1、第十章 固体结构,10.1 晶体结构和类型 10.2 金属晶体 10.3 离子晶体 10.4 分子晶体 10.5 层状晶体,10.1 晶体结构和类型,10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论 10.1.2 晶体缺陷 非晶体 10.1.3 球的密堆积 10.1.4 晶体类型,10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论,1. 晶体结构的特征晶体：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,晶体宏观特性,具有规则的几何外形。 呈现各向异性。 具有固定的熔点。,晶格理论,晶格 晶胞,晶格理论,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
2、。 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。,简单立方,体心立方,面心立方,简单四方,体心四方,简单三斜,简单六方,简单菱形,简单正交,底心正交,体心正交,简单单斜,底心单斜,面心正交,七种晶系,10.1.2 晶体缺陷 非晶体,晶体缺陷,非晶体: 如玻璃,沥青,石腊,橡胶 和塑料等,球的密堆积,10.1.3,10.1.4 晶体类型,10.2 金属晶体,10.2.1 金属晶体的结构 10.2.2 金属键理论 10.2.3 金属合金,10.2.1 金属晶体结构,金属晶体中粒子的排列方式常见有三种：,金属晶体紧密堆积结构,六方密堆积(hcp),面心立方密堆积(ccp),
3、体心立方堆积(bcc),六方密堆积,面心立方密堆积,体心立方堆积,10.2.2 金属键理论,电子海模型电子海模型是将金属描绘成金属正离子在电子海中规则排列。金属原子价电子数目较少，核对价电子吸引力较弱。因此，电子容易摆脱金属原子的束缚成为自由电子，其为整个金属所共有。金属正离子靠这些自由电子的胶合作用构成金属晶体，这种作用就是金属键。电子海模型可以说明金属的特性。如：良好的导电性、导热性、延展性。,能带理论能带理论把金属晶体看成为一个大分子。这个分子由晶体中所有原子组合而成。以Li为例，Li原子有1s，2s两个轨道，两个Li原子有2个1s，2个2s轨道。按MO法，两个原子相互作用时原子原子轨道
4、重叠，形成成键轨道和反键轨道，这样由原来的原子能量状态变成分子能量状态。晶体中包含原子数愈多，分子状态也愈多。分子轨道如此之多，分子轨道之间的能级差就很小，可看作连成一片成为能带。能带可看成是延伸到整个晶体的分子轨道。,Li原子电子构型是1s22s1，每个原子有3 个电子，价电子数是1。,由充满电子的原子轨道所形成的较低能量的能带叫做满带，由未充满电子的原子轨道所形成的较高能量的能带，叫做导带。Li原子1s能带是满带，而2s能带是导带。这两种能带之间的能量空隙叫禁带。金属的导电性是靠导带中的电子来体现的。根据能带结构中禁带宽度和能带中电子填充状况，可把物质分为导体、绝缘体和半导体。,10.2.
5、3 金属合金,由金属结构和成键性质决定，其他元素容易掺进某一金属晶体产生称做合金的物质。合金是指含有元素混合物且具有金属特性的物质。合金可分为取代合金与填隙合金。金属的某原子被另一类似大小的其他金属原子所取代的合金称为取代合金；紧密堆积的金属结构中的某些空隙被小原子占据产生的合金称为填隙合金。,10.3 离子晶体,10.3.1 离子晶体的结构 10.3.2 晶格能 10.3.3 离子极化,离子晶体的结构,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,三种典型AB型的离子晶体,1、NaCl型(面心立方晶格) 6:6配位
6、,2、CsCl型(简单立方晶格) 8:8配位,3、ZnS型(面心立方晶格立方) 4:4配位,其他类型的离子晶体,AB2型（萤石、金红石）、ABX3型,半径比(R+/R-)规则:,NaCl晶体,某一层横截面为:,最理想的稳定结构(NaCl),半径比规则：,定义:由无限远离的气态正负离子, 形成1mol离子晶体时所放出的热量, 叫该种晶体的晶格能。,晶格能(U),利用Born-Haber循环,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,利用Born-Lande公式计算晶格能,A的取值:,CsC
7、l型 A=1.763,NaCl型 A=1.748,ZnS型 A=1.638,n的取值:, 离子的电荷, 离子的半径, 晶体的结构类型, 离子电子层结构类型,Z,U . 例:U(NaCl)U(MgO),R,U 例:U(MgO)U(CaO),影响晶格能的因素,晶格能对离子晶体物理性质的影响,LiCl NaCl KCl RbCl CsCl 熔点/ 613 800.8 771 715 646,BeCl2 MgCl2 CaCl2 SrCl2 BaCl2 熔点/ 415 714 775 874 962,描述一个离子对其它离子的影响能力,2. 离子的极化力(f ),描述离子变形性的物理量,1. 离子的极化率
8、( ),离子的极化 (离子键向共价键过渡), 正离子 小, 负离子 大 负离子： 大， 大 R相近, 但电荷不同时负离子： 大， 大正离子： 大， 小 R相近,Z相同时,与电子构型有关,离子的极化率（ ）的一般规律, Z高， 小，f 大 Z相同， 相近，与电子构型有关。,影响离子极化力f 的相关因素,举例：,AgF,AgCl,AgBr,AgI,离子间的极化作用,思考题：,解释碱土金属氯化物的熔点变化规率：,10.4 分子晶体,10.4.1 分子的偶极矩和极化率 10.4.2 分子间的吸引作用 10.4.3 氢键,10.4.1 分子的偶极矩和极化率,分子的偶极矩（ ）：,分子的极化率,极化：正负
9、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。,10.4.2 分子间的吸引作用,色散作用诱导作用取向作用,色散作用,色散作用：由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。,诱导作用,诱导作用：由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。,取向作用,取向作用：由于极性分子的取向而产生的分子间吸引作用。,分子间作用力较弱，没方向性，没饱和性。,一般情况： 色散作用诱导作用取向作用,分子间作用力对物质物理性质的影响,氢键,氢键的形成：,分子中有H和电负性大、半径小的元素(O，N，F),氢键的特点 键长特殊 键能介于化学键和分子间作用力之间 具有饱和性和方向性,冰的空间构型,10.5 层状晶体,石墨的空间构型,习题 Page: 318 7, 8,9,10,11,13,15,17,
