浅议共价键在晶体中扮演的角色

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  在《物质结构与性质》的学习中,我们会学习到分子晶体、原子晶体,它们一般都是非金属单质或者由非金属元素形成的共价化合物,并且都存在共价键(稀有气体除外)。但共价键在分子晶体和原子晶体中扮演了不同的角色,要想搞清楚这一点,就要搞清楚晶体之间的作用力是范德华力还是共价键,晶体微粒是分子还是原子,即确定好是分子晶体还是原子晶体。
  一般可以从物质的分类加以判断:分子晶体有部分非金属单质(如H2、Cl2等)、所有非金属氢化物(如NH3、H2O、HCl等)、部分非金屬氧化物(如CO2、SO2、SO3等)、几乎所有的酸(如H2SO4 、HNO3等)、大部分有机化合物(如烃、醇、醛等)。高中化学要求掌握的原子晶体种类较少,主要有金刚石、晶体硅、晶体硼、金刚砂、SiO2晶体等。分子晶体内分子之间依靠范德华力或者氢键形成晶体,所以分子晶体的物理性质(如熔、沸点)和范德华力或者氢键有关,和分子内的共价键无关,分子内的共价键决定了分子的热稳定性。而在原子晶体中原子之间依靠共价键形成晶体,所以原子晶体内的共价键决定了原子晶体的熔、沸点,通常共价键越强,原子晶体的熔、沸点越高。可见,共价键在不同晶体中扮演了不同的角色,下面举例说明。
  例题 下列物质性质的变化规律不正确的是()。
  A.H2O、H2S、H2Se、HZTe的热稳定性依次减弱
  B.CF4 、CCl4 、CBr4 、CI4的熔、沸点逐渐升高
  C.金刚石、晶体硅、金刚砂的熔、沸点逐渐降低
  D.熔点:K  分析:H2O、H2S、H2Se、H2Te这些非金属氢化物的热稳定性强弱取决于分子内共价键的强弱,O、S、Se、Te的原子半径依次增大,共价键的键长依次增长,键能依次减小,所以H2O、H2S、H2Se、HZTe的热稳定性依次减弱,A项正确。CF4、CCl4、CBr4、CI4这些共价化合物都属于分子晶体,熔、沸点的高低取决于范德华力的大小,对于结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高、B项正确。金刚石、晶体硅、金刚砂都属于原子晶体,原子晶体熔、沸点的高低取决于共价键的强弱,金刚石中C—C键的键长<金刚砂中Si-C键的键长<晶体硅中Si-Si键的键长,所以金刚石、金刚砂、晶体硅的键能依次减小,熔、沸点依次降低、C项错误。K、Na、Mg、Al都属于金属晶体,金属晶体的熔、沸点高低取决于金属键的强弱,一般来说,金属阳离子的半径越小,离子所带的电荷越多,金属阳离子和自由电子之间的作用力就越强,金属键就越强,晶体的熔、沸点就越高,D项正确。答案为C。
  总结:同学们一定要掌握同类晶体熔、沸点的比较思路。先判断晶体类型→确定影响熔、沸点的原因→对影响因素进行比较分析。如原子晶体→影响熔、沸点的是共价键键能→影响键能的是键长→影响键长的是原子半径,规律是原子半径越小,键长越短,键能越大,共价键越牢固,原子晶体的熔、沸点越高。又如分子晶体(结构相似)→影响熔、沸点的是范德华力→影响范德华力的是相对分子质量,规律是结构相似的分子晶体,相对分子质量越大,范德华力越大,熔、沸点越高。总之,共价键在原子晶体和分子晶体中都会存在,但是共价键在不同晶体中扮演的角色不同,只有搞清楚晶体类型,才能明确共价键影响的是分子的热稳定性还是晶体的熔、沸点。
  作者单位:安徽省临泉第一中学
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