固體結(jié)構(gòu)課件

§10.1

晶體結(jié)構(gòu)和類型第十章固體結(jié)構(gòu)§10.5

層狀晶體§10.4

分子晶體§10.3

§10.2

本章重點(diǎn)：1、晶胞參數(shù)a，b，c，α，β，γ；2、晶胞、球的密堆積；3、晶體類型（金屬晶體、原子晶體、離子晶體、分子晶體）4、三種典型的離子晶體（NaCl、CsCl、ZnS）5、離子的極化率(α)、離子的極化力(f)6、分子間作用力（色散力、誘導(dǎo)力、取向力）10.1.1晶體結(jié)構(gòu)的特征與晶格理論§10.1

晶體結(jié)構(gòu)和類型10.1.4晶體類型10.1.3球的密堆積10.1.2晶體缺陷非晶體2、晶胞的內(nèi)容：粒子的種類，數(shù)目及它在晶胞中的相對(duì)位置。按晶胞參數(shù)的差異將晶體分成七種晶系。按帶心型式分類，將七大晶系分為14種型式。例如，立方晶系分為簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方三種型式。金屬晶體中粒子的排列方式常見(jiàn)的有三種：六方密堆積(HexgonalClosePacking)；面心立方密堆積(Face-CentredCubicClosePacking)；體心立方堆積(Body-CentredCubicPacking)。2、面心立方密堆積：(Face-CentredCubicClosePacking)

fcc配位數(shù)：12空間占有率:74.05%第三層與第一層有錯(cuò)位，以ABCABC…方式排列。3.體心立方堆積：(Body-CentredCubicPacking)

bcc配位數(shù)：8空間占有率：68.02%密堆積層間的兩類空隙四面體空隙：一層的三個(gè)球與上或下層密堆積的球間的空隙。八面體空隙：一層的三個(gè)球與錯(cuò)位排列的另一層三個(gè)球間的空隙。10.2.1金屬晶體的結(jié)構(gòu)§10.2

金屬晶體10.2.3金屬合金10.2.2金屬鍵理論金屬晶體是金屬原子或離子彼此靠金屬鍵結(jié)合而成的。金屬鍵沒(méi)有方向性，金屬晶體內(nèi)原子以配位數(shù)高為特征。金屬晶體的結(jié)構(gòu)：等徑球的密堆積。10.2.1金屬晶體的結(jié)構(gòu)10.3.1離子晶體的特征結(jié)構(gòu)§10.3

離子晶體10.3.3離子極化10.3.2晶格能1、三種典型的離子晶體NaCl型晶胞中離子的個(gè)數(shù)：晶格：面心立方配位比：6:6(紅球－Na+,綠球－Cl-)CsCl型晶胞中離子的個(gè)數(shù)：(紅球－Cs+,綠球－Cl-)晶格：簡(jiǎn)單立方配位比：8:8晶胞中離子的個(gè)數(shù)：ZnS型(立方型)晶格：面心立方(紅球－Zn2+,綠球－S2-)配位比：4:4理想的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(NaCl)配位數(shù)構(gòu)型0.225→0.414

4ZnS型0.414→0.732

6NaCl型0.732→1.00

8CsCl型

半徑比規(guī)則定義：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按下列化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式使離子晶體變?yōu)闅怏w正離子和氣態(tài)負(fù)離子時(shí)所吸收的能量稱為晶格能，用U表示。U10.3.2晶格能MaXb(s)aMb+(g)+bXa-(g)(g)Cl+(g)NaNaCl(s)-+例如：1、Born-Haber循環(huán)K(g)Br(g)U-+KBr(s)+升華焓電離能氣化熱電子親和能2、Born-Lande公式

式中：R0—正負(fù)離子核間距離，Z1，Z2—分別為正負(fù)離子電荷的絕對(duì)值，A—Madelung常數(shù),與晶體類型有關(guān)，n—Born指數(shù),與離子電子層結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。A的取值：CsCl型A=1.763NaCl型A=1.748ZnS型A=1.638n的取值：離子電荷數(shù)大,離子半徑小的離子晶體晶格能大,相應(yīng)表現(xiàn)為熔點(diǎn)高、硬度大等性能。晶格能對(duì)離子晶體物理性質(zhì)的影響：描述一個(gè)離子對(duì)其他離子變形的影響能力。離子的極化力(f)：描述離子本身變形性的物理量。離子的極化率(α)：10.3.3離子極化未極化的負(fù)離子極化的負(fù)離子1、離子的極化率(α)①離子半徑r：r愈大，α愈大。

如α：Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+；F－<Cl－<Br－<I－②負(fù)離子極化率大于正離子的極化率。③離子電荷：正離子電荷少的極化率大。如：α(Na+)>α(Mg2+)④離子電荷：負(fù)離子電荷多的極化率大。如：α(S2－)>α(Cl－)⑤離子的電子層構(gòu)型:(18+2)e-,18e->9－17e->8e-如：α(Cd2+)>α(Ca2+)；α(Cu+)>α(Na+)

r/pm97999695

一般規(guī)律：2、離子極化力(f)

①離子半徑r：r小者，極化力大。②離子電荷：電荷多者，極化力大。③離子的外層電子構(gòu)型：

f：(18+2)e-,18e->9－17e->8e-當(dāng)正負(fù)離子混合在一起時(shí)，著重考慮正離子的極化力，負(fù)離子的極化率，但是18e構(gòu)型的正離子(Ag+,Cd2+等)也要考慮其變形性。一般規(guī)律：3、離子極化的結(jié)果①鍵型過(guò)渡(離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡)

Ag+I－r/pm126+216(=342)R0/pm299如：AgFAgClAgBrAgI核間距縮短。離子鍵共價(jià)鍵②晶型改變AgClAgBrAgIr+/r-0.6950.630.58理論上晶型NaClNaClNaCl實(shí)際上晶型NaClNaClZnS配位數(shù)664③性質(zhì)改變例如；溶解度AgCl>AgBr>AgINaCl易溶于水，CuCl難溶于水。思考題：解釋堿土金屬氯化物的熔點(diǎn)變化規(guī)律：熔點(diǎn)/℃40571478287696210.4.1分子的偶極矩和極化率§10.4

分子晶體10.4.3氫鍵10.4.2分子間的吸引作用1、分子的偶極矩(μ)：用于定量地表示極性分子的極性大小。極性分子μ≠0非極性分子μ=0雙原子分子：多原子分子：同核：O3（V字形）式中q為極上所帶電量，l為偶極長(zhǎng)度。10.4.1分子的偶極矩和極化率異核：HX分子的偶極矩與鍵矩的關(guān)系：極性鍵構(gòu)成的雙原子分子：分子偶極矩=鍵矩多原子分子的偶極矩=鍵矩的矢量和，例如：μ(SF6)=0，鍵矩互相抵消，

μ(H2O)≠0，鍵矩未能抵消。分子的偶極矩μ(×10－30C·m)2、分子的極化率：用于定量地表示分子的變形性大小。分子的變形性大小指的是正電中心與負(fù)電中心發(fā)生位移(由重合變不重合，由偶極長(zhǎng)度小變偶極長(zhǎng)度大)。外因：外加電場(chǎng)愈強(qiáng)，分子變形愈厲害；內(nèi)因：分子愈大，分子變形愈厲害。影響分子變形性大小的因素：分子的極化率α(×10－40C·m2·V－1)非極性分子的瞬時(shí)偶極之間的相互作用分子間具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、負(fù)電中心；任何分子都有變形的性能。由于瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。10.4.2分子間的吸引作用1、色散作用(色散力)：一大段時(shí)間內(nèi)的大體情況色散力與分子極化率有關(guān)。α大,色散力大。每一瞬間2、誘導(dǎo)作用(誘導(dǎo)力)：決定誘導(dǎo)作用強(qiáng)弱的因素：極性分子的偶極矩：μ愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。非極性分子的極化率：α愈大，誘導(dǎo)作用愈強(qiáng)。由于誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的分子間相互作用。分子離得較遠(yuǎn)分子靠近時(shí)兩個(gè)極性分子相互靠近時(shí)，由于同極相斥、異極相吸，分子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，并按異極相鄰狀態(tài)取向，分子進(jìn)一步相互靠近。3、取向作用(趨向力)：兩個(gè)固有偶極間存在的同極相斥、異極相吸的定向作用稱為取向作用。分子離得較遠(yuǎn)趨向誘導(dǎo)思考：1、取向作用的大小取決于什么因素？2、極性分子之間除了有取向作用以外，還有什么作用？分子間力是三種吸引力的總稱，其大小一般為幾kJ·mol－1，比化學(xué)鍵小1－2個(gè)數(shù)量級(jí)。分子間的吸引作用(×10－22

J)分子間力的特點(diǎn)：不同情況下，分子間力的組成不同。例如，非極性分子之間只有色散力；極性分子之間有三種力，并以色散力為主，僅僅極性很大的H2O分子例外。分子間力作用的范圍很小(一般是300－500pm)。分子間作用力較弱，既無(wú)方向性又無(wú)飽和性。分子量色散作用分子間力沸點(diǎn)熔點(diǎn)水中溶解度HeNeArKrXe小大小大小大小大低高小大決定物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、蒸氣壓、溶解度及表面張力等物理性質(zhì)的重要因素。分子間力的意義：10.4.3氫鍵HFHClHBrHI沸點(diǎn)/0C－85.0－66.7－35.419.9極化率小大色散作用弱強(qiáng)沸點(diǎn)低高HF為何反常的高？原因——存在氫鍵。HF分子中，共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向電負(fù)性大的F原子一側(cè)。在幾乎裸露的H原子核與另一個(gè)HF分子中F原子的某一孤對(duì)電子之間產(chǎn)生的吸引作用稱為氫鍵。氫鍵的形成條件：分子中有H和電負(fù)性大、半徑小且有孤對(duì)電子的元素(F，O，N)形成氫鍵。①鍵長(zhǎng)特殊：F－HF270pm②鍵能小E(F－HF)28kJ·mol－1③具有飽和性和方向性氫鍵的特點(diǎn)：除了HF、H2O、NH3有分子間氫鍵外，在有機(jī)羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白質(zhì)中也有氫鍵的存在。例如：甲酸靠氫鍵形成二聚體。HCOOHHOOHC除了分子間氫鍵外，還有分子內(nèi)氫鍵。例如，硝酸的分子內(nèi)氫鍵使其熔、沸點(diǎn)較低。石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，稱為層狀晶體。§10.5

層狀晶體層