晶体具有整齐的、有规则的几何外形、固定的熔点和各向异性等特征。这是构成晶体质点(也称结构微粒,即分子、离子、原子等)在空间有规则排列的结果,是其周期性的反映。因此,若组成物质的内部质点,在空间有规则地重复排列着,这种物质就是晶体。
组成晶体的质点(或结构微粒)有规则地排列在三维空间的一定点上,组成具有一定儿何形状的空间格子,即结晶格子,简称晶格(或点阵)。排有某种微粒的那些点叫做晶格的结点。在晶格中,能够表现晶体结构全部特征的最小单位叫晶胞。按结点上微粒种类,以及微粒间作用力性质的不同,通常可把晶体分为,离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体等四大典型晶体。但在具体物质中,实际有不少是介于上述晶体之间的混合晶体或过渡型晶体。
四大晶体的比较(见下表):
四大晶体比较
离子晶体 | 分子晶体 | 原子晶体 | 金属晶体 | |
结点上的质点种类 | 阳离子和阴离子 | 分子或原子(稀有气体) | 原子 | 原子(或离子) |
质点间的作用力 | 离子键 | 范德华力(有的还有氢键) | 共价键 | 金属键 |
一些性质特点 | 硬而脆、较高熔点,易溶于极性溶剂、熔融态易导电 | 硬度小、熔点很低(有氢键的则稍高些) | 很硬、高熔点、一般不导电、不溶于水 | 硬度和熔点相差很大,但多数金属硬度大、熔点高,有良好的导电、导热性和延展性 |
实例 | NaCl、BaO、MgSO4 | CO2、H2O、CH4、Ar | C(金刚石)、SiO2、SiC、AlN | Na、Cu、Al、W、Cr、Hg |
决定离子化合物性质的能量因素是晶格能,它表示完全分离的气态阳离子和阴离子结合成1摩尔离子晶体时,所放出的能量。放出的能量愈大,离子晶体愈稳定。晶格能的大小和离子半径、电荷以及电子构型、晶格类型(配位数多少)等因素有关。利用晶格能的数据,能解释离子晶体的许多物理性质。目前晶格能既可从离子键模型出发作理论上的估算(即用玻恩-朗德公式),也可根据热化学实验数据,采用玻恩-哈伯循环间接求算。
离子极化的观点,可作为辩证地认识离子键和共价键之间关系的一座桥梁。离子受极化是指离子受电场作用,使正负电荷“重心”发生相对位移;同时,离子产生变形。
影响离子极化力和变形性大小的因素,仍然是离子电荷、离子半径以及离子的电子层构型等。而且,离子间的相互极化,主要是阳离子对阴离子的极化。但对极化力与变形性都大的阳离子还可产生附加极化作用。由于离子极化,键型由离子性逐渐向共价性过渡。因而使离子化合物的许多性质(如颜色、溶解度等)也都相应地发生变化。