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固体的结构与性质

固体的结构与性质. 第七章. 第七章 固体的结构与性质. 固态物质. 晶体　　　非晶体. 自然界中绝大多数固体是晶体. 第七章 固体的结构与性质. 晶体及其内部结构 离子晶体 原子晶体和分子晶体 金属晶体 混合型晶体 离子极化. 主要内容. 无机化学多媒体电子教案. 第七章 固体结构与性质. 第一节 晶体与非晶体. 7-1-1 晶体的特征. 有一定的几何外形. 食盐 石英 方解石. 非晶体 ( 无定形体 )—— 没有一定的几何外形 　　　　　　　　　 如玻璃、松香、石蜡.

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Presentation Transcript

  1. 固体的结构与性质 第七章

  2. 第七章 固体的结构与性质 固态物质 晶体　　　非晶体 自然界中绝大多数固体是晶体

  3. 第七章 固体的结构与性质 • 晶体及其内部结构 • 离子晶体 • 原子晶体和分子晶体 • 金属晶体 • 混合型晶体 • 离子极化 主要内容

  4. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第一节 晶体与非晶体

  5. 7-1-1 晶体的特征 有一定的几何外形 食盐 石英 方解石 非晶体(无定形体)——没有一定的几何外形 　　　　　　　　　 如玻璃、松香、石蜡 微晶体——如碳黑

  6. 7-1-1 晶体的特征 有固定的熔点 即晶体在熔化时温度保持不变，直至 全部熔化后，温度才开始上升。 如 冰的熔点 0℃ 非晶体无固定的熔点 在加热时，由开始软化到完全熔化, 整 个过程中温度不断变化。 如 松香 50~70℃软化,70℃以上全部熔化

  7. 7-1-1 晶体的特征 各向异性 晶体的某些性质，如光学性质、力学 性质、导热、导电性、机械强度、溶 解性等在不同方向不同。 如：云母 可按纹理面方向裂成薄片 非晶体各向同性

  8. 晶体、非晶体的性质 晶体、非晶体不同的内部结构 非晶体 晶体 内部微粒有规律、 有次序、周期性排列 内部微粒无次序、 不规律排列

  9. 石英晶体(晶体) 石英玻璃(非晶体)

  10. Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ 7-1-2 晶体的内部结构 晶格点阵 晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列。 晶格点阵——沿一定方向按某种规律把结点联接起来的几何图形。

  11. 7-1-2 晶体的内部结构 晶格点阵 ↙结点 晶格点阵——沿一定方向按某种规律把结点联接起来的几何图形 晶格点阵可描述晶体内部的结构

  12. 晶格 按晶格结点在空间的位置分布, 晶格有各种形状。 简单立方 体心立方 面心立方 简单四方 体心四方 简单六方 简单菱形 分为7个晶系 14种晶格类型 简单正交 底心正交 体心正交 面心正交 简单单斜 底心单斜 简单三斜

  13. 晶胞 晶胞——晶格中，能表现其结构一切特征 的最小部分 Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ 黑色球组成的为 该晶体的晶胞

  14. 7-1-3 晶体类型 由一个晶核各向均匀生长而成, 晶体内部的粒子基本上保持其特 有的排列规律。 如单晶冰糖、单晶硅、宝石、金刚石 单晶体　　　　　 晶体 由很多单晶微粒杂乱无规则的聚 结而成的。 各向异性的特征消失，使整体一 般不表现各向异性。 多数金属和合金都是多晶体。 多晶体

  15. 从晶格节点上粒子种类及粒子间结合力不同 离子晶体 原子晶体 晶体 分子晶体 金属晶体

  16. 氧化物玻璃　 金属玻璃　 非晶半导体　 高分子化合物 玻璃体物质 在一定条件下，晶体　　 非晶体 如 迅速冷却 石英晶体 石英玻璃 7-1-4 非晶体物质 非晶体物质——结构无序的固体物质 玻璃体为典型的非晶物质

  17. 熔点　　　 清亮点 7-1-5 液晶 液晶——有些有机物熔化后在一定温度范围内微粒的分布仍部分地保持远程有序性，因而仍部分地保持各向异性，这种介于液态和固态之间的各向异性凝聚流体即为液晶。 不能流动 能流动 能流动 各向异性 各向异性 各向同性

  18. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第一节 结束

  19. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第二节 离子晶体及其性质

  20. F- _ _ _ _ + + + + Na+ _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + 7-1-1 离子晶体的特征和性质

  21. 7-2-2 离子晶体中最简单的结构类型 NaCl型 晶格类型:面心立方 Cl- 阳离子配位数：6 阴离子配位数：6 Na+ 例　KI、LiF、NaBr、 MgO、CaS AB型：NaCl型、 CsCl型、立方ZnS型

  22. ZnS型 晶类型胞：面心立方 阳离子配位数：4 阴离子配位数：4 例　BeO、ZnSe S2- Zn2+ CsCl型 晶胞类型：简单立方 阳离子配位数：8 阴离子配位数：8 例　TlCl、CsBr、CsI Cl- Cs+

  23. ZnS型 晶类型胞：面心立方 阳离子配位数：4 阴离子配位数：4 例　BeO、ZnSe S2- Zn2+ CsCl型 晶胞类型：简单立方 阳离子配位数：8 阴离子配位数：8 外界条件变化时，晶体类型也能改变 如　CsCl 常温下　CsCl型 　　　　 高温下 NaCl型 同质多晶现象： 化学组成相同而晶体构型不同的现象 例　TlCl、CsBr、CsI Cl- Cs+

  24. 7-2-3 离子的堆积规则 离子晶体的结构类型  离子电荷  离子半径  离子的电子构型

  25. ◆ 正离子通常只由金属原子形成，其电荷等于中性原 子失去电子数目。 ◆ 负离子通常只由非金属原子组成，其电荷等于中性 原子获得电子的数目;出现在离子晶体中的负离子 还可以是多原子离子 。 1. 离子电荷 (charge)

  26. 2. 离子半径 (radius) ◆严格讲，离子半径无法确定（电子云无明确边界） ◆核间距（nuclear separation） ◆关键是如何分割（X射线衍射法） ◆ Goldschmidt 离子半径数据 Pauling 离子半径数据

  27. 阴离子 阳离子 • • r- r+ 核间距为两个离子的半径之和.即d=R++R-,

  28. Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ 3、离子半径比定则 （参考大连理工P349图8-9）

  29. 3、离子半径比定则 令r-=1, ac=4, ab=bc=2+2r+ ac2 = ab2 + bc2 42 =2(2+2r+ )2 r+ =0.414

  30. r+/ r- = 0.414 阴、阳离子之间刚好相互接触 r+/ r- < 0.414 阴、阳离子之间不能相互接触，阴离子之间接触，构型不稳定 r+/ r- > 0.414 阴离子之间不能接触, 阴、阳离子之间相互接触，构型稳定存在

  31. r+/ r- 0.414 配位数是6 的必要条件 r+/ r- 0.732 配位数增大

  32. AB型离子晶体离子半径比与晶体构型的对应关系AB型离子晶体离子半径比与晶体构型的对应关系 半径比（r+/r-) 阳离子配位数 阴离子多面体 构型 0.225~0.414 4 正四面体 ZnS型 0.414 ~0.732 6 正八面体 NaCl型 0.732~1.000 8 立方体 CsCl型 配位数与离子半径比值的对应关系，称为离子半径比定则。

  33. 注意几点: （1）对于任一配位数来说,都有一个最小和最大的半径比值(极限比值). （2） 当一个化合物中的正、负离子半径比值处于接近极限比值时,则该化合物可能同时具有两种晶体构型: 如GeO2(氧化锗)中R+/R-=0.38.此值与ZnS型(C.N.=4)变为NaCl型(C.N.=6)的转变值0.414很接近.因此,它存在以上两种构型的晶体.

  34. （3）离子晶体的构型除了与正负离子的半径比值有关外,还与离子的电子层构型和离子的数目等因素有关,也与外界条件有关.（3）离子晶体的构型除了与正负离子的半径比值有关外,还与离子的电子层构型和离子的数目等因素有关,也与外界条件有关. 如CsCl晶体在常温下是CsCl型,高温下可转变成NaCl型(同质多晶现象). （4）离子型化合物的正、负离子半径比规则,只能应用于离子型晶体,不能用于判断共价型化合物的结构

  35. 7-2-4 离子晶体的稳定性 298.15℃ NaCl(s) Na+(g) + Cl-(g) 标准态 离子晶体的晶格能 晶格能——标准态下，拆开1mol离子晶体 　　　　　变为气态离子所需吸收的能量 Ｕ＝786 kJ·mol-1 晶格能越大，离子晶体越稳定。

  36. 7-2-4 离子晶体的稳定性 U  f ( +• + ) / R0 晶格能与正负离子电荷数成正比，与它们之间的距离成反比。 晶格能越大，表示正负离子之间结合力越强（离子键越强）。

  37. 电荷相同，核间距越小，晶格能越大。 离子电荷数越多，晶格能越大。 晶格能越大，熔点越高，硬度越大。 离子晶体的稳定性

  38. 7-2-4 离子晶体的稳定性 晶格能可以通过各种方法得到（本课程不要求），最常用的有以下几种方法： ● 波恩-哈伯循环 ● 玻恩-兰达公式

  39. “玻恩—哈伯循环” fHm0 Na(s) + ½ Cl2(g) NaCl (s) ½ bHm0 -U 升华Hm0 Cl(g) Cl-(g) EaHm0 + Na(g) Na+(g) IHm0 fHm0= 升华Hm0 + IHm0 + ½ bHm0 + EaHm0 -U U=785.4kJ·mol-1

  40. Born-Landé公式： K为系数, R0 为正、负离子的核间距 Z1 、Z2 分别为正、负离子电荷的绝对值 A为Madelung常数, 对CsCl型,A=1.1763; NaCl型,A=1.748; ZnS型,A=1.638. n叫波恩指数,与离子的电子层构型有关。

  41. Канустинский(Kapustinskii)半经验公式:

  42. 卤化物 实验值 计算值 最佳值 (热化学循环 ) (波恩-兰达公式) LiF LiCl LiBr LiI NaF NaCl NaBr NaI KF KCl KBr KI 1004 840.1 781.2 718.4 914.2 770.3 728.4 680.7 812.1 701.2 671.1 632.2 1008 811.3 766.1 708.4 902.0 755.2 718.8 663.2 797.5 687.4 659.8 623.0 1033 845.2 797.9 739.7 915.0 788.0 739.3 692.0 813.4 708.8 679.5 640.2

  43. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第二节 结束

  44. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第三节 原子晶体和分子晶体

  45. 7-3-1 原子晶体 金刚石 每个C原子的四个sp3 杂化 与相邻四个C原子以C－C (σ键)结合形成正四面体。 实例 金刚石 C原子 共价键 硬度10, 熔点>3550℃ 金刚砂 C原子Si原子 共价键 硬度9.5, 熔点2700℃ 晶体 类型 结点粒子种类 粒子间作用力 一般性质 物质示例 金刚石、单质硅、单质硼、碳化硅、石英、氮化硼 原子 晶体 原子 共价键 熔点高 硬度大 不导电

  46. 7-3-2 分子晶体 CO2 氧原子 碳原子

  47. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第三节 结束

  48. 无机化学多媒体电子教案 第七章 固体结构与性质 第四节 金属晶体

  49. 7-4-1 金属晶体的内部结构

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