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第七章 固体的结构和性质

第七章 固体的结构和性质. §7.1 晶体和非晶体 §7.2 离子晶体及其性质 §7.3 原子晶体和分子晶体 §7.4 金属晶体 * §7.5 混合型晶体和晶体的缺陷 §7.6 离子极化对物质性质的影响 * §7.7 固体的性质. §7.1 晶体和非晶体. 一、晶体的特征. 1 、有一定的几何外形 2 、有固定的熔点 3 、各向异性. NaCl. 二、晶体的内部结构. 1 、 晶格 晶体中规则排列的微粒抽象为几何学中的点 ---- 结点

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第七章 固体的结构和性质

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  1. 第七章 固体的结构和性质

  2. §7.1 晶体和非晶体 §7.2 离子晶体及其性质 §7.3 原子晶体和分子晶体 §7.4 金属晶体 *§7.5 混合型晶体和晶体的缺陷 §7.6 离子极化对物质性质的影响 *§7.7固体的性质

  3. §7.1 晶体和非晶体 一、晶体的特征 1、有一定的几何外形 2、有固定的熔点 3、各向异性 NaCl

  4. 二、晶体的内部结构 • 1、晶格 • 晶体中规则排列的微粒抽象为几何学中的点----结点 • 沿着一定的方向按某种规则把结点联结起来，得到了描述各种晶体内部结构的几何图象-------晶体的空间格子----晶格 • （晶格的类型共有14种）

  5. 面心立方 体心立方

  6. 2、晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。2、晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。 *3、单晶体和多晶体 *4、非晶体物质 *5、液晶

  7. e   Na Cl Cl  Na+ Na+Cl  §7.2 离子晶体及其性质 一、离子键与离子化合物 1. 离子键的形成

  8. 2. 离子键的本质： 离子键是由原子得失电子后，生成的正负离子之间通过静电作用力形成的化学键。 3. 离子键的特点： 离子键既没有饱和性，又没有方向性。

  9. 没有方向性：是指离子化合物中被看作是带电小圆球的正、负离子在空间任何方向吸引相反电荷离子的能力都是等同的。没有方向性：是指离子化合物中被看作是带电小圆球的正、负离子在空间任何方向吸引相反电荷离子的能力都是等同的。 没有饱和性：包含两个含义：正、负离子周围邻接的异电荷离子数主要取决于正、负离子的相对大小，而与各自所带电荷的多少无直接关系；一个离子除吸引最邻近的异电荷离子外，还可吸引远层异电荷离子。

  10. 4. 离子化合物：由离子键形成的化合物 通性：在绝大多数情况下，离子型化合物为晶状固体，硬度大，易击碎，熔点、沸点高，熔化热、气化热高，熔化状态下能导电，许多（不是所有）化合物易溶于水。这些性质都可由离子理论得到解释。 例如：由正负离子通过离子键交替连接而构成的氯化钠晶体中，无法划分出各个独立的NaCl分子，只能把整个晶体看作一个巨大分子。破坏分子内离子排布方式的任何变化都需要由外部提供能量。

  11. MaXb(s) aMb+(g) + bXa-(g) + - NaCl(s) Na (g) + Cl (g) 例如： U 5、晶格能：度量离子键强度的物理量。 定义：在标准状态下，使单位物质的量的离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用U表示。

  12. 另一种表示方法： 晶格能：是指相互远离的气态正离子和负离子结合成1 mol离子晶体时所释放的能量的绝对值 m Mx+ (g) + xXm- (g) = MmXx (s) U = - ΔrHmo

  13. 晶体类型相同时，晶格能与正、负离子所带电荷数成正比，与正负离子之间的距离成反比。 晶格能越大，正负离子间的结合力越强，相应晶体的熔点越高、硬度越大。

  14. 6、离子晶体中最简单的结构类型 A、NaCl型 晶格：面心立方 配位比：6:6 (红球－Na+ , 绿球－Cl-)

  15. B、CsCl型 晶格：简单立方 配位比： 8:8 (红球－Cs+ , 绿球－Cl-)

  16. C、ZnS型(立方型) 晶格：面心立方 配位比：4:4 (红球－Zn2+ , 绿球－S2-)

  17. 离子晶体：密堆积空隙的填充 阴离子：大球，密堆积，形成空隙 阳离子：小球，填充空隙 规则：阴阳离子相互接触稳定 　　　配位数大稳定

  18. 二、决定离子化合物性质的主要因素 • 离子所带的电荷 • 离子电荷越多，离子间引力越大，熔点、沸点越高，硬度越大。 • 同种元素不同电荷数的离子，其化学性质也有所不同。 (2)离子半径 离子半径越小，离子键越强，化合物的熔点、 沸点越高

  19. 离子半径（ion radii ): 在离子型晶体中，相邻离子的核间距等 于两个离子的半径之和

  20. 离子半径的变化规律： ① 对同族元素离子半径从上而下递增； ② 同一周期的正离子半径随离子电荷增加而减小，而负离子半径随电荷增加而增大； ③ 同一元素负离子半径大于原子半径，正离子半径小于原子半径，且正电荷越高，半径越小； ④ 对等电子离子而言，离子半径随负电荷的降低和正电荷的升高而减小，如： O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+.

  21. (3) 电子构型的影响 Na+ r = 97 pm , Cu+ r = 96 pm 但 NaCl 溶于水 而CuCl不溶 原因：电子构型不同

  22. 离子的电子构型种类 2电子构型 最外层为2个电子，如 Li+ 8电子构型 最外层为8个电子, 如K+ 18电子构型 最外层为18个电子, 如Cd2+、Ag+ (18+2)电子构型 最外层为2个电子 次外层为18个电子，如Pb2+ 不饱和型电子构型 最外层为9 -17个电子，如 Fe2+

  23. 三、离子极化 1、离子极化------在离子电场作用下，使周围带异号电荷的离子的电子云发生变形，这一现象称为离子极化。

  24. 未极化的负离子 极化的负离子 离子极化的强弱决定于离子的两方面性质：离子的极化力和离子的变形性。

  25. 2、离子极化力大小主要取决于： ① 离子的半径越小，极化力越大； ② 离子的电荷高，极化力大； ③ 在半径和电荷相近时，离子的电子构型也影响极化力，其大小次序是： 18，18+2电子 > 9～17电子 > 8电子构型。

  26. 3、变形性大小主要取决于： ① 离子半径越大，变形性越大； ②负离子电荷越高（离子半径大），变形性越大， 正离子电荷越高（离子半径小），变形性越小； ③ 18电子构型、9～17电子构型 > 8电子构型。 一般说来，正离子半径小，负离子半径大，所以正离子极化力大，变形性小，而负离子正相反，变形性大，极化力小。

  27. 离子键 共价键 4、离子极化的结果 ① 键型过渡(离子键向共价键过渡) 核间距缩短 如：AgF AgCl AgBr AgI Ag+ I－ r/pm 126+216 (= 342) R0/pm 299

  28. ②离子极化对化合物性质的影响 A 、熔、沸点NaCl, MgCl2, AlCl3， 极化力的顺序是： Na+ < Mg2+ < Al3+， 熔点分别是： 810C、 714C、 192C（230kPa)。 B、溶解度AgF, AgCl, AgBr, AgI, 变形性： F- < Cl- < Br - < I -。 所以氟化银仍保持为离子化合物，故在水中易溶， 随着氯离子、溴离子、碘离子的半径依次增大，变形性也随之增大，所以这三种卤化银共价性依次增加，溶解度依次降低。

  29. §7.3 原子晶体和分子晶体 §7.4 金属晶体

  30. 石墨晶体 既有共价 键又有分 子间力， 是混合键 型的晶体 层间为分子间力 石墨具有层状结构，称为层状晶体。

  31. §7.4 金属晶体 在100多种化学元素中，金属约占80％。它们有许多共同的性质： 不透明；金属光泽； 良好的导电性；良好的导热性； 良好的延展性。 金属的性质是由其内部结构决定的。

  32. 一. 金属晶格 金属在形成晶体时倾向于生成紧密的结构。即把金属原子看作一个个等径圆球，则它们将以空间利用率最高的方式排列。 金属中常见的结构形式(即晶格)有三种： 体心立方堆积晶格 面心立方堆积晶格 六方堆积晶格

  33. A B C A B C A A B A B A 体心立方密堆积 68% 六方最密堆积 74% 面心立方最密堆积 74% 金属晶体：等径球的密堆积 第三层与第一层对齐，产生ABAB…方式。 第三层与第一层有错位，以ABCABC…

  34. 六方密堆积 体心立方堆积 面心立方密堆积 配位数: 12 配位数: 12 配位数: 8

  35. 二. 金属键理论 与非金属原子相比，金属原子的半径比较大，核对价电子的吸引力比较弱。 这些价电子容易从金属原子上脱落下来汇集成所谓的“电子海”，留下的正离子网犹如浸泡于这种电子海洋中。 脱落下来的电子能在整个金属晶体中自由流动而被称之为自由电子或离域电子，后一名称强调电子不再属于某一特定原子，也不属于某两个特定的成键原子。

  36. 金属中自由电子与金属正离子间的作用力叫做金属键，正是这种作用力将金属原子“胶合”起来形成金属晶体。金属中自由电子与金属正离子间的作用力叫做金属键，正是这种作用力将金属原子“胶合”起来形成金属晶体。 一般的共价键是二电子二中心键，金属键可看作是少电子多中心键，从这个意义上讲可以认为金属键是改性共价键。 但是金属键不具有方向性和饱和性。

  37. 金属键理论可以定性解释金属的多数特征。 导电性： 自由电子在外电场影响下定向流动形成电流使金属具有良好的导电性。

  38. 导热性： 金属的导热性也与自由电子有关，运动中的自由电子与金属离子通过碰撞而交换能量进而将能量从一个部位迅速传到另一个部位。 延展性： 与离子型和共价型物质不同，外力作用于金属晶体时，正离子间发生的滑动不会导致键的断裂，使金属表现出良好的延展性，从而便于机械加工。

  39. 此外，金属具有较高的沸点和气化热，这表明金属正离子不那么容易游出“电子海”。此外，金属具有较高的沸点和气化热，这表明金属正离子不那么容易游出“电子海”。 一般说来，价电子比较多的金属熔、沸点相对比较高，据认为这是由于更多的电子“下海”后增强了金属键。价电子多的金属，其硬度和密度也比较大。

  40. 各种晶体的结构和特征

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