大学本科无机化学_第十章_固体结构.ppt

《大学本科无机化学_第十章_固体结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学本科无机化学_第十章_固体结构.ppt（59页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

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uu具有规则的几何外形。uu呈现各向异性。uu具有固定的熔点。晶格理论uu晶格晶格uu晶胞晶胞zyx晶胞参数晶格理论uu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

2、晶格。uu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晶系晶系边长边长夹角夹角晶体实例晶体实例立方晶系立方晶系a=b=ca=b=c=90=90三方晶系三方晶系a=b=ca=b=c=9090四方晶系四方晶系a=ba=b c c=90=90六方晶系六方晶系a=ba=b c c=90=90，=120=120正交晶系正交晶系a abcbc=90=90单斜晶系单斜晶系a abcbc=90=90，9090三斜晶系三斜晶系a abcbc 909010.1.2 晶体

3、缺陷 非晶体晶体缺陷本征缺陷杂质缺陷非晶体:如玻璃,沥青,石腊,橡胶和塑料等球的密堆积10.1.310.1.4 晶体类型10.2 金属晶体uu10.2.1 金属晶体的结构uu10.2.2 金属键理论uu10.2.3 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：原子堆集方式原子堆集方式元素元素原子空间利用率原子空间利用率六方密堆积六方密堆积Be,Mg,Ti,Co,Zn,Be,Mg,Ti,Co,Zn,CdCd7474面心立方密堆积面心立方密堆积Al,Al,PbPb,Cu,Ag,Au,Cu,Ag,Au,Ni,Pd,PtNi,Pd,Pt7474体心立方堆积体心立方堆积碱金属，

4、碱金属，BaBa,Cr,Mo,W,Fe,Cr,Mo,W,Fe6868金属晶体紧密堆积结构六方密堆积(hcp)面心立方密堆积(ccp)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uu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。uu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

5、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。LiLi原子电子构型是原子电子构型是1 1s s2 22s2s1 1，每个原子有每个原子有3 3 个电子，个电子，价电子数是价电子数是1 1。2s1s能量2s带半充满（导带）1s带全满（满带）Li能带示意图禁带 由充满电子的原子轨道所形成的较低能量的

6、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。10.2.3 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uu10.3.1

7、离子晶体的结构uu10.3.2 晶格能uu10.3.3 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：最密堆积121.00CsCl型80.732 1.00NaCl型60.414 0.732ZnS型40.225 0.

8、414构型配位数定义: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)K(g)Br(g)+=KBr(s)+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:CsCl型 A=1.763NaCl型 A=1.748ZnS型 A=1.638n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(CaO)影响晶格能的因素MgOCaOSrOBaO小大高大R

9、U熔点硬度大小低小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()离子的极化离子的极化 (离子键向共价键过渡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（8 ）（917 ）（18 ）（18+2 ）小大离子的极化率（）的一

10、般规律 Z高，小，f 大 Z相同，相近，与电子构型有关。（8 ）（917 ）（18 ）（18+2 ）f 小大影响离子极化力f 的相关因素举例：AgFAgClAgBrAgI键型 离子键晶体类型 NaCl型溶解度 大化合物颜色 浅电导率 大 金属光泽 弱共价键ZnS型 小 深 小 强物理性质变化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：熔点/405 714 782 876 96210.4 分子晶体uu10.4.1 分子的偶极矩和极化率uu10.4.2 分子间的吸引作用uu10.4.3 氢键10.4.1 分子的偶极矩和极化率uu 分子的偶极矩（）：极性分子 0非极性分子 =0双原子分

11、子:异核：HX多原子分子:同核：同核：异核uu 分子的极化率极化：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。10.4.2 分子间的吸引作用uu 色散作用uu 诱导作用uu 取向作用色散作用uu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uu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uu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HeNeAr Kr Xe分子量小大小大色散作用小大分子间力小大沸点熔点低高水中溶解度小大氢键氢键的形成：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:3187,8,9,10,11,13,15,17