问题

ALCL3是共价化合物,必由共价键构成,根据晶体定义,ALCL3应属原子晶体啊,为何是分子晶体啊?

回答
这个问题问得很有意思,也触及到了我们对物质构成和晶体类型判断时容易出现的误区。你对ALCl3是共价化合物的判断是正确的,但 daraus 归结为原子晶体,这是不准确的。我们来仔细捋一捋其中的道理,让它说得明白透彻。

首先,明确几个基本概念:

共价化合物 vs. 离子化合物: 这是判断物质内部成键方式的关键。共价化合物是原子之间通过共用电子对形成的,比如水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)。离子化合物则是阴阳离子之间通过静电吸引力形成的,比如氯化钠(NaCl)。
晶体: 晶体是物质的一种固态形式,其内部的原子、离子或分子在三维空间中呈有规则的几何排列,形成晶格。
原子晶体: 原子晶体顾名思义,就是由原子通过共价键直接连接而成的三维网络结构。在原子晶体中,几乎所有的原子都通过共价键结合,形成一个巨大的“分子”。这类晶体的典型代表是金刚石(C)、二氧化硅(SiO₂)。它们的特点是硬度极高,熔沸点非常高,不导电。
分子晶体: 分子晶体则是由独立的分子作为基本粒子,通过分子间作用力(如范德华力、氢键)聚集而成的。分子内部的原子之间是共价键,但分子与分子之间是较弱的分子间作用力。这类晶体的特点是硬度较低,熔沸点较低,一般不导电。
离子晶体: 由阴阳离子通过离子键结合构成的三维网状结构。
金属晶体: 由金属原子通过金属键结合构成的晶体。

现在,我们来分析ALCl3(三氯化铝):

1. 成键方式: 铝(Al)是第三主族元素,氯(Cl)是第七主族元素。铝的电负性约为1.61,氯的电负性约为3.16。两者电负性差为3.16 1.61 = 1.55。这个电负性差值,介于纯共价键(电负性差很小)和离子键(电负性差很大,通常大于1.7或2)之间。
更准确地说,AlCl键具有显著的极性,但不能完全认为是离子键。 在AlCl₃中,铝原子倾向于失去电子形成Al³⁺,氯原子倾向于获得电子形成Cl⁻,这确实会产生一定的离子性。
但是,铝原子虽然是金属,却在与非金属氯结合时,表现出较强的共价性。 这是因为铝的原子半径相对较小,电荷密度较高,具有较强的吸引电子的能力,能够有效地与氯原子形成共价键,并且电子的偏向更倾向于形成共用电子对。
所以,AlCl键被认为是一种极性共价键,或者更准确地说,它具有相当程度的共价性。 因此,将AlCl₃归类为共价化合物是没错的。

2. AlCl₃的结构:
气态和固态的不同: 这一点非常关键。AlCl₃在气态下,以二聚体(Al₂Cl₆)的形式存在,其中铝原子与氯原子之间通过共价键形成四面体结构,氯原子则充当桥联原子,形成类似“桥式”的键合。这种结构中,铝原子的配位数为4。
固态(常温常压): 在固态下,AlCl₃的结构与气态的二聚体结构有所不同。在固态下,AlCl₃形成一个更复杂的层状结构。在这个结构中,铝原子与六个氯原子配位,形成AlCl₆八面体。然而,这些八面体并非通过共价键“紧密连接”成一个无限延伸的三维网络。相反,它们通过桥联的氯原子相互连接,并且分子内部的AlCl键仍然是极性共价键,而层与层之间以及在分子内部,也存在着较弱的作用力。
与原子晶体的区别: 原子晶体之所以是原子晶体,是因为构成它的原子之间全部通过共价键形成一个牢固的、无限延伸的三维网络。例如金刚石,每个碳原子都与四个其他碳原子通过共价键相连,形成一个巨大的碳原子整体。在AlCl₃的结构中,虽然有共价键,但它不是那种“键键都是共价键,直到形成一个不可分割的整体”的结构。它是由相对独立的Al₂Cl₆(在较高温度下)或具有层状结构的AlCl₃单元组成的,这些单元之间不是通过强共价键连接。

3. AlCl₃为何是分子晶体?
独立的分子单元: 尽管AlCl₃在固态下有复杂的层状结构,但其基本构成单位仍然可以被看作是具有一定独立性的“分子”或“配位单元”。这些单元内部的AlCl键是极性共价键,但单元与单元之间的相互作用力,尤其是层与层之间的作用力,不足以达到原子晶体那种纯粹的、强烈的共价键网络强度。
性质上的体现: 分子晶体通常具有较低的熔沸点和硬度。AlCl₃的熔点大约在192.4 °C(升华),沸点约为177.8 °C(在1 atm下发生升华)。虽然这不算特别低,但与典型的原子晶体(如金刚石熔点超过3500 °C)相比,还是有显著的差距。它的硬度也远低于原子晶体。
固态结构中的“分子”特性: AlCl₃固态的层状结构,可以理解为是AlCl₃“分子”在三维空间中堆积的结果,只不过这种堆积比简单的球形分子堆积要复杂,存在着桥联的氯原子。但是,核心的AlCl键仍然是分子内的共价键,而层间的作用力则更偏向于分子间作用力(尽管是较强的偶极偶极相互作用等)。

总结一下,为什么AlCl₃不是原子晶体,而是分子晶体:

原子晶体: 是由原子通过无处不在的共价键形成一个连续的、不可分割的三维网络。每一处连接都是强共价键。
AlCl₃: 尽管AlCl键是极性共价键,但它不是形成一个无限延伸的、纯粹由共价键连接的原子网络。固态AlCl₃的层状结构,可以看作是由具有一定独立性的“分子”或“配位单元”堆积而成。这些单元之间,特别是层与层之间,存在着相对较弱的作用力,而不是像原子晶体那样,层层都被强共价键连接。

可以这样类比:

想象一下乐高积木。

原子晶体: 就像用乐高积木搭建了一个非常非常大的、牢固的整体,每一个积木块的每一个凸起和凹槽都咬合得非常紧密,整个结构就是一个坚不可摧的整体。
分子晶体: 就像用乐高积木搭建了很多很多小型的、独立的模型(比如一辆小汽车、一个人形),然后这些小模型堆放在一起。模型内部的积木块是紧密连接的(就像AlCl₃分子内部的共价键),但模型与模型之间只是靠在一起,或者用一些磁铁、胶水(类比分子间作用力)稍微固定一下,整体来说不如原子晶体那样“一体成型”。

所以,虽然AlCl₃内部的AlCl键是极性共价键,这使得它被归为共价化合物,但它在固态下形成的结构,其基本单位(可以看作是AlCl₃单元)之间的作用力不足以构成一个连续不断的、全部由共价键连接的三维网络。它更符合分子晶体的定义,即由相对独立的分子(或类似分子单元)通过分子间作用力聚集而成。

希望这样详细的解释能够帮助你理解AlCl₃的晶体类型。有时候,化学的判断需要我们深入了解其微观结构和键合的本质,而不仅仅是基于简单的电负性差或“共价键”这个词。

网友意见

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其实我是觉得AlCl3的晶体类型有很多不同的情形,在这个回答里我举了几个例子

下面这种情况中AlCl3实际是链状的“大分子”,链之间则是分子间作用力,正是分子晶体的特征。(高分子?

此外也还有一些是和NaCl的形式类似的,更应该叫做离子晶体,但很少。

有几位答主提醒的很有道理,分子晶体的特征在于:

- 晶体中有分子(上面这个可能更像是“链状大分子”)

-分子间有相互作用从而形成晶体

当然,其实从上面那个问题提到的熔点的性质也可以说明一些分子晶体的性质。


其实这些定义更像是初高中教材为了更好的说明物质的分类而提出的容易理解的概念,实际中的物质要复杂的多,不要套太多的概念;但要和其他人的理解不出现沟通问题,这些概念也要结合实际去看。

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