混合型晶体的结构及性质分析

当晶体内同时存在几种不同的作用力时，具有几种晶体的结构和性质，这类晶体就称为混合型晶体（mixed crystal），又称过渡型晶体（transitional crystal）。如石墨晶体就是一种典型的混合型晶体。图3－48所示为石墨的晶体结构。

石墨晶体具有层状结构，处于同一层中的C原子以sp2杂化轨道与同层相邻的三个C原子形成σ键，键角为120°，C原子在层内形成了一个巨大的六角形蜂巢状的层状结构。因同一层内晶体中的原子之间是由共价键相连接的，所以石墨晶体具有原子晶体的高熔点的性质。C原子sp2杂化后还剩下含有一个电子的2p轨道，这个p轨道的空间伸展方向与石墨的层状结构垂直，因此，同一层中C原子的2p轨道相互重叠，形成了一个巨大的π键（又称离域π键），这个π键组成了相当于金属能带中的导带（半充满），组成大π键的电子可以在整个C原子层自由运动。图3－49所示为石墨晶体的杂化轨道。因此，石墨晶体又具有金属晶体的特征，在晶体层平面方向上具有良好的导电、导热性。石墨晶体中，层与层之间是以分子间的范德华力相吸引的，因原子的范德华半径较大，所以层与层的间距要大于同一层内C原子的间距。因分子间作用力较弱，所以石墨的层与层之间容易滑动。但电子在层与层之间不能自由运动，在垂直于C原子层方向，石墨的导电、导热性均很差。石墨晶体在这个方向上的性质又类似于分子晶体。由此可见，石墨晶体兼有共价晶体、金属晶体和分子晶体的特征，因此称为混合型晶体。

(www.xing528.com)

图3－48　石墨的结构

图3－49　石墨晶体的杂化轨道