一、化学键和晶格类型

各种晶体，其内部质点间的键性相同时，常表现出一系列共同的物理性质特点；键性不同时，这些物理性质的特点也有明显的差异。通常，我们根据键性的异同，将晶体结构划分为不同的晶格类型，亦即在一种晶体结构中，如果其键力以某种键性占主导地位时，我们就把它归属为相应的某种晶格类型。对应于离子键、共价键、金属键和分子键4种基本键型，以及作为化学键中特殊型式的氢键，晶格类型共可分为5种。

组成离子晶格的质点，是丢失了价电子的阳离子和获得外层电子的阴离子，它们彼此间以静电作用力而相互维系。在离子晶格中，一个离子可以同时与若干异号离子相结合，而且无论在哪个方向都有可能相互吸引，所以离子键没有方向性和饱和性的限制。晶格中离子间的具体配置方式，符合鲍林法则（Pauling's rules）。

鲍林（L.Pauling）于1928年以简单的几何原理为基础对离子晶体进行了研究，总结出五条法则：

法则1围绕每个阳离子形成一个阴离子配位体，阴、阳离子的间距取决于它们的半径之和，阳离子的配位数取决于它们的半径之比。表10-1列出了阳离子半径 RK和阴离子半径RA的比值与相应的阳离子的配位数。表10-1中配位数稳定的界限，可以用几何方法算出。如以配位数为6的情况为例，阳离子周围的阴离子分布于八面体的六个角顶。通过四个阴离子中心的切面如图10-8。由图可以看出 2（2RA）2=（2RA+2RK）2，由此可得 RK/RA=0.414。也就是说当配位数为6时，RK/RA≥0.414，阳离子再小则结构不稳定，配位数将减少为4，结构才能稳定，如果RK/RA近于0.414，则4、6两种配位数都有可能。上述配位数的计算是纯几何的。在实际晶体结构中，情况要复杂得多。离子的极化导致离子的变形和离子间距的缩短，从而可使配位数降低。具有共价键的晶体，配位数和配位的形式取决于共价键的方向性和饱和性。就同一种元素的离子来说，在不同的外界条件（温度、压力、介质条件）下生成的晶体中也可能具有不同的配位数。

图10-8配位数为6时计算RK/RA的图解

法则2在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻接的阳离子到达一个阴离子的静电键之总强度等于阴离子的电荷。即：

式中S为某阴离子的电价，Si为第i种阳离子至阴离子的静电键强度（键强），其中定义 Si=，Wi为第i种阳离子的电价，Vi为第i种阳离子的配位数。例如：在硅酸盐中，Si4+与 O2-形成四面体配位，Si—O键强==1，如果两个[SiO4]四面体共角顶相连，则共角顶处的 O2-分别与两个 Si4+配位，所以O2-离子的电价必等于每个Si4+至 O2-的键强总和，即

表10-1阳离子的配位数与阳、阴离子半径 RK/RA的比值

所以，［SiO4］四面体共角顶相连是符合鲍林法则的，因此是稳定的。但是，在铝硅酸盐中，存在[AlO4]四面体，Al—O键强 SAl—O=，如果两个[AlO4]四面体共角顶相连，则每个Al3+至共角顶处的O2-的键强为：

所以［AlO4］共角顶相连是不稳定的（这一点我们在矿物学部分的第二十一章中将会更详细地阐述）。

法则3在配位结构中，两个阴离子多面体以共棱、特别是共面的方式存在时，结构的稳定性便降低。对于高电价、低配位数的阳离子来说，这个效应尤为明显。这一法则的实质在于：随相邻两配位多面体从共用一个角顶到共用一条棱再到共用一个平面，其中心阳离子之间距离逐渐变小（图10-9），库仑斥力迅速增大。这样就导致结构趋向不稳定。如两个配位四面体共角顶、共棱、共面相连时，其中心阳离子间的距离之比为：1∶0.58∶0.33；而配位八面体则为 1∶0.71∶0.58。所以在典型的实际离子晶格中，共棱相连的配位八面体少见，共面的配位四面体几乎未发现，足见这类结构是很不稳定的。

法则4在含有多种阳离子的晶体结构中，电价高、配位数低的阳离子倾向于相互不共用其配位多面体的几何要素。所谓配位多面体的几何要素是指配位多面体的角顶、棱、面等。这一法则实际上是第三法则的推论。它意味着在有多种阳离子的晶体结构中，高电价、低配位数的阳离子各配位多面体，趋向于尽量互不直接相连，中间由其他阳离子的配位多面体予以分隔，彼此间尽可能远离一些，至多相互间共用角顶。如：在镁橄榄石Mg2 [SiO4 ]中，存在着[MgO6 ]八面体和[SiO4 ]四面体，[SiO4 ]四面体彼此互不相连，距离较远，而与[MgO6 ]八面体共棱相联。在其他硅酸盐矿物中，[SiO4 ]四面体也只能共角顶。

图10-9配位多面体共角顶、共棱、共面连结的情况

法则5在晶体结构中，本质不同的结构组元的种数，倾向于小限度。所谓本质不同的结构组元的种类，是指晶体化学性质上差别很大的结构位置和配位位置。这条法则意味着如果阴离子在晶体结构中具有相似的晶体化学环境，且若按电价规则可允许在阴离子周围有若干种安排阳离子的方式，但按第五条法则，其中可以实现的只趋向于一种方式，且阳离子仅以这一种方式的配置关系贯穿于整个晶体结构中。例如：上述的镁橄榄石Mg2［SiO4］，其结构中O2-呈六方紧密堆积。在每个O2-周围既有四面体空隙也有八面体空隙。阳离子Mg2+、Si4+既可充填上述两种空隙之中的一种，也可同时充填两种空隙。但事实上，Si4+只充填于四面体空隙形成［SiO4］四面体，而Mg2+只充填八面体空隙形成［MgO6］八面体，它们之间只按特定的方式排列且贯穿于整个晶体。

鲍林法则虽然从简单的几何观点阐述晶体结构，但它在晶体化学及晶体结构研究历史过程中起了重要的作用，并且经历漫长的历史年代，它至今仍具有对离子化合物晶体结构剖析的指导作用。

由于离子键中电子皆属于一定的离子，质点间电子密度小，对光的吸收少，因此，其晶体透明、半透明，不导电，但熔化后导电。由于离子键的作用力比较强，所以晶体硬度较大。

组成原子晶格的质点，是彼此间以共价键相结合的原子。由于共价键具有方向性和饱和性，因而晶格中原子间的排列方式主要受键的取向所控制，因而一般不能形成紧密堆积结构。

共价键是相当强的，所以原子晶格的晶体硬度高、熔点高、不导电、透明至半透明，玻璃—金刚光泽。

组成金属晶格的质点是丢失了价电子的金属阳离子，它们彼此间借助于在整个晶格内运动着的“自由电子”而相互维系，形成金属单质或金属化合物。在金属晶格中，由于每个原子的结合力都是呈球形对称分布的，没有方向性和饱和性，而且各个原子又具有相同或近于相同的半径，因而它们通常形成等大球紧密堆积。

由于金属键具自由电子，金属晶体为良导体，不透明，高反射率，金属光泽，具高密度和正属性，硬度一般较低。

在分子晶格中存在着真实的分子。分子之间由范德华力相维系，它们相互间的空间配置方式则主要取决于分子本身的几何特征。至于分子内部的原子之间，一般均以共价键相结合。分子的形状虽然不一定是球形的，但它们也能趋于紧密堆积结构。

分子键的作用力是很弱的，所以分子晶格的晶体一般熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率小，硬度低，透明，不导电。但某些性质也与分子内的键性有关。

氢键是一种由氢原子参与成键的特殊键型，其性质介于共价键与分子键之间。氢键具有方向性和饱和性；其键强虽比分子键强，但仍与一般分子键属于同一数量级。氢键型晶格主要存在于一系列有机化合物晶体中。在矿物中只有冰和草酸铵石等个别晶体结构属于氢键型晶格；但含有氢键的矿物晶格却比较普遍，在一些氢氧化物、含水化合物、层状结构硅酸盐等矿物，例如硬水铝石、针铁矿、高岭石等晶格中，均有氢键存在。

氢键的作用力虽不强，但对物质的性质产生明显的影响，分子间形成氢键会使物质的熔点、沸点增高；分子内形成氢键则会使物质的熔点、沸点降低。但一般来说氢键晶格的晶体具有配位数低、熔点低、密度小的特征。

必须说明，在有些晶体结构中，只存在单纯的一种键力，例如金的晶体结构中只存在金属键，金刚石中只有共价键，等等。但是，有许多晶体结构，其键力为某种过渡型键（transition bond）。从键的性质来说，它们具有过渡性。例如金红石（TiO2）中Ti—O间的键，就是一种以离子键为主而向共价键过渡的过渡型键性，它既包含有离子键的成分，又包含有少部分共价键的成分，但这两种键性融合在一起，不能相互分开，因而从键力本身来说，它仍然只是单一的一种过渡型键。所有以上这些晶体结构，都属于单键型晶格（homode**ic lattice）。它们的晶格类型的归属，即以占主导地位的键性为准。例如金红石，便归属于离子晶格。此外，还有许多晶体结构，例如方解石Ca［CO3］的结构，在C—O之间存在着以共价键为主的键性，而Ca—O之间则存在着以离子键为主的键性，这两种键性在晶体结构中是明确地彼此分开的。像这类晶体结构，则属于多键型晶格（heterode**ic lattice）。它们的晶格类型的归属，以晶体的主要性质系取决于哪一种键性作为依据。例如方解石，它所表现的一系列物理性质主要是由Ca—O之间的离子键力所决定的，因而方解石即归属于离子晶格。至于分子晶格，显然全都是多键型晶格。

二、基本数据类型有哪些

基本数据类型有四类八种，分别为：

1.整型：byte，short，int，long。

数据类型在数据结构中的定义是一组性质相同的值的**以及定义在这个值**上的一组*作的总称。变量是用来存储值的所在处，它们有名字和数据类型。变量的数据类型决定了如何将代表这些值的位存储到计算机的内存中。在声明变量时也可指定它的数据类型。所有变量都具有数据类型，以决定能够存储哪种数据。

数据类型包括原始类型、多元组、记录单元、代数数据类型、抽象数据类型、参考类型以及函数类型。

数据类型的出现是为了把数据分成所需内存大小不同的数据，编程的时候需要用大数据的时候才需要申请大内存，就可以充分利用内存。例如大胖子必须睡双人床，就给他双人床，瘦的人单人床就够了。

根据缺省规定，如果在声明中没有说明数据类型，则令变量的数据类型为Variant。Variant数据类型很像一条变色龙—它可在不同场合代表不同数据类型。当指定变量为Variant变量时，不必在数据类型之间进行转换，VisualBasic会自动完成各种必要的转换。

但是，如果知道变量确实总是存储特定类型的数据，并且还声明了这种特定类型的变量，则VisualBasic会以更高的效率处理这个数据。例如，存储人名的变量好表示成String数据类型，因为名字总是由字符组成。

除变量外，数据类型也用于其它场合。在给属性赋值时，这个值就有数据类型；函数的参数也有数据类型。事实上，在VisualBasic中，凡是与数据有关的东西就与数据类型有关。

三、化学四种基本反应类型

仅有机化学的反应就不只四种。主要包括：取代反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、聚合反应、水解反应、酯化反应等，考查的方式有：对陌生的有机反应类型的判断；根据各类有机反应的机理书写有机化学反应方程式。常见的有机化学反应类型如下：

有机物分子里某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应。

1、卤代反应：如甲烷、苯的卤代反应。

2、硝化反应：如苯、甲苯硝化反应。

3、水解反应：卤代烃的水解、酯的水解、油脂的水解（包括皂化反应）、二糖和多糖的水解、蛋白质的水解。

4、酯化反应：酸和醇作用生成酯和水的反应。

注意点：①取代与置换不同，置换中一定有单质参加反应，并生成一种新的单质，而取代则不一定有单质参加反应或生成。②被取代的一定是有机物分子中的原子或原子团，而用来取代的原子或原子团可以是有机物分子中的原子或原子团，也可以是无机物分子中的原子或原子团。

有机物分子中不饱和碳原子跟其它原子和原子团结合生成新物质的反应。通常不饱和碳原子主要指C＝C、C＝O（一般不含羧酸或酯中的C＝O）、碳碳叁键以及具有一定不饱和性的苯环。

1、在催化剂的作用下，烯烃、炔烃、苯和苯的同系物、醛、酮及油脂及氢气发生的加成反应。

2、常温下含有不饱和碳原子的有机物与卤素单质、卤代氢的加成反应：如烯、炔、油脂等有机物。如乙烯→氯乙烷。

3、与水的加成反应：烯、炔等含有不饱和碳原子有机物在催化剂作用下，可以跟水发生加成反应。如乙烯水化生成乙醇。

注意点：①发生加成反应的主体都是含有不饱和键的有机物，加成的物质往往是非金属单质（H2、Cl2等）或小分子化合物（H2O、HX等）。②不饱和键是发生加成反应的前提条件下，不饱和键含碳碳之间的双键、三键，还有碳氧之间的双键、碳氮之间的三键。

有机物在适当的条件下，从一个分子内脱去小分子（如水、HX等），生成不饱和（双键或叁键）化合物的反应。

1、醇的消去：如实验室用乙醇制取乙烯。

2、卤代烃的消去反应：如溴乙烷在氢氧化钠的醇溶液中加热发生消去可得到乙烯。

注意点：①卤代烃发生消去反应的条件是与强碱的醇溶液共热，（若与强碱的水溶液共热发生水解反应）②卤代烃发生消去反应结构条件是连接卤原子的碳原子还有一个相邻的带有氢原子的碳原子，否则不能发生消去反应。③醇的消去是在浓硫酸、加热条件下，如乙醇制乙烯，温度控制在170°C、浓硫酸做催化剂。④醇的消去也是要具备结构上的一个条件即连接羟基的碳原子还有一个相邻的带有氢原子的碳原子，否则不能发生消去反应。

由相对分子质量小的化合物分子相互结合成相对分子质量大的高分子的反应叫聚合反应。聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。聚合反应中的小分子叫单体，反应后生成的高分子称聚合体。

1、加聚反应：是指不饱和的单体加成聚合成高分子化合物的反应。发生加聚反应的单体可以是一种，也可以是多种，单体可以含一个C＝C双键，也可含两个C＝C双键。

如：单烯烃的加聚、炔烃的加聚、二烯烃的加聚等。

2、缩聚反应：单体间通过缩合反应生成高分子化合物，同时生成小分子（如H2O、HX、NH3等）的反应。

如：酚醛缩聚、醇酸缩聚（如乙二酸和乙二醇）、羟酸缩聚（如乳酸）、氨基酸缩聚等。

注意点：加聚反应是单体通过加成不饱和键断开，相互连接生成高聚物，但没有小分子，而缩聚反应是有机物中活性基团通过缩合除生成高聚物外，还生成小分子。

五、有机反应中的氧化还原反应：

有机反应中的氧化还原反应是从得失氧氢的角度判断是否发生氧化或还原。

1、氧化反应：通常把有机物分子中加入氧原子或失去氢原子的反应叫做氧化反应。

（1）有机物的燃烧都是氧化反应。

（2）不饱和烃、苯的同系物、醇类、醛类等被酸性高锰酸钾或其它氧化剂氧化。

（4）醛的加氧氧化：醛基C—H键断裂后加入氧，醛基被氧化成羧基。甲酸、甲酸酯、葡萄糖等分子中含有醛基，所以也可以发生加氧氧化。醛类及含醛基的化合物除在一定条件下发生催化氧化外，还能被银氨溶液、新制Cu(OH)2，这些弱氧化剂氧化。

（5）苯酚常温下在空气中放置可被氧化生成粉红色物质。

2、还原反应：指有机物分子中加入氢原子或失去氧原子的反应。烯、炔、苯和苯的同系物、酚、醛、酮、不饱和油脂等可催化加氢。