高中化学 43 分子晶体、共价晶体

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分子晶体

定义：分子间通过分子间作用力（包括范德华力和氢键）相结合形成的晶体叫分子晶体。

构成微粒及作用力：构成分子晶体的微粒是分子，微粒间的作用力是分子间作用力。分子内原子间则通过共价键结合。例如，在冰晶体中，水分子之间通过氢键和范德华力相互作用，而水分子内氢原子和氧原子通过共价键结合。

物理性质：

熔沸点较低：因为分子间作用力较弱，克服这些作用力所需的能量较小，所以分子晶体的熔沸点相对较低。例如，干冰（\(CO_{2}\)晶体）在常温常压下会直接升华，其熔沸点远低于离子晶体和共价晶体。

硬度较小：分子间作用力较弱，使得分子晶体较易被压缩或变形，硬度不大。

溶解性：遵循“相似相溶”原则，即极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性溶剂。例如，\(HCl\)是极性分子，易溶于水；\(I_{2}\)是非极性分子，易溶于\(CCl_{4}\)等非极性溶剂。

导电性：固态和液态时，分子晶体中的分子不能电离出自由移动的离子或电子，因此一般不导电。但部分分子晶体溶于水后，能发生电离，从而导电，如\(HCl\)溶于水形成盐酸，能导电。

常见的分子晶体：几乎所有的非金属氢化物，如水、硫化氢、氨等；部分非金属单质，如卤素单质\(F_{2}\)、\(Cl_{2}\)、\(Br_{2}\)、\(I_{2}\)，白磷\((P_{4})\)、硫\((S_{8})\)等；部分非金属氧化物，如\(CO_{2}\)、\(SO_{2}\)、\(NO_{2}\)等；几乎所有的酸，如硫酸、硝酸、醋酸等；绝大多数有机物，如甲烷、乙醇、蔗糖等。

共价晶体

定义：相邻原子间以共价键相结合而形成空间网状结构的晶体叫共价晶体，也称为原子晶体。

构成微粒及作用力：构成共价晶体的微粒是原子，原子间以共价键相互结合，共价键的方向性和饱和性决定了共价晶体中原子的排列方式。例如，金刚石中每个碳原子与周围的四个碳原子通过共价键形成正四面体结构，进而构成空间网状的晶体。

物理性质：

熔沸点很高：由于原子间通过共价键相结合，共价键的键能较大，要破坏这些共价键需要很高的能量，所以共价晶体的熔沸点很高。例如，金刚石的熔点高达\(3550℃\)，沸点约为\(4827℃\)。

硬度很大：共价键的强度大，使得共价晶体中的原子排列紧密且不易变形，因此共价晶体的硬度很大。金刚石是自然界中硬度最大的物质之一。

溶解性：一般不溶于常见的溶剂。因为共价晶体中的共价键很强，溶剂分子难以破坏这些共价键使其溶解。

导电性：一般情况下，共价晶体中不存在自由移动的电子或离子，所以共价晶体不导电。但某些共价晶体如硅、锗等，在一定条件下可以导电，属于半导体材料。

常见的共价晶体：常见的共价晶体有金刚石、硅、二氧化硅、碳化硅等。金刚石是典型的共价晶体，其碳原子间通过共价键形成空间网状结构；二氧化硅晶体中，硅原子与氧原子通过共价键结合，硅原子与氧原子个数比为\(1:2\)，每个硅原子与四个氧原子相连，每个氧原子与两个硅原子相连，形成空间网状结构。

分子晶体与共价晶体的比较

|比较项目|分子晶体|共价晶体|

|构成微粒|分子|原子|

|微粒间作用力|分子间作用力|共价键|

|熔沸点|较低|很高|

|硬度|较小|很大|

|溶解性|部分遵循“相似相溶”|一般不溶|

|导电性|固态和液态时一般不导电，部分溶于水导电|一般不导电，少数为半导体|

|实例|干冰、冰、\(I_{2}\)等|金刚石、硅、\(SiO_{2}\)等|

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