人类目前已发现的元素仅百余种，但这些元素所形成的物质却有数千万种。物质的多样性与物质的微观结构密切相关，本单元我们将以同素异形现象、同分异构现象、不同类型的晶体为例，使大家认识到物质的多样性与微观结构的关系。

　【重点难点】
　　
　　重点：
　　1、以同素异形现象、同分异构现象、不同类型的晶体为例，认识物质的多样性与微观结构有关。
　　2、认识物质的结构决定物质的性质，性质的特点体现了结构的特点。
　　3、以碳、氧的同素异形体为例，认识同素异形现象；以C₄H₁₀和C₂H₆O为例。认识同分异构现象；认识三种晶体的基本特点。
　　
　　难点：
　　认识不同类型晶体的区别及各自的性质特点。

【知识讲解】
　　
　　一、同素异形现象
　　同一种元素能够形成几种不同的单质，这种现象称为同素异形现象。这些单质互称为该元素的同素异形体(allotrope)。同一种元素的各种同素异形体虽然性质差异较大，但在一定条件下，它们之间可以相互转化。

　　1、碳元素的同素异形现象
　　碳的同素异形体有金刚石、石墨和富勒烯。
金刚石和石墨晶体中碳原子的成键方式和排列方式不同。金刚石具有正四面体空间网状立体结构，碳原子之间形成共价键。当切割或熔化时，需要克服碳原子之间的共价键。金刚石是自然界已知物质中硬度最大的材料，它的熔点高。石墨晶体呈层状结构，每一层内的碳原子通过三个共价键与其他碳原子结合，排列成平面六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，层间碳原子间存在分子间作用力。
　　C₆₀和碳纳米管也是碳元素的同素异形体，C₆₀是由60个碳原子形成的封闭笼状分子，形似足球，人们又称它为“足球烯”。碳纳米管可分单层及多层，它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米。由于微观结构的不同，C₆₀和碳纳米管也同样具有不同的性质。

   虽然碳元素的各同素异形体都是由碳元素组成的单质，但由于碳元素原子间的结合方式、作用力和空间排列方式的不同，使得它们的性质有很大的差别。

　　2、其它常见的同素异形现象
　　在常见的元素中，氧、硫、磷等也存在着同素异形现象。
　　⑴氧气和臭氧
　　氧气在放电或紫外线照射下能转化为臭氧(O₃)。例如，打雷放电时，有少量臭氧生成。臭氧是氧气的同素异形体。
在常温下，白磷(P₄)是白色的蜡状固体，有剧毒。它难溶于水，易溶于二硫化碳。白磷在空气中能自燃，应保存在冷水中。白磷呈正四面体结构，性质较活泼。 白磷可制燃烧弹和烟雾弹。
　　红磷是一种暗红色粉末，它难溶于水和二硫化碳，没有毒性。红磷的结构可能为P₄正四面体的一个P－P键断裂后形成的长链状。红磷的化学性质比白磷稳定得多。 红磷用于火柴生产，火柴盒侧面所涂的物质就是红磷与三硫化二锑等的化合物。
　　白磷和红磷可以相互转化， 将白磷隔绝空气加热到在533K，就会转化为红磷，红磷加热到689K时升华，它的蒸气冷却后凝华为白磷。
　　白磷、红磷完全燃烧都生成五氧化二磷。
　　⑶硫元素的同素异形现象
　　硫元素的同素异形体，最常见的是晶状的斜方硫和单斜硫。

　　二、同分异构现象
　　许多有机化合物分子组成相同，但性质却有差异。研究发现，这些分子式相同的有机化合物，有不同的分子结构。化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象(isomerism)。分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体(isomer)。同分异构现象的广泛存在，是有机化合物种类繁多的原因之一。

　　1、正丁烷和异丁烷
　　正丁烷和异丁烷的分子式是相同的，但二者的性质却有差异，例如：沸点不同。这种性质差异的原因是什么
呢？
　　通过比较正丁烷和异丁烷的结构式和球棍模型，可以看出，二者的分子结构是不同的，正丁烷和异丁烷性质的差异是由于它们的分子结构的不同所造成的。组成相同的分子由于原子间的成键方式、排列顺序不同可以形成不同的物质。
　2、乙醇和二甲醚
　　乙醇和二甲醚的分子式是相同的，均为C₂H₆O。但二者是两种不同的物质，性质差异很大，引起它们性质差异的原因是分子结构的不同。

  　四、不同类型的晶体
　　在日常生活中，我们接触和使用到许多固态物质，自然界的固态物质有晶态和非晶态之分，晶体具有规则的几何外形，在晶体内部，构成晶体的粒子(如分子、原子、离子等)是有规则重复排列的，晶体规则的几何外形是其内部构成微粒有规则排列的结果。很多物质虽然都以晶体形式存在，但它们的晶体类型和性质却并不相同。根据构成晶体的粒子种类及粒子之间的相互作用不同，可将晶体分为若干类型，如：离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体等。
1、离子晶体
　　离子晶体是阴、阳离子通过离子键按—定的规律在空间排列而形成的．离子化合物在常温下一般以离子晶体形式存在，如：NaCl、CsCl、KNO₃、(NH₄)₂SO₄等在常温下都是离子晶体。
　　在离子晶体中，阴、阳离子是按一定规律在空间排列的。在NaCl的晶体中，每个Na^＋同时吸引着6个Cl^－ ，每个Cl^－也同时吸引着6个Na^＋，Na^＋和Cl^－以离子键相结合

在NaCl晶体中不存在着单个的NaCl分子，在该晶体中，阴、阳离子的个数比是1∶1，所以，NaCl是用来表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。
　　在离子晶体中，离子间存在着较强的离子键，使得离子晶体的硬度较大、难于压缩；而且，要使离子晶体由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键，因此，一般地，离子晶体具有较高的熔点和沸点，如：NaCl的熔点为801℃，沸点为1413℃。
　　当离子晶体受热熔化时，由于温度升高，离子的运动加快，克服了阴、阳离子间的引力，产生了能够自由移动的阴、阳离子，所以，离子晶体在熔融时可以导电。

　　2、分子晶体
　　分子晶体是分子通过分子间作用力按一定的规律在空间排列而形成的晶体。干冰、冰是常见的分子晶体。
在NaCl晶体中不存在着单个的NaCl分子，在该晶体中，阴、阳离子的个数比是1∶1，所以，NaCl是用来表示离子晶体中离子个数比的化学式，而不是表示分子组成的分子式。
　　在离子晶体中，离子间存在着较强的离子键，使得离子晶体的硬度较大、难于压缩；而且，要使离子晶体由固态变成液态或气态，需要较多的能量破坏这些较强的离子键，因此，一般地，离子晶体具有较高的熔点和沸点，如：NaCl的熔点为801℃，沸点为1413℃。
　　当离子晶体受热熔化时，由于温度升高，离子的运动加快，克服了阴、阳离子间的引力，产生了能够自由移动的阴、阳离子，所以，离子晶体在熔融时可以导电。

　由于分子间作用力的作用较弱，容易克服，因此，分子晶体具有较低的熔点和沸点，较小的硬度．由于分子不是带电的粒子，所以，分子晶体熔化成液体时不能导电。

　　3、原子晶体
　　原子晶体是原子通过共价键按一定的规律在空间排列而形成的晶体。
　　分析比较：
　　观察石英晶体中氧原子和硅原子的成键方式与排列方式，并与干冰晶体中二氧化碳分子的排列方式进行比较。

在石英晶体中，1个Si原子和4个O原子形成4个共价键，每个Si原子周围结合4个O原子；同时，每个O原子跟2个 Si原子相结合。实际上，SiO₂晶体是由Si原子和O原子按1∶2的比例所组成的立体网状的晶体(如上图)。
　　干冰晶体中，二氧化碳分子间是以分子间作用力相互结合在一起的。
　　原子晶体是由原子通过共价键结合在一起形成的，原子晶体中不存在分子，只存在原子，例如：金刚石中只含有碳原子。石英晶体中含有硅原子和氧原子。
　　原子晶体中，原子间用较强的共价键相结合，要使晶体熔化和气化就要克服共价键的作用，需要很多的能量．因此，原子晶体一般都具有很高的熔点和沸点，并且难溶于水。如：金刚石的熔点高于3550℃，沸点为4827℃。

　　4、金属晶体
　　金属（除汞外）在常温下一般都是晶体。由于金属原子的外层电子比较少，金属原子容易失去外层电子变成金属离子。金属原子释出电子后形成的金属离子按一定规律堆积，释出的电子在整个晶体里自由运动，称为自由电子。金属离子与自由电子之间存在着较强的作用，使许多金属离子结合在一起。通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的晶体，叫做金属晶体。金属晶体有许多共同的物理性质，例如：容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等等。

　　5、晶体类型和物质的物理性质
　　常见的晶体可分离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体等四类。