【定义】单原子分子或以共价键结合的有限分子靠范德华力凝聚而成的晶体，是典型的分子晶体。

【说明】

1.全部稀有元素单质、许多非金属单质、一些非极性氧化物和绝大部分有机化合物的晶体，都属于分子晶体。如果由同种非金属元素或由异种元素的“无限多”个原子以共价键结合而形成的是一个无限大分子的晶体，则属于原子晶体。

2.范德华力比化学键、氢键的结合力都弱，所以一般分子晶体的熔点低、硬度小。范德华力没有方向性和饱和性，所以分子晶体的内部微粒都有形成密堆积的趋势，特别是球形对称分子大都采取最密堆积形式。例如，Ne、Ar、Kr、Xe以及HCl、H₂S等晶体都为立方最密堆积(A₁型)，而He和H₂的晶体为六方最密堆积(A₃型)。

3.很多有机化合物晶体，由于对称性较差，往往堆积得不太紧密。但它的致密程度尽量跟它们的不规则形状协调一致。例如，在苯的晶体结构中，每个苯分子的平面几乎跟晶胞的Z轴平行，但分子在差不多互成直角的两个方向上倾斜于该轴，分子的中心位于晶胞的顶点和面心，形成一种变形的立方密堆积排列，以容纳非球形分子。

氢键是一种分子间相互作用，但不是范德华力，所以由氢键形成的晶体不属分子晶体，而属于氢键型晶体。

4. 大多数非金属单质及其形成的化合物如干冰(CO₂)、I₂、大多数有机物，其固态均为分子晶体。分子晶体是由分子组成，可以是极性分子，也可以是非极性分子。分子间的作用力很弱，分子晶体具有较低的熔、沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气态或液态，例如O₂、CO₂是气体，乙醇、冰醋酸是液体。同类型分子的晶体，其熔、沸点随分子量的增加而升高，例如卤素单质的熔、沸点按F₂、Cl₂、Br₂、I₂顺序递增；非金属元素的氢化物，按周期系同主族由上而下熔沸点升高；有机物的同系物随碳原子数的增加，熔沸点升高。但HF、H₂O、NH₃、CH₃CH₂OH等分子间，除存在范德华力外，还有氢键的作用力，它们的熔沸点较高。

5.分子组成的物质，其溶解性遵守“相似相溶”原理，极性分子易溶于极性溶剂，非极性分子易溶于非极性的有机溶剂，例如NH₃、HCl极易溶于水，难溶于CCl₄和苯；而Br₂、I₂难溶于水，易溶于CCl₄、苯等有机溶剂。根据此性质，可用CCl₄、苯等溶剂将Br₂和I₂从它们的水溶液中萃取、分离出来。

【过渡晶体】指介于原子晶体、金属晶体、分子晶体之间的一种过渡型。例如，石墨晶体，在晶体内碳原子以sp² 杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子以共价键相连，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成层状结构，在同一平面的碳原子各剩一个p轨道，上有一个电子，这个电子比较自由，相当于金属中的自由电子。石墨晶体中层与层之间以范德华力结合。属于过渡型晶体的还有黑磷、云母（一种天然硅酸盐)等。

【X-射线】又称伦琴射线，1895年由德国物理学家伦琴（Roentgen) 发现，这是一种波长很短的电磁波，波长约20∽0.06× 10^-10 米，为大致介于紫外线和γ射线之间。X-射线有一定的穿透能力，还能使荧光物质发光、照相底片感光、气体电离等。X-射线应用很广，在科学研究中用于研究晶体结构，工业上用于金属探伤，医疗上用于人体透视。

【晶格能】在298.15K和101325Pa（1大气压)下，由相互分离的气态阳离子和气态阴离子，生成1摩尔离子晶体时所释放的能量。晶格能可以衡量离子晶体中离子键的强弱和晶体的热稳定性。晶格能可以通过热化学实验间接测定，还可以通过热化学循环计算（玻恩—哈伯循环法)以及根据静电吸引理论计算。

【定义】又叫点阵能。它是在0K时1 mol离子化合物中的正、负离子从相互分离的气态结合成离子晶体时所放出的能量。用化学反应式表示时，相当于下面反应式的内能改变量。
aM^Z+ (气）+bX^Z- (气）→M_aX_b（晶体)+U（晶格能）
【说明】
1. 晶格能也可以说是破坏1 mol 晶体，使它变成完全分离的自由离子所需要消耗的能量。晶格能越大，表示离子键越强，晶体越稳定。
2.影响晶格能大小的因素主要是离子半径，离子电荷以及离子的电子层构型等。例如，随着卤离子半径增大，卤化物的晶格能降低；高价化合物的晶格能远大于低价离子化合物的晶格能，如U_TiN>U_MgO>U_NaCl。此外，Cu⁺ 和Na⁺ 半径相近、离子电荷相同，但Cu⁺ 是18电子构型，对阴离子会产生极化作用，因此U_Cu2S>U_Na2S
3.离子化合物都有较高的熔点和沸点，这是和它们离子晶体有很大的品格能有关。由于U_MgO>U_NaF，MgO的熔点(2800℃)比NaF的熔点(988℃）高得多。
4.晶格能的大小决定离子晶体的稳定性，用它可以解释和预言离子晶体的许多物理和化学性质。例如，根据晶格能大小可以求得难以从实验测出的电子亲和势，可以求得离子化合物的溶解热，并能预测溶解时的热效应。

【干冰】化学式CO₂，固态二氧化碳的俗称。白色冰雪状固体，分子型晶体。无毒无腐蚀性，密度1.56克/厘米³(-79℃)、熔点-56.6℃(226.89千帕——5.2大气压)。受热后，在-78.5℃时不经过液态直接变成气体(升华)。常压下气化时可得-80℃左右的低温，减压蒸发可得更低的温度。用作低温致冷剂，用于冷冻食品的运输箱、冷藏卡车。与乙醚、氯仿或丙酮等有机溶剂组成的冷膏在施工中用于低温冷浴，还可用于人工降雨、灭火和制汽水等。使液态二氧化碳减压膨胀可制得干冰。

【石墨】碳的一种同素异形体，是原子晶体、金属晶体和分子晶体之间的一种过渡型晶体。在晶体中同层碳原子间以sp²杂化形成共价键，每个碳原子与另外三个碳原子相联，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们互相重叠，形成离域的π键电子在晶格中能自由移动，可以被激发，所以石墨有金属光泽，能导电、传热。由于层与层间距离大，结合力(范德华力)小，各层可以滑动，所以石墨的密度比金刚石小，质软并有滑腻感。灰黑，不透明固体，密度2.25克/厘米³，熔点3652℃，沸点4827℃，硬度1。化学性质稳定，耐腐蚀，同酸、碱等药剂不易发生反应。687℃在氧气中燃烧生成二氧化碳。可被强氧化剂如浓硝酸、高锰酸钾等氧化。可用作抗磨剂、润滑剂，高纯度石墨用作原子反应堆中的中子减速剂，还可用于制造坩埚、电极、电刷、干电池、石墨纤维、换热器、冷却器、电弧炉、弧光灯、铅笔的笔芯等。

【金刚石】碳的一种同素异形体，典型的原子晶体。碳原子形成4个sp³ 杂化轨道，以共价键彼此相连，每个碳原子都处于与它相联的四个碳原子所组成的正四面体的中心，组成了晶体，整个晶体可以看成是一巨型分子。晶体属等轴晶系，常为八面体晶形。纯品无色透明、有强烈光泽，因含杂质呈蓝色、天蓝色、淡黄色、红色或黑色。密度3.15～3.53克/厘米³ ，熔点3550℃，沸点4827℃，硬度10，是最硬的物质。不导电。在紫外线下显淡青蓝色荧光。与各种化学试剂不起反应，777℃时能在氧气中燃烧生成二氧化碳。用作高级的研磨、钻孔、切割、拉丝工具。透明的经过琢磨称为钻石，是一种华贵的装饰品。自然界有少量金刚石矿。用人工方法可制造金刚石，如石墨在高温高压和催化剂作用下可转化成金刚石。

【硼】元素符号B，原子序数5，原子量10.81，外国电子排布式2s²2p¹，位于第二周期第ⅢA族。天然存在的硼由两种稳定的同位素硼-10(19.78％)和硼-11(80.22％)组成。硼有无定形和结晶形两种单质，无定形硼为棕黑色或黑色粉末；结晶形硼为乌黑色或银灰色有光泽，硬度与金刚石相近。共价半径82皮米，离子半径20皮米，电离势800.0千焦/摩尔，电负性2.0，主要氧化数+3。无定形硼密度2.3克/厘米³，晶形硼密度2.31克/厘米³，熔点2300℃，沸点2550℃。晶态硼已知有八种同素异形体。单质硼晶体是由B-12正二十面体的基本结构单元组成的。结晶硼属于原子晶体，因此，结晶硼的硬度大，熔点、沸点高，化学性质不够活泼。

无定形硼的化学性质比较活泼，室温时在空气中缓慢氧化，700℃以上能燃烧，生成氧化硼B₂O₃并放出大量的热，常温下跟氟化合生成三氟化硼BF₃，加热时跟氯、溴、硫等化合，高温时还与碳、氮或氨反应，分别得到硬度很大的碳化硼B₄C、氮化硼(BN)；加热时跟水蒸气反应生成氢氧化硼并放出氢气。

【金属键】在金属晶体中，金属原子容易丢失电子，形成正离子，因此金属晶体中，晶格结点上存在着大量金属正离子，而在晶格中还存在着大量的“自由电子”，金属离子和自由电子之间存在的较强作用，叫金属键。金属键又称改性共价键，因为它可以看成许多原子共用许多电子的一种特殊形式的共价键，但又和共价键不同，金属键不具有饱和性和方向性。

【定义】在金属晶体里，金属离子和自由电子之间有较强的相 互作用，依靠这种作用把许多金属离子结合在一起，以这种方式结合的化学键叫做金属键。
【说明】
1. 金属自由电子模型可以解释金属的导电、导热、延展性和 有金属光泽等性质。但对金属比热、不同金属导电性差别以及导体、半导体和绝缘体之间的区别难以圆满解释。近代发展起来的金属键能带理论能够解释上述问题。
2. 金属键没有方向性和饱和性。

【定义】由原子、分子、离子等结构微粒在空间作有规则、周期性重复排列而成的具有一定几何多面体外形的固体,叫做晶体。

【说明】
1. 晶体所以有一定的外形,因为晶体内的结构粒子(原子、分 子、离子)之间靠一定的作用力紧密联系,并以确定的位置在空间作有规则的排列。按照结构粒子种类不同,它们作用力的性质也不同，于是晶体分成四个大类。第一类是离子晶体(如NaCl、 CsCl),晶体的结构粒子是金属正离子和卤素负离子，粒子间靠静电引力结合。第二类是原子晶体(如金刚石、Si0₂)，晶体的结构粒子是原子,依靠共价键结合在一起。第彐类是金属晶体(如钨、 铜等)，金属原子靠金属键结合。第四类是分子晶体(如干冰、苯晶体),结构粒子是分子,靠分子间力结合。
2. 晶体具有和无定形固体不同的特性。第一是晶体有均匀性和各向异性。各向异性是指在不同方向上有不同的光、电、热、 力学等性质，而晶体内各个部分的各向异性程度是完全均匀。 第二是晶体有对称性和对X-射线的衍射性。X射线的波长和晶体中原子间距属于同数量级。当用X-射线照射晶体时,会发生衍射现象。第三是晶体有自范性,即会自发地生长出由晶面、晶棱和顶点构成的完整几何多面体外形。第四是晶体有固定的熔点。晶体加热到一定温度便开始熔化。这时外界提供的能量全部用来熔化晶体,温度不再上升。直到晶体全部熔化后，温度才继续上升。
3.晶体的天然平面叫晶面,两个晶面的交线叫晶棱。晶体在 形成时可能产生缺陷或畸变，但晶面间夹角总是不变的。研究晶体结构所用的点阵理论可以近似地适用。
4.晶体结构的周期性包含两方面内容：一是重复周期的大小及变化规律;二是周期性变化的具体内容(即原子、离子或分子的种类、数目和连接方式等)。前者可用点阵表示,后者用结构基元表示。故晶体结构可概括为： 晶体结构==点阵+结构基元 ；一个结构基元可以抽象为几何学上一个点，即为一个阵点。这些阵点在空间按一定方式周期性排列形成空间点阵。

【定义】由金属键形成的晶体,叫做金属晶体。
【说明】
1. 金属键没有方向性。因此在靠金属键结合的金属晶体中， 原子(或离子)总是趋向于形成相互配位数高,又能充分利用空间的密堆积方式。由于每个原子的电子云分布基本上呈球形对称， 因此可把同一种金属原子看成是半径相等的圆球,每个圆球周围可依几何原理排列尽可能多的邻近圆球(一般是6个，连自己共7个)，然后无限延伸出去构成一个密置层。在这个密置层上还可以再叠第二层，……,这样形成等径球的空间密堆积结构。
2. 根据金属原子半径大小和密置层的不同堆积方式，可以有 以下4种密堆积结构。
(1) 配位数为12的立方面心最密堆积(A₁型，即重复ABC 三层的堆积，见下图左)，空间利用率为74. 06%，如Cu副族、 Pb、Al、Tl、Ni副族、Sr 等。
(2) 配位数为12的六方最密堆积(A₃型，即重复AB两层的堆积,见下图中)，空间利用率为74. 06%,如钪副族、Be、Mg、 Hf、Tc、Re、Co 等。
(3) 配位数为8 (或14)的立方体心密堆积(A₂型，见下图右)，空间利用率为68. 02%,如碱金属、Ⅴ副族、Cr副族、Ti、Zr、 Zn、Cd、Ca、Sr、Ba 等。

金属晶体

(4)配位数为4的金刚石型四面体 堆积(A₄型),空间利用率为34.01 %, 如 Si、Ge、Sn 等。

金属晶体

3. 金属晶体大多数熔点、沸点高， 硬度较大，有金属光泽,有良好的导电性、导热性和机械加工性能。

4. 大多数金属在温度降低时电阻减小，但即使温度接近绝对零度仍有电阻。目前发现少数金属或合金，当冷到一定的低温时，电阻几乎完全消失,出现超导性能。例如，当温度降到一371°C时，金属汞的电阻完全消失。

5.金属单质及一些金属合金都属于金属晶体，例如镁、铝、铁和铜等。金属晶体中存在金属离子(或金属原子)和自由电子，金属离子(或金属原子)总是紧密地堆积在一起，金属离子和自由电子之间存在较强烈的金属键，自由电子在整个晶体中自由运动，金属具有共同的特性，如金属有光泽、不透明，是热和电的良导体，有良好的延展性和机械强度。大多数金属具有较高的熔点和硬度，金属晶体中，金属离子排列越紧密，金属离子的半径越小、离子电荷越高，金属键越强，金属的熔、沸点越高。例如周期系IA族金属由上而下，随着金属离子半径的增大，熔、沸点递减。第三周期金属按Na、Mg、Al顺序，熔沸点递增。

【玻恩－哈伯循环法】由玻恩(Born)和哈伯(Haber)提出的求某一过程能量变化的方法。此法建立在热力学第一定律的基础上， 根据某过程总的能量变化等于各个分过程能量变化的总和的原理， 把某个变化过程设计成由若干个分过成组成的热力学循环， 即玻恩—哈伯循环。这样， 就可以根据已知的一些能量变化求出其中某一过程的能量变化。以求NaCl的晶格能为例， 设计出生成氯化钠晶体的热力学循环：

其中各个过程的能量变化是：ΔH_生成=411.0KJ·mol^－1 ， 为NaCl晶体的生成热；S=108.8KJ·mol^－1 为晶体钠的升华热；I=493.29KJ·mol^－1 为钠原子的第一电离能，D=119.7KJ·mol^－1 为mol Cl₂的解离能。E=－361.9KJ·mol^－1 为氯原子的电子亲和能；U晶格能为NaCl的晶格能是未知量。根据热力学第一定律可得出关系式：

=－411.0－(108.8＋493.29＋119.7－361.9)

=－770.9KJ·mol^－1