本章導讀
第一節認識晶體
具有鮮豔深藍色的透明鑽石，是稀世珍品，大粒者世界上僅有幾顆，名鑽「希望」，就是其中之一。
現存於世的鑽石「希望」，重45.52克拉，具有權其罕見的深藍色。據說，它不僅藍得美麗，而且似乎發射出一股兇惡的光芒，這可能是因為在它那像迷霧一樣的歷史中，充滿了奇特和悲慘的經歷，它總是給它的主人帶來難以抗拒的噩運之故。
而現在這顆歷盡坎坷，蒙受了無數不白之冤的美麗藍鑽「希望」，得到了它適宜的歸宿。溫斯頓將它作為禮物捐獻給了國家，它現在藏於美國華盛頓的史密森研究所。從此，它再也不是炫耀豪華和財富，或增加個人嬌美的裝飾品了，而是成了科學研究的標本。
隨著人們生活水平的不斷提高，寶石也逐漸走進了尋常百姓家。由於寶石**昂貴，一些不法商販常常以假充真、以次充好欺騙消費者。而一旦購入了假寶石，則會給消費者帶來很大的經濟損失。
要想鑑別真假寶石，我們必需了解寶石的結構，寶石就是我們常見的晶體之一，那麼究竟什麼樣的物質才能稱為晶體？晶體具有什麼樣的結構和性質？
一、晶體的特性
1.晶體與非晶體：
（1）晶體定義：內部粒子（原子、離子或分子）在空間按一定規律做週期性重複排列構成的固體物質。如：食鹽、乾冰、金剛石等。
（2）非晶體定義：內部原子或分子的排列呈現雜亂無章的分布狀態的固體物質。如：橡膠、松香、玻璃等。
例1：下列物質屬於晶體的是( )
a.橡膠 b.玻璃c.食鹽d.水晶
解析：固體有晶體和非晶體之分，晶體是內部微粒（原子、離子和分子）在空間按一定規律做週期性重複排列構成的固體物質，食鹽、冰、金屬、寶石、水晶、大部分的礦石等都是晶體；非晶體的內部原子或分子的排列呈現雜亂無章的分布狀態，如玻璃、橡膠等都是非晶體。
答案：cd
2.晶體的特性
（1）具有規則的幾何外形
在適宜的條件下，晶體能夠自發的呈現封閉的規則的多面體外形，這稱為晶體的自範性。非晶態物質沒有這個特性。
①有規則的幾何外形是指物質在凝固或從溶液中結晶的自然生長過程中，能自發地形成規則的多面體外形，而不是指加工成某種特定的幾何形狀。
②所謂自範性即「自發」進行，但這裡得注意，「自發」過程的實現仍需一定的條件。例如：水能自發地從高處流向低處，但不開啟攔截水流的閘門，水庫裡的水不能下瀉。
其中最重要的條件是晶體的生長速率適當。例如同樣是熔融態的二氧化矽，快速的冷卻得到瑪瑙，而緩慢冷卻得到水晶過程。
（2）各向異性
晶體在不同的方向上表現出不同的物理性質即各項異性。如：例如：
藍晶石（al2o3·sio2）在不同方向上的硬度不同；石墨在與層垂直的方向上的導電率與層平行的方向上的導電率1∕104。
（3）晶體具有特定的對稱性
例2：下列敘述中，正確的是（ ）
a.具有規則幾何外形的固體一定是晶體。
b.晶體與非晶體的根本區別在於是否具有規則的幾何外形。
c.具有各向異性的固體一定是晶體。
d.晶體、非晶體具有固定的熔點
解析：晶體與非晶體的根本區別在於其內部微粒在空間是否按一定規律做到週期性重複排列。晶體所具有的規則幾何外形、各向異性和特定的對稱性是其內部微粒規律性排列的外部反映，因此b錯。
有些人工加工而成的固體也具有規則幾何外形和高度對稱性，但具有各向異性的固體一定是晶體，所以a錯，c正確。晶體具有固定的熔點而非晶體不具有固定的熔點。
答案：c
3.晶體的分類
根據晶體內部微粒的種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。
對於常見的晶體，例如：氯化鈉是na+與cl-通過離子鍵形成的晶體稱為離子晶體；金屬銅是以金屬鍵為基本作用所形成的晶體，稱為金屬晶體；金剛石是碳原子間完全通過共價鍵形成的晶體稱為原子晶體；冰是水分子間通過分子間相互作用形成的晶體稱為分子晶體。
例3.將晶體劃分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體的本質標準是（ ）
a．基本構成微粒種類b． 晶體中最小重複結構單元的種類
c．微觀粒子的密堆積種類 d．晶體內部微粒的種類及微粒間相互作用的種類
解析：根據晶體內部微粒的種類和微粒間的相互作用的不同，可將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。
二、晶體結構的堆積模型
**與交流：
x射線衍射實驗測定的結果表明，組成晶體的微粒在空間為什麼大都服從緊密堆積原理？
因為分別借助於沒有方向性的金屬鍵、離子鍵和分子間相互作用形成的金屬晶體、離子晶體和分子晶體的結構中，都趨向於使原子或分子吸引盡可能多的原子或分子分布於周圍，並以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩定。
1.等徑圓球的密堆積
由於金屬鍵沒有方向性，每個金屬原子中的電子分布基本是球對稱的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。等徑圓球的密堆積方式有a3型最密堆積和a1最密堆積。
在密堆積中，乙個原子或離子周圍所鄰接的原子或離子的數目稱為配位數。
①等徑圓球在一列上進行緊密堆積的方式只有一種，即所有的圓球都在一條直線上排列。
②等徑圓球在乙個平面上進行最緊密堆積排列有一種，即只有當每個等徑圓球與周圍其它六個球相接觸時，才能做到最緊密堆積，這稱為密置層。每個等徑圓球與其它六個球相接觸。
③取ａ、ｂ兩個等徑圓球密置層，將ｂ層放在ａ層上面。要做最密堆積使空隙最小也只有一種唯一堆積方式，就是將兩個密置平行地錯開一點，使ｂ層的球的投影位置正落在ａ層中三個球所圍成的空隙的中心上，並使兩層緊密接觸，稱為密置雙層（見上圖）。
④在密置雙層的基礎上再堆積第三層時，一種堆積方式是第三層與第一層相同，第3層與第1層的圓球球心相對應，第3層相當於第1層，之後的第4、6、8……個密置層的圓球正好與第2層相對應，第5、7、9……個密置層都與第1層相對應，這樣形成了「…ababab…」堆積，稱為六方堆積，又稱為a3型緊密堆積。
另一種堆積方式是第三層小球的球心正好落在第一層球形成的另一類空隙的中心，這樣形成了「…abcabcabc…」堆積，稱為麵心立方堆積，又稱為a1型緊密堆積。
2.非等徑圓球的密堆積
由離子構成的晶體可視為不等徑圓球的密堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是大球採取等徑圓球密堆積，小球填入大球的空隙。
在分子晶體中，由於范德華力沒有方向性和飽和性，因此分子間盡可能採取密堆積方式，但分子的排列與分子形狀有關，例如乾冰中直線型的二氧化碳分子在空間是以a1型密堆積方式形成晶體的。
原子晶體中微粒間以共價鍵結合進行堆積時，由於共價鍵具有方向性和飽和性，就決定了原子周圍的其他原子的數目和堆積方向是一定的，所以原子晶體不符合密堆積原理。
例3：下列敘述，不正確的是（ ）
a.氯化鈉的晶體結構為非等徑圓球密堆積
b.晶體盡量採取緊密堆積方式，以使其變得比較穩定
c.因為共價鍵有飽和性和方向性，所以原子晶體不遵循「緊密堆積」原則
d.金屬銅和鎂均以abab方式堆積
解析：在nacl晶體中，半徑較大的cl－按a1型方式進行最密堆積，na+填在cl－所構成的空隙中，因此nacl晶體結構為非等徑圓球密堆積，a選項正確。密堆積原理適合於沒有方向性的金屬鍵、離子鍵和分子間作用力相互作用形成的金屬晶體、離子晶體和分子晶體，而不適合於具有方向性和飽和性的共價鍵所形成的原子晶體以及氫鍵所形成的分子晶體，採用密堆積的方式可以降低體系的能量，使晶體變得比較穩定，b和c兩選項都正確。
金屬銅採用「…abcabc…」方式堆積，金屬鎂採用「…abab…」方式堆積，所以d選項錯誤。
答案:d
三.晶體結構的基本單元
1.晶胞定義：晶胞是晶體中最小的結構重複單元。晶胞都是從晶體結構中擷取下來的大小、形狀完全相同的平行六面體。
第三章物質的簡單運動
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第三章《物質構成的奧秘》教學設計
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