几种常见晶体结构分析
河北省宣化县第一中学 栾春武 邮编 075131
栾春武：中学高级教师，张家口市中级职称评委会委员。河北省化学学会会员。市骨干教师、市优秀班主任、模范教师、优秀共产党员、劳动模范、县十佳班主任。
联系电话： 15931311290 QQ： 274799672 E-mail： luancunwu@126.com 一、氯化钠、氯化铯晶体——离子晶体 由于离子键无饱和性与方向性，所以离子晶体中无单个分子存在。阴阳离子在晶体中按一定的规则排列，使整个晶体不显电性且能量最低。离子的配位数分析如下：
离子数目的计算：在每一个结构单元（晶胞）中，处于不同位置的微粒在该单元中所占的份额也有所不同，一般的规律是：顶点上的微粒属于1
该单元中所占的份额为，棱上的微粒属于该单
81
元中所占的份额为，面上的微粒属于该单元中
4
图1
图2 NaCl晶体
1
所占的份额为，中心位置上（嚷里边）的微粒才完全属于该单元，即所占的份额为1。
21.氯化钠晶体中每个Na+周围有6个Cl－，每个Cl－周围有6个Na+，与一个Na+距离最近且相等的Cl－围成的空间构型为正八面体。每个Na+周围与其最近且距离相等的Na+有12个。见图1。
111
晶胞中平均Cl－个数：8× + 6× ＝ 4；晶胞中平均Na+个数：1 + 12× ＝ 4
824因此NaCl的一个晶胞中含有4个NaCl（4个Na+和4个Cl－）。 2.氯化铯晶体中每个Cs+周围有8个Cl－，每个Cl周围有8个Cs+，
与一个Cs+距离最近且相等的Cs+有6个。晶胞中平均Cs+个数：1；晶1
胞中平均Cl－个数：8× ＝ 1。
8
因此CsCl的一个晶胞中含有1个CsCl（1个Cs+和1个Cl－）。 二、金刚石、二氧化硅——原子晶体
1.金刚石是一种正四面体的空间网状结构。每个C原子以共价键与4个C原子紧邻，因而整个晶体中无单个分子存在。由共价键构成的最小环结构中有6个碳原子，不在同一个平面上，每个C原子被12个六元环共用，每C—C键共6个环，因此六元环中的平均C原子数111
为6× ＝ ，平均C—C键数为6× ＝ 1。
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图4 金刚石晶体 图3 CsCl晶体
－
C原子数: C—C键键数 ＝ 1:2； C原子数: 六元环数 ＝ 1:2。 2.二氧化硅晶体结构与金刚石相似，C被Si代替，C与C之间插氧，即为SiO2晶体，则SiO2晶体中最小环为12环（6个Si，6个O），
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最小环的平均Si原子个数：6× ＝ ；平均O原子个数：6× ＝ 1。
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即Si : O＝ 1 : 2，用SiO2表示。
在SiO2晶体中每个Si原子周围有4个氧原子，同时每个氧原子结合2个硅原子。一个Si原子可形成4个Si—O键，1mol Si原子可形成4mol Si—O键。
但是由此有许多学生认为二氧化硅晶体结构中一个最小的环是由8个原子构成的。实际上，在二氧化硅晶体中每个硅原子与周围的四个氧原子的成键情况与金刚石晶体中的碳原子与周围的其它碳原子连接的情况是相同的。即每个硅原子与周围的四个氧原子构成一个正四面体。只是每个氧原子又处在由另一个硅原子为中心的一个正四面体上。即每个氧原子为两个硅氧四面体共用。如上图所示。从此图中可以明确看出，构成二氧化硅晶体结构的最小环是由12个原子构成的椅式环，注意图中∠O－Si－O=109°28′。
三、干冰——分子晶体
干冰晶体是一种立方面心结构，立方体的八个顶点及六个面的中心各排布一个CO2分子，晶胞是一个面心立方。一个晶胞实际拥有的CO2分子数为四个（均摊法），每个CO2分子周围距离相等且最近的CO2分子共有12个。分子间由分子间作用力形成晶体。每个CO2分内存在共价键，因此晶体中既有分子间作用力，又有化学键，但熔、沸点的高低由分子间的作用力决定，重要因素是相对分子质量，因此当晶体熔化时，分子内的化学键不发生变化。
11
每个结构单元中含CO2分子数目为：8× + 6× ＝ 4
82四、石墨——混合型晶体
石墨晶体是层状结构，在每一层内有无数个正六边形，同层碳原子间以共价键结合，晶体中C—C的夹角为120℃,层与层之间的作用力为范德瓦尔斯力，每个C原子被六个棱柱共用，每六个棱柱实际占有的C原子数为2个。
1
每个正六边形拥有的C原子数为：6× ＝2 ；每个C原
33
子平均形成 个共价键，C原子数与C—C键数之比为2 : 3。
2
图8 石墨的结构 图7 CO2晶体
石墨的独特结构决定了它的独特性质，该晶体实际介于原子晶体、分子晶体、金属晶体之间，因此具有各种晶体的部分性质特点，是一种混合型晶体。如熔点高、硬度小、能导电等。
五、固态金属单质——金属晶体
金属（除金属汞外）在常温下都是晶体，在金属中，金属原子好像许多硬球一样一层一层紧密地堆积着。每个金属原子周围都有许多相同的金属原子围绕着。其实由于金属原子的最外层电子都较少，故金属原子容易失去电子变成金属离子。金属原子释放电子后形成的离子按一定规律堆积，释放的电子则在这个晶体里自由运动，这就是自由电子。在金属晶体的内部，金属离子和自由电子之间存在较强的相互作用力，这个作用力便是金属键。因此有人形象地将金属键比喻为金属阳离子沉浸在自由电子的海洋里。
例题分析：
【例题1】现有四种晶体，其离子排列方式如下图所示，其中化学式正确的是 B F Z A B E X Y A AB2 EF2 AB XY3Z
A B C D
解析：A选项中处于顶点的B原子8个，处于体心的A原子1个，故A的化学式为11
AB。B选项中E和F均为4× ＝ ，故B的化学式为EF。C选项中位于体心的X原子1
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个，位于面心的Y原子为 6× ＝3，位于顶点的Z原子8× ＝1，故C的化学式为XY3Z。
28D选项与NaCl的结构相同，故D的化学式为AB。
答案：C、D
点拨：均摊法确定某些晶体的化学式的方法：
均摊法是指每个晶体中平均拥有的离子数目。例如立方晶体中粒子个数比的求法：
1
①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有属于该晶胞；
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②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有属于该晶胞；
41
③处于面上的粒子，同时为2个晶胞共有，每个粒子有属于该晶胞；
2
④处于晶胞内的粒子，则完全属于该晶胞。
对于非长方体或正方体晶胞中粒子对晶胞的贡献看具体情况而定。如石墨晶体，晶胞每1一层内碳原子排列成正六边形，其顶点对六边形的贡献为 。
3【例题2】NaCl的晶胞如图，每个NaCl晶胞中含有的Na离－
子和Cl离子的数目分别是
A. 14，13 B. 1，1 C. 4，4 D. 6，6
11＋－
【解析】Na离子的数目：8× + 6× ＝ 4个；Cl离子的
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数目：1+12× ＝ 4个
4
答案：C
【例题3】（2010年全国卷）下面关于SiO2晶体网状结构的叙述正确的是 A．最小的环上，有3个Si原子和3个O原子 B．最小的环上，Si和O原子数之比为1 : 2 C．最小的环上，有6个Si原子和6个O原子
D．存在四面体结构单元，O处于中心，Si处于4个顶角
解析：二氧化硅是原子晶体，结构为空间网状，存在硅氧四面体结构，硅处于中心，氧处于4个顶角，在SiO2晶体中，每6个Si和6个O形成一个12元环（最小环），所以C
＋
Na ＋Cl －