金属离子相互作用，这种力称金属键
      • 强弱判断
        • 参与形成金属键的价电子越多，金属半径越小，金属键越强
          • 晶体熔沸点越高
        • 原子化热（升华热）越小，则熔沸点低，质地软
      • 相关现象解释
        • 导热性
          • 受热时，金属离子振动加强，自由电子将热量交换传递，金属快速升温，
        • 金属光泽
          • 几乎可以吸收所有波长的可见光，又发射出来
        • 延展性与可塑性
          • 金属键在整个金属晶体范围内起作用，断开难
          • 金属键无方向性，排列简单，两层正离子易发生滑动
    • 金属能带理论
      • 理论
        • 金属晶体是一个大分子
        • 两个各有n个轨道的原子形成n/2条成键轨道和n/2条反键轨道
      • 涉及概念
        • 满带：充满电子
        • 导带：未充满电子
        • 空带：无电子
        • 禁带：满带与导带之间电子不能进入
      • 现象解释
        • 导体
          • 理论
            • 存在导带
            • 或同时存在有交叠的一满一空
            • 电场作用下电子跃迁到相邻空轨道上
          • 影响因素
            • 升温→原子振动加剧→电子热运动加剧→电子定向运动受阻→导电性下降
        • 半导体
          • 理论
            • 价电子处于满带
            • 满带与空带间有能量差≤3eV
            • 高温时电子吸收能量越过禁带进入空带
          • 影响因素
            • 半导体导电性随温度升高而升高
        • 绝缘体
          • 电子处于满带
          • 满带与空带之间能量间隔≥5eV
  • 金属晶体的结构
    • 组成
      • 总是趋向于相互配位数高，空间利用率大的紧密堆积结构
    • 种类
      • 体心立方堆积
        • 配位数8
        • 空间利用率68%
        • IA族，VB族（钒），VIB族（铬），Fe
      • 六方密堆积
        • 配位数6
        • 空间利用率74%
        • IIIB族，IVB族，Zn Mg
      • 面心立方堆积
        • 配位数6
        • 空间利用率74%
        • IB族（Cu），Ni Pd Pt Al Ca