高中化学教学中，学生经常提出疑问：聚合物的链节指最小循环单元，那么聚乙烯的最小循环单元为什么不是−CH₂−而是−CH₂CH₂−？部分教师给出的回复是：因为聚乙烯的单体是CH₂=CH₂，含有2个碳原子。这种解释并没有规避掉“聚合物的链节是最小循环单元”这一前提，学生难以接受。本文从结构化学中结构基元和点阵的角度进行阐述。

在晶体中寻找1个或相邻的多个微粒，作为一个整体，保证这些个“整体”同时满足下面4个条件：

(1)化学组成相同(“整体”中的微粒种类、数目相同)

(2)空间结构相同(“整体”中的微粒的空间排布相同)

(3)排列取向相同(“整体”几何构型的空间取向相同)

(4)周围环境相同(“整体”周围的环境的结构相同)

同时满足上面4个条件的最小重复“整体”，叫做结构基元(注意不是晶胞的概念)。然后，将每个结构基元抽象成一个点来代表，叫做点阵点，于是，整个晶体就被抽象成一组点，称为点阵。下面，用几个简单的例子来说明结构基元、点阵点和点阵点概念。

1、一维结构

下面的结构中，每个原子都作为结构基元

下面的结构中，原子尽管在化学组成上相同，但其中一个的右侧有近邻原子，而另一个却是同样距离的左侧有近邻原子，所以两个原子周围的环境不同，不能单独作为结构基元，而如果把两个原子合起来，就满足构成结构基元的4个条件了，再把这2个原子构成的结构基元抽成一个点，就得到点阵点，无数个点阵点就构成了点阵

下面的结构中，相邻两个原子在化学组成上不同，当然不能单独作为结构基元，但如果合起来，就构成了结构基元，再把这2个原子构成的结构基元抽成一个点，就得到点阵点，无数个点阵点就构成了点阵

再看下面的“准一维”结构，观察依次键连的3个Se原子，尽管他们都有2个键，但键的取向都不同，即这3个Se原子的周围环境不同，不可单独把某一个Se原子作为一个结构基元，而只能将这3个Se原子作为一个整体，看做结构基元，再把这3个原子构成的结构基元抽成一个点，就得到点阵点，无数个点阵点就构成了点阵

对于伸展的聚乙烯情况也是如此，虽然化学组成的最基本单元是−CH2−，但相邻的2个−CH2−的化学键取向不同，所以结构基元不是−CH2−，但如果把这2个−CH2−作为一个整体，就可以看做结构基元，再把这3个原子构成的结构基元抽成一个点，就得到点阵点，无数个点阵点就构成了点阵

到这里，相信您已经知道聚乙烯的链节为什么不是−CH₂−而是−CH₂CH₂−。

2、二维结构

以单层石墨为例，如下图（a），我们能够将每个C原子都作为结构基元，抽象成点阵点吗？假设可以，则这种点阵中点阵点的分布方式如下图（b）

但是这种划分结构基元进而得到的点阵，符合点阵的定义吗？下面，我们基于点阵的定义，进行辨析。

不难理解，根据结构基元需要满足的4个条件，可以给出点阵概念的数学表述：按连接其中任意两个点阵点的矢量，将所有点阵点平移而能复原的一组无限多个点。基于这一数学定义，我们来考察上文对单层石墨抽象出的点阵是否正确。下图是上文得出的单层石墨的点阵，观察如图的矢量平移情况：

将上图所示的两个点按照如图所示的矢量平移，发现一个点到达的位置有点（可以复原），另一个点到达的位置没有点（不可复原），这不符合点阵点数学定义，也就是说，这种截取结构基元的方法是错误的，得到的点阵当然也就是错误的。

产生这个错误的原因在于：直接键连的2个C原子（如下图中C_I和C_II）所处的环境不同，C_I左侧没有化学键，而右侧有，C_II的右侧没有化学键，而左侧有，两个C原子的化学环境不同，不可单独作为结构基元，把这2个C原子作为一个整体，就可以构成结构基元，如下图：

把结构基元抽象为一个点阵点，就得到下面单层石墨的点阵：

读者可以任意连接两个点，作为一个矢量，看看是不是符合点阵的数学定义。

3、三维结构

以金刚石为例，其晶胞如图（a）。金刚石的化学组成仅仅是C原子，那么，每一个C原子都能作为一个结构基元从而构成点阵吗？假设可以，则这个点阵如下图（b）

按照图（c）的矢量进行平移，发现平移后无法复原（“？”的位置不再有点阵点），可见，金刚石的这种点阵是错误的，反推出把每个C原子作为结构基元的做法是错误的。正确的做法是：取一对键连的C原子作为结构基元，如上图（a）中虚线部分，抽象成点阵点，得到图（d），请读者任意连接2个点阵点作为矢量，进行平移，都可以与另外的相同的矢量重合，说明这种取法是正确的，也就是说金刚石的点阵是面心立方。

参考文献：李炳瑞，结构化学（第二版）（M），高等教育出版社