晶体化学篇

晶体化学篇

晶体化学（crystalchemistry）是研究在原子水平上的结构理论，揭示晶体的化学组成、结构和性能三者之间的内在联系以及有关原理的物理化学分支学科。晶体的性能由晶体的化学组成和结构确定，当化学组成相同而结构不同（即同分异构）时，晶体的性质也迥然不同。

金刚石和石墨均由碳元素组成，前者为透明、硬度极高的绝缘体，可用作地质钻探的耐磨材料；后者为黑色、硬度极低的良导体，可用作电极和铅笔芯材料，两者几乎对立的性质，起源于其内部键型、构型不同。金刚石中碳原子通过定域的连接成架型结构；石墨则具有层状结构，层内含离域的π电子与高导电率相关。

晶体化学原理着重阐述晶体的键型、构型以及它们随化学组成而变化的规律，晶体的结构主要取决于组成晶体的原子、离子的数量关系、大小关系、作用力的本质和极化作用等因素。

在晶体化学中，晶体可分为无机物晶体和有机物晶体，无机物晶体又可划分为单质、二元化合物、多元化合物、含氢化合物、合金等体系。

金属单质以金属键为特征，其晶体结构可归结为等径圆球的密堆积，其中包括立方最密堆积（A₁型）、立方体心密堆积（A₂型）和六方最密堆积（A₃型）。

非金属单质以共价键为主，其晶体结构遵循8—N规则，N是非金属元素所属的族数，8—桸是指每个原子与邻近原子形成共价键的数目，对元素硫，N＝6，则每个硫原子有8－6＝2个邻接原子，因而硫可形成链状或环状分子。

简单二元离子化合物的典型结构有氯化钠型、氯化铯型、硫化锌型、氟化钙型和金红石型等。在一般情况下负离子多采取A₁型、A₃型或其他密堆积方式，而正离子则按正、负离子半径比而占据负离子密堆积所形成的四面体或八面体空隙，例如，氯化钠的结构可描述为氯离子作A₁型立方最密堆积，而钠离子Na^＋则占满全部Cl^－所形成的八面体空隙。

多元化合物包括各种简单和复杂的含氧酸盐以及各种金属配合物和原子簇化合物等，例如，硅酸盐化合物的结构遵守鲍林规则。

对于含氢体系，如酸、酸性盐、氢氧化物，水合物等，应服从最大限度地形成氢键的晶体化学原理。

根据物相，合金一般可分为金属固溶体和金属化合物两种类型。组成二元合金的两种金属的电化学性质、原子半径、单质结构型式越相近，生成固溶体的倾向越大；反之，生成金属化合物的倾向就越大。

有机化合物都是分子化合物，在有机物晶体中，分子间的结合力一般为范德华力。分子晶体严格遵守最紧密堆积原理，一般来说，有机物晶体的对称性很低，大部分属于正交和单斜晶系。