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第十章 固体结构

第十章 固体结构. 晶体结构和类型 金属晶体 离子晶体 分子晶体 层状晶体. 晶体结构和类型. 晶体结构的特征与晶格理论 晶体缺陷 非晶体 球的密堆积 晶体类型. 晶体. 固体物质按其中原子排列有序程度的不同可分为. 无定形物质 ( amorphous solid). 晶体 ( crystal). 单晶体 ( mono-crystal). 多晶体 ( poly-crystal). 晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律 周期性 地 重复 排列构成的固体。. 金刚石. 紫水晶. 宏观特性：

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第十章 固体结构

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Presentation Transcript

  1. 第十章 固体结构 晶体结构和类型 金属晶体 离子晶体 分子晶体 层状晶体

  2. 晶体结构和类型 晶体结构的特征与晶格理论 晶体缺陷 非晶体 球的密堆积 晶体类型

  3. 晶体 固体物质按其中原子排列有序程度的不同可分为 无定形物质(amorphous solid) 晶体(crystal) 单晶体 (mono-crystal) 多晶体 (poly-crystal) 晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。

  4. 金刚石 紫水晶

  5. 宏观特性： • 有规则的几何外形（同一种晶体由于生长条件的不同，外形上可能有差别，但是晶面角(interfacial angle) 不会变； • 呈现各向异性（如云母的解理性） • 有固定的熔点

  6. 晶格理论 • 晶格:晶体内部的质点以确定的位置在空间按一定规则排列，构成特定的最小单元，这些最小单元有一定的几何形状，称晶格。 • 结点：每个质点在晶格中所占的位置称晶体的结点。 • 晶胞：每种晶体都可找出其具有代表性的最小重复单位，称为单元晶胞简称晶胞。晶胞在三维空间无限重复就产生晶体。故晶体的性质是由晶胞的大小、形状和质点的种类以及质点间的作用力所决定的。

  7. 　　如果将三维空间以周期性的方式全部占满，则仅有14种六面体是允许的，称之为14个布拉维晶格。　　如果将三维空间以周期性的方式全部占满，则仅有14种六面体是允许的，称之为14个布拉维晶格。 　　这14种六面体都是平行六面体，按对称性划分，可分为7类，称为7个晶系。

  8. 七大晶系

  9. 十四种点阵

  10. 晶体类型 晶体的分类

  11. 原子晶体 • 巨型分子，基本微粒为原子，作用力为共价键，用化学式表示组成。只有平均每个原子的形成σ键数目超过两个时才可能形成原子晶体。故在周期表中只能是IIIA,IVA, VA, VIA,IVB, VB, VIB的元素可形成原子晶体。 • 作用力的大小可由共价键的强弱来判断。成键半径越小越强，成键轨道主量子数越小越强。 • 特点：熔沸点高，不溶于水，硬度大，导电性一般较差，无延展性。

  12. 金属晶体 金属晶体的结构 金属原子半径 金属键理论 金属合金

  13. 金属晶体：等径球的密堆积 1 六方密堆积:hcp 空间占有率: 74.05% 配位数: 12

  14. 2 面心立方密堆积:fcc 配位数:12 空间占有率: 74.05%

  15. 3 体心立方堆积:bcc 配位数: 8 空间占有率: 68.02%

  16. 最密堆积层间的两类空隙 A　四面体空隙 B　八面体空隙

  17. C 简单立方堆积所形成的空隙

  18. 金属键理论 1 电子海模型

  19. 导电性 • 导热性 • 良好的延展性

  20. 2 能带理论 • 空带 • 导带 (禁带) • 满带 导体 绝缘体 半导体

  21. 离子晶体 离子晶体的特征结构 晶格能 离子极化

  22. 离子晶体的特征结构 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

  23. 三种典型的离子晶体 1 NaCl型 晶格: 面心立方 配位比: 6:6 晶胞中离子的个数:

  24. 2 CsCl型 晶格:简单立方 配位比: 8:8 晶胞中离子的个数:

  25. 3 ZnS型(立方型) 晶格: 面心立方 配位比: 4:4 晶胞中离子的个数:

  26. 半径比(R+/R-)规则: 某中一层横截面为: NaCl晶体:

  27. 最理想的稳定结构(NaCl) 半径比规则：

  28. 晶格能(U) 定义:1mol离子晶体变为无限远离的气态正负离 子时所吸收的能量, 叫该种晶体的晶格能。

  29. 利用Born-Haber循环,计算晶格能 + KBr(s) = Br(g) + K(g)

  30. 利用Born-Lande公式计算晶格能 : 正负离子核间距离 :正负离子电荷的绝对值 A: Madelang常数,与晶体类型有关. N: Born指数,与离子电子层结构类型有关

  31. A的取值: CsCl型 A=1.763 NaCl型 A=1.748 ZnS型 A=1.638 n的取值:

  32. 利用经验(卡氏)公式计算晶格能 :晶体分子式中正离子的个数 :晶体分子式中负离子的个数

  33. 影响晶格能的因素 ① 离子的电荷 Z↑,U↑ . 例:U(NaCl)<U(MgO) ② 离子的半径 R↑,U↓ 例:U(MgO)>U(CaO) ③ 晶体的结构类型 ④ 离子电子层结构类型

  34. 晶格能对离子晶体物理性质的影响 CaO SrO BaO MgO 大 小 低 小 小 R U 熔点 硬度 大 高 大

  35. 离子的极化(离子键向共价键过渡) 1. 离子的极化率( ) 描述离子变形性的物理量 2. 离子的极化力(f ) 描述一个离子对其它离子的影响能力

  36. 离子的极化率（ ）的一般规律 ① 正离子: 小负离子 大 ② 负离子： 大， 大 ③ R相近, 但电荷不同时 负离子： 大， 大 正离子： 大， 小 ④ R相近,Z相同时,与电子构型有关 （8 ）（9~17 ）（18 ）（18+2 ） 大 小

  37. 影响离子极化力f 的相关因素 ① Z高， 小，f大 ② Z相同， 相近，与电子构型有关。 （8 ）（9~17 ）（18 ）（18+2 ） 大 f小

  38. 离子间的极化作用 举例： AgF AgCl AgBr AgI 共价键 ZnS型 小 深 大 强 键型 离子键 晶体类型 NaCl型 溶解度 大 化合物颜色 浅 电导率 小 金属光泽 弱 物理性质变化

  39. 思考题： 解释碱土金属氯化物的熔点变化规律： 熔点/℃ 405 714 782 876 962

  40. 分子晶体 分子的偶极矩和极化率 分子间的相互作用 氢键

  41. 分子的偶极矩和极化率 1 分子的偶极矩（ ）：说明分子的极性 极性分子 μ≠0 非极性分子 μ=0 同核： 双原子分子: 异核HX 同核： 同核：O3 多原子分子: （V字形） (异核)

  42. 2 分子的极化率：表征分子的变形性 极化：正负电荷中心分化的过程。 规律：分子越大，极化率越大，分子易变形。

  43. 分子间的相互作用 色散作用：由于瞬时偶极而产生的分子间 相互作用。

  44. 诱导作用：由于诱导偶极而产生的分子间 相互作用。

  45. 取向作用：由于极性分子的取向而产生的 分子间吸引作用。

  46. ①分子间作用力较弱，没方向性，没饱和性。 ②一般情况： ↑色散作用↑诱导作用↑ ↑取向作用↑

  47. 分子间作用力对物质物理性质的影响

  48. 氢键

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