第七章物质结构基础.ppt

1、2018/9/26,第七章 物质结构基础,1,7.5.1 晶体的类型,如：,晶体与无定形体无绝对严格的界限，在一定条件下可互相转化。,7.5 共价型物质的晶体,1. 晶体的特征,(1)各向异性 即在晶体的不同方向上具有不同的物理性质。如光学性质、电学性质、力学性质和导热性质等在晶体的不同方向上往往是各不相同的，如石墨特别容易沿层状结构方向断裂成薄片，石墨在与层平行方向的电导率要比与层垂直方向上的电导率高一万倍以上。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,2,(2) 具有一定的熔点 无定形体则没有固定的熔点，只有软化温度范围(如玻璃、石蜡、沥青等)。,(3) 其他特征 晶体具有规则的几何外形

2、；具有均匀性，即一块晶体内各部分的宏观性质(如密度、化学性质等)相同。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,3,2018/9/26,第七章 物质结构基础,4,晶体 由在空间排列得很有规则的结构单元(可以是离子、原子 或分子等)组成。晶格 晶体中具体的结构单元抽象为几何学上的点(称结点)， 把它们连接起来，构成的不同形状的空间网格。晶格中的 格子都是六面体。晶胞 将晶体结构截裁成一个个彼此互相并置而且等同的平行六 面体的最基本单元，这些基本单元就是晶胞 。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,5,无隙并置,平行六面体,2018/9/26,第七章 物质结构基础,6,晶胞是晶格的最小基本

3、单位 。晶胞是一个平行六面体。同一晶体中其相互平行的面上结构单元的种类、数目、位置和方向相同。但晶胞的三条边的长度不一定相等，也不一定互相垂直，晶胞的形状和大小用晶胞参数表示，即用晶胞三个边的长度a、b、c和三个边之间的夹角 、 表示。晶胞在三维空间无间隙地堆砌构成了晶体。,晶胞参数,晶 系 晶 胞 类 型 实 例立方晶系 a = b = c = = = 90 NaCl,CaF2,金属Cu四方晶系 a = b c = = = 90 SnO2,TiO2,金属Sn六方晶系 a = b c = = 90, = 120 AgI,石英(SiO2)菱形晶系 a = b = c = = 90 90 KClO

4、3,KNO2,单斜硫三斜晶系 a b c CuSO45H2O,K2Cr2O7,高岭土,2018/9/26,第七章 物质结构基础,7,2. 晶体的分类 按晶体的对称性分类,按结构单元间作用力分类,2018/9/26,第七章 物质结构基础,8,2018/9/26,第七章 物质结构基础,9,10928,金刚石的晶体结构示意图,共价键,7.5.2 金属晶体,2018/9/26,第七章 物质结构基础,10,金属晶体的特性 元素周期表的一百多种元素中金属元素80%。常温下除Hg为液体其余全为晶体。金属都具有金属光泽，有良好的导电、导热性和机械加工性。 金属晶体中晶胞的结构单元上排列着的是中性原子或金属正离

5、子，结构单元间靠金属键相结合。 金属原子由于价电子较少，因而在金属晶体中尽可能采取紧密堆积的形式得到较多相邻原子，以使原子轨道发生尽可能多的重叠。大多数金属晶体的配位数(相邻原子数)为8或12，常见的金属晶格是配位数为8的体心立方，配位数为12的面心立方与六方紧密堆积形式。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,11,金属晶体的密堆积,非密置层,密置层,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,哪种排列方式圆球空间利用率高？,a.体心立方密堆积,2018/9/26,第七章 物质结构基础,12,体心立方密堆积,由非密置层一层一层堆积而成,b.面心立方密堆积 c. 六方密堆积 ABCABC型 A

6、BAB型,2018/9/26,第七章 物质结构基础,13,密置层A,密置层AB,密置层ABA,密置层ABC,2018/9/26,第七章 物质结构基础,14,b.面心立方密堆积ABCABC型,c. 六方密堆积 ABAB型,2. 金属键理论,2018/9/26,第七章 物质结构基础,15,能带理论是在分子轨道理论基础上发展起来的现代金属键理论。,空轨道,满轨道,2018/9/26,第七章 物质结构基础,16,满带 由已充满电子的轨道组成的低能量能带；导带 由未充满电子的轨道所形成的能带，也叫价带；空带 高能量没有填充电子的空轨道组成的能带；禁带 满带与导带间电子不允许存在的能量间隔区域。,n个Li

7、原子的能带,满带,禁带,导带,2018/9/26,第七章 物质结构基础,17,能带重叠与禁带消失 一些金属原子的原子轨道能量很接近，如Be的2s、2p，Mg的3s、3p轨道，在形成能带时s能带与p能带发生重叠，称能带重叠。能带重叠的结果使s与p能带间的禁带消失，成为一个能带。应用 根据能带结构状况通常固体物质 可分为导体、绝缘体和半导体。,Eq0.81018J,a.导体 其能带特征是价带是导带；b.绝缘体 其能带特征是价带是满带，与能量最低的空带之间有较宽的禁带，能隙 Eq 0.801018J，在一般外电场作用下，不能将价带的电子激发到空带上去，从而不能使电子定向运动，即不能导电。如金刚石，s

8、p3杂化，成键轨道全满，反键轨道全空。c.半导体 其能带特征是价带也是满带，但与最低空带之间的禁带则较窄，能隙Eq 0.481018 J。,Eq r(Fe3+) ； r(O2,140pm) r(O,66pm) 一般正离子半径 (917)电子构型 8电子构型 Cu+,Ag+,Au+, Li+,Be2+ 过渡金属离子 碱金属、碱 Zn2+,Cd2+,Hg2+,Sn2+,Pb2+,Sb3+ 土金属离子(2) 变形性(主要考虑负离子) 用极化率判断变形性：Z、 r，变形性；18、(18+2)及2电子构型 (917)电子构型 8电子构型 易变形：S2,I等； 不易变形； O2,F 等；一般考虑正离子的极

9、化能力与负离子的变形性。(3)附加极化作用：Ag+等18、18+2电子构型离子，不但有较强 的极化能力，且本身受负离子的极化也有较大的变形 性，由此产生的额外极化作用。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,46,正离子极化能力，负离子变形性，离子极化作用。结果：键型从离子键共价键过渡。 如 AgF(离子键) AgCl AgBr AgI(共价键),2.离子极化对离子晶体键型的影响,3. 离子极化对化合物性质的影响,离子的极化使化合物键型从离子键向共价键过渡，导致化合物的性质发生变化。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,47,溶解度 离子晶体一般溶于水，但若离子晶体的晶格能U太大，水

10、分子无法拆散其晶格，则难溶于水。如BaSO4、BeO等。同时，离子晶体由于离子极化作用而使其共价成分增大，在水中的溶解度也下降。,颜色 离子型化合物的极化程度越大，化合物的颜色越深。 如Ag+离子和X卤素离子都是无色的，但AgCl为白色，AgBr浅黄、AgI较深的黄色；Ag2CrO4是砖红色而不是黄色，这都与离子极化作用有关。但应注意，影响化合物颜色的因素很多，离子极化仅是其中一个因素。熔、沸点 NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5 从左右，Z+、 r+，正离子极化能力；负离子均为Cl，变形性不变，氯化物的极化作用 ，共价成分，熔、沸点 。 NaF NaCl NaBr NaI

11、 从左右，r，负离子变形性；正离子均为Na+，极化能力不变，卤化钠的极化作用 ，共价成分，熔、沸点 。 必须指出，到目前为止，离子极化作用的理论还很不完善，仅能定性解释部分化合物的性质，若作为一种理论，有待进一步完善与发展。,2018/9/26,第七章 物质结构基础,48,2018/9/26,第七章 物质结构基础,49,判断晶体物质的熔点，不能仅凭离子极化作用。首先得判断是什么晶体，再确定用什么方法来判断。如：F2、Cl2、Br2、I2 为分子晶体，M，分子间力，mp ； LiF、NaF、KF、RbF、CsF为离子晶体，F半径很小，不 易变形，不存在离子极化作用。 r+，U，mp 。 Na2O、MgO、Al2O3为离子晶体， O2半径很小，不易变 形，不存在离子极化作用。 r+， Z+， U， mp 。 mp: FeCl2FeCl3 CuClCuCl2 PbCl2PbI2总之，对离子晶体，若无离子极化作用，用U判断mp；若有离子极化作用，则用离子极化理论判断mp。 对各种晶体，一般分子晶体熔点最低，原子晶体和离子晶体熔点较高，金属晶体则高、低均有。,注意,2018/9/26,第七章 物质结构基础,50,7.7 多键型晶体,自学,