原子晶體

相鄰原子間以共價鍵結合而形成的空間網狀結構的晶體。例如金剛石晶體，是以一個碳原子為中心，通過共價鍵連接4個碳原子，形成正四面體的空間結構，每個碳環有6個碳原子組成，所有的C－C鍵鍵長為1.55×10-10米，鍵角為109°28′，鍵能也都相等，金剛石是典型的原子晶體，熔點高達3550℃，是硬度最大的單質。原子晶體中，組成晶體的微粒是原子，原子間的相互作用是共價鍵，共價鍵結合牢固，原子晶體的熔、沸點高，硬度大，不溶於一般的溶劑，多數原子晶體為絕緣體，有些如硅、鍺等是優良的半導體材料。原子晶體中不存在分子，用化學式表示物質的組成，單質的化學式直接用元素符號表示，兩種以上元素組成的原子晶體，按各原子數目的最簡比寫化學式。常見的原子晶體是周期系第ⅣA族元素的一些單質和某些化合物，例如金剛石、硅晶體、SiO2、SiC等。（但碳元素的另一單質石墨不是原子晶體，石墨晶體是層狀結構，以一個碳原子為中心，通過共價鍵連接3個碳原子，形成網狀六邊形，屬過渡型晶體。）對不同的原子晶體，組成晶體的原子半徑越小，共價鍵的鍵長越短，即共價鍵越牢固，晶體的熔，沸點越高，例如金剛石、碳化硅、硅晶體的熔沸點依次降低。

原子晶體，在這類晶體中，不存在獨立的小分子，而只能把整個晶體看成一個大分子。由於原子之間相互結合的共價鍵非常強，要打斷這些鍵而使晶體熔化必須消耗大量能量，所以原子晶體一般具有較高的熔點，沸點和硬度，在通常情況下不導電，也是熱的不良導體。熔化時也不導電，但半導體硅等可有條件的導電。由中性原子構成的晶體。原子間以共價鍵相聯繫。由於結合較牢，所以原子晶體的硬度較大，熔點較高。例如金剛石是由碳原子構成的原子晶體。石墨是由碳原子構成的另一種原子晶體，每一層碳原子之間結合較牢，但層與層之間為分子間力，結合較弱，因此容易沿層間滑移。硅、硼等單質以及碳化硅、氮化硅等許多化合物晶體都是原子晶體。原子晶體不導電、不易溶於任何溶劑，化學性質十分穩定。例如金剛石，由於碳原子半徑較小，共價鍵的強度很大，要破壞4個共價鍵或扭歪鍵角都需要很大能量，所以金剛石的硬度最大，熔點達3570℃，是所有單質中最高的。又如立方BN的硬度近於金剛石。

原子晶體中，組成晶體的微粒是原子，原子間的相互作用是共價鍵，共價鍵結合牢固，原子晶體的熔、沸點高，硬度大，不溶於一般的溶劑，多數原子晶體為絕緣體，有些如硅、鍺等是優良的半導體材料。原子晶體中不存在分子，用化學式表示物質的組成，單質的化學式直接用元素符號表示，兩種以上元素組成的原子晶體，按各原子數目的最簡比寫化學式。常見的原子晶體是周期系第ⅣA族元素的一些單質和某些化合物，例如金剛石、硅晶體、SiO2、SiC等。（但碳元素的另一單質石墨不是原子晶體，石墨晶體是層狀結構，以一個碳原子為中心，通過共價鍵連接3個碳原子，形成網狀六邊形，屬過渡型晶體。）

規律：原子晶體熔沸點的高低與共價鍵的強弱有關。一般來說，半徑越小形成共價鍵的鍵長越短，鍵能就越大，晶體的熔沸點也就越高。例如：金剛石（C－C）>二氧化硅（Si－O）>碳化硅（Si－C）晶體硅（Si－Si）。

1.原子間形成共價鍵，原子軌道發生重疊。原子軌道重疊程度越大，共價鍵的鍵能越大，兩原子核的平均間距—鍵長越短。

2.一般說來：結構相似的分子，其共價鍵的鍵長越短，共價鍵的鍵能越大，分子越穩定。

3.一般情況下，成鍵電子數越多，鍵長越短，形成的共價鍵越牢固，鍵能越大。在成鍵電子數相同，鍵長相近時，鍵的極性越大，鍵能越大，形成時釋放的能量就越多，反之破壞它消耗的能量也就越多，付出的代價也就越大。

比較金剛石和石英的晶體和晶胞

在這類晶體中，不存在獨立的小分子，而只能把整個晶體看成一個大分子。由於原子之間相互結合的共價鍵非常強，要打斷這些鍵而使晶體熔化必須消耗大量能量，所以原子晶體一般具有較高的熔點，沸點和硬度，在通常情況下不導電，也是熱的不良導體，熔化時也不導電，但半導體硅等可有條件的導電。原子間不再以緊密的堆積為特徵，它們之間是通過具有方向性和飽和性的共價鍵相聯接，特別是通過成鍵能力很強的雜化軌道重疊成鍵，使它的鍵能接近400KJ·mol。原子晶體中配位數比離子晶體少。

原子晶體二氧化硅晶體

結構特徵：空間立體網狀結構（如金剛石、晶體硅、二氧化硅等）。

原子晶體的結構特點：

①由原子直接構成晶體，所有原子間只靠共價鍵連接成一個整體。

②由基本結構單元向空間伸展形成空間網狀結構。

③破壞共價鍵需要較高的能量。

在原子晶體的晶格結點上排列著中性原子，原子間以堅強的共價鍵相結合，如單質硅（Si）、金鋼石（C）、二氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）金剛砂、金剛石（C）和氮化硼BN（立方）等。以典型原子晶體二氧化硅晶體（SiO2方石英）為例，每一個硅原子位於正四面體的中心，氧原子位於正四面體的頂點，每一個氧原子和兩硅原子相連。如果這種連接向整個空間延伸，就形成了三維網狀結構的巨型“分子”。

“比較金剛石和石英的晶體和晶胞”為金剛石面心立方晶胞。金剛砂（SiC）的結構與金剛石相似，只是C骨架結構中有將與C相連的4個C原子換為Si，再以Si為中心形成頂角為C的正四面體，形成C－Si交替的空間骨架。石英（SiO2）結構中Si和O以共價鍵相結合，每一個Si原子周圍有4個O原子排列成以Si為中心的正四面體，許許多多的Si－O四面體通過O原子相互聯接而形成巨大分子。

二維原子晶體時代的四方結構材料

某些金屬單質：晶體鍺（Ge）等。

某些非金屬化合物：氮化硼（BN）晶體。

單質：金剛石、晶體硅、晶體硼等。

化合物：碳化硅、二氧化硅等。

原子晶體在工業上多被用作耐磨、耐熔或耐火材料。金剛石、金剛砂都是極重要的磨料；SiO2是應用極廣的耐火材料；石英和它的變體，如水晶、紫晶、燧石和瑪瑙等，是工業上的貴重材料；SiC、BN（立方）、Si3N4等是性能良好的高溫結構材料。

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