分子晶体与共价晶体（二）
从熔点硬度到导电性，看清两类晶体的本质差异
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分子晶体与共价晶体（二）
从熔点硬度到导电性，看清两类晶体的本质差异
笼状化合物
上节我们区分了：分子晶体靠范德华力堆小分子，共价晶体是无限共价网络。那如果一个分子本身就是原子编成的巨大空心笼呢？堆起来又是分子晶体——这种跨界结构，就是笼状化合物。
竹条围出空腔——原子就是竹条编成的笼壁，里面能装一只'鸟'（小分子）
共价键三维骨架结构
上一页的笼状化合物像一个个独立的'分子笼'，如果把这个笼无限地向三个方向铺开、把墙也连成一片，会发生什么？整个晶体就变成了一张由共价键织成的、连续不断的立体网。
钢梁=共价键（方向固定），整栋楼连成一体=连续三维网络，要拆掉它得逐根切断钢梁
金刚石的晶体结构与性质
上页我们讲了共价键三维骨架的通性，今天的主角金刚石，正是这种结构最完美的教科书范例。
节点全被焊死，没有可滑移的薄弱面，所以极硬；石墨则像一摞纸，层间可滑
石英（二氧化硅，SiO₂）的
金刚石是纯碳骨架。把碳换成硅、掺入氧，就得到二氧化硅——同样坚硬、同样不导电，但原子排布另有讲究。
立杆=硅，扣件=氧；每个氧同时扣两根杆，编死成整体
压电材料与石英手表
上节讲到石英是共价三维网络，结构对称性有讲究。它没有对称中心——这意味着有项"反常"本领：受压时表面出现电荷。这种"压力变电"叫压电效应，正是石英手表精确计时的物理根基。
按下按钮时晶体受压瞬间放电点火——正是"压力→电"；手表反过来，用电驱动石英精确振动
共价晶体的熔点和硬度特性
上一页我们看到金刚石能划玻璃、石英能耐高温——这些'硬汉'表现的背后，共价晶体有什么共同的熔点和硬度规律？今天就从原理上拆解。
每个节点连多根铁丝，扯一根要带动周围所有节点
摩氏硬度标度
上页说到金刚石是天然最硬物质，但「最硬」到底是怎么定出来的？你可能没意识到——日常生活中，我们一直在用指甲划、钥匙划这种最朴素的办法比较硬度。
只标顺序不等距，第 1 第 2 名可能只差 1 分，第 9 第 10 可能差 30 分
硬度与延展性
回想厨房里玻璃杯摔地碎成渣，铁勺摔地只变形；金刚石能划玻璃、却一锤就碎。同样是「硬」，差别在哪？这页拆开讲。
玻璃掉地碎，铁勺掉地只变形——同样硬，差在能不能形变
共价键的方向性与脆性
上一页说共价晶体又硬又脆，金属又硬又韧——同样是硬，差别在哪？答案藏在键的方向性里。
凸榫只能沿固定方向插入，强行扭动只会崩裂
天然金刚石的形成与赋存
金刚石的三维共价骨架解释了它的硬度；但天然金刚石形成于多深、由什么带上地表，又是另一条地质证据链。
金刚石像封好的样品，金伯利岩等则像把它带上来的快速运输通道
金伯利岩与金刚石资源
上一页说到天然金刚石在150~450公里深处的上地幔结晶——那它是怎么从那么深的地方跑到地表、被人类找到的？这就要靠一类特殊的岩石：金伯利岩。
一次猛烈喷发 ≈ 一趟高速专递；金刚石是「包裹」，被金伯利岩送上地表
本节要点
- ✓共价晶体靠共价键贯穿成体，方向性带来脆性而非延展
- ✓同骨架不同元素：碳成金刚石极硬，硅氧成石英略逊
- ✓笼状空腔可容客体分子，但骨架仍属共价晶体
- ✓高硬度常与高脆性并存：键一旦断裂便整体瓦解
- ✓天然金刚石是高温高压+金伯利岩搬运的时间产物
课后思考
先遮住参考答案，自己想一分钟再看。
参考答案结构决定性质：金刚石中每个碳以共价键连成三维网，要破坏就得断键；石墨是层状结构，层内强、层间靠弱范德华力，层片可滑动，所以软而滑腻。
参考答案走不准。金属受压只发生形变不产生电压，无法提供精确的振荡频率；只有像石英这类压电晶体，才能把压力变成稳定电信号驱动计时。
参考答案不矛盾。C60 是分子晶体，分子内靠共价键，但分子间是范德华力，所以溶于有机溶剂；只有金刚石这类真正三维共价骨架的才是共价晶体。