几种典型晶体结构的特点分析

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几种典型晶体结构的特点分析

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https://www.hxzxs.cn/view-4965-1.html

晶体结构是高中化学中的一个重要知识点，涉及NaCl、CsCl、CO2、SiO2、金刚石、石墨、C60等多种典型结构。本文将通过均摊法，详细分析这些晶体结构的特点，帮助读者更好地理解和掌握这一难点。

均摊法的基本原理

通常采用均摊法来分析这些晶体的结构特点。均摊法的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，则每个晶胞只能分得这个原子的1/n。

氯化钠晶体

由下图氯化钠晶体结构模型可得：每个Na+紧邻6个Cl-，每个Cl-紧邻6个Na+（上、下、左、右、前、后），这6个离子构成一个正八面体。设紧邻的Na+与Cl-间的距离为a，每个Na+与12个Na+等距离紧邻（同层4个、上层4个、下层4个），距离为a√2。由均摊法可得：该晶胞中所拥有的Na+数为8×1/8+6×1/2=4，Cl-数为8×1/2+6×1/2=4，晶体中Na+数与Cl-数之比为1：1，则此晶胞中含有4个NaCl结构单元。

氯化铯晶体

每个Cs+紧邻8个Cl-，每个Cl-紧邻8个Cs+，这8个离子构成一个正立方体。设紧邻的Cs+与Cs+间的距离为a，则每个Cs+与6个Cs+等距离紧邻（上、下、左、右、前、后）。在如下图的晶胞中Cs+数为8×1/8+6×1/2=4，Cl-在晶胞内其数目为8，晶体中的Cs+数与Cl-数之比为1：1，则此晶胞中含有8个CsCl结构单元。

干冰

每个CO2分子紧邻12个CO2分子（同层4个、上层4个、下层4个），则此晶胞中的CO2分子数为8×1/8+12×1/4=4。

金刚石晶体

每个C原子与4个C原子紧邻成键，由5个C原子形成正四面体结构单元，C-C键的夹角为109°28'。晶体中的最小环为六元环，每个C原子被12个六元环共有，每个C-C键被6个六元环共有，每个环所拥有的C原子数为6×1/12=1/2，拥有的C-C键数为6×1/6=1，则C原子数与C-C键数之比为1：1。

二氧化硅晶体

每个Si原子与4个O原子紧邻成键，每个O原子与2个Si原子紧邻成键。晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为6×1/12=1/2，拥有的O原子数为6×1/6=1，拥有的Si-O键数为12×1/6=2，则Si原子数与O原子数之比为1：2。

石墨晶体

在石墨晶体中，层与层之间是以分子间作用力结合，同层之间是C原子与C原子以共价键结合成的平面网状结构，故石墨为混合型晶体或过渡型晶体。在同层结构中，每个C原子与3个C原子紧邻成C-C键，键角为120°，其中最小的环为六元环，每个C原子被3个六元环共有，每个C-C键被2个六元环共有；每个六元环拥有的C原子数为6×1/3=2，拥有的C-C键数为6×1/2=3，则C原子数与C-C键数之比为2：3。