晶体的点阵结构与X射线衍射法.pptx

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1、单价金属单价金属Na的能带结的能带结构构Na的能带结构:1s、2s、2p能带都是满带，而3s能带中只填充了其中 N2个轨道，是部分填充电子的能带，即导带第1页/共65页 Mg的3s能带虽已填满，但与3p空带重叠，总体看来也是导带 金属金属Mg的能带结构的能带结构叠带或重带凡是填有价电子的能带称为价带。价带和与其毗邻的空带以及两者之间的禁带是晶体能带中最重要的部分。第2页/共65页 导体 价带为导带，价电子由较低能级跃迁到同一能带内较高能级，所需要的能量最少，跃迁最容易。第3页/共65页 绝缘体Eg 5 eV 只有满带和空带，且Eg超过5 eV,在一般电场条件下难以将满带电子激发入空带，因此不能

2、形成导带.第4页/共65页Eg CaO;对于NaCl、KBr来说，因为氯离子和钠离子的半径均小于溴离子和钾离子的所以NaClKBr，因此总的结果为：MgOCaONaClKBr。第41页/共65页 来自异号离子的电场作用使离子的电子云偏离球对称，产生诱导偶极矩.这种现象就是离子极化:三、离子极化和键型变异现象1.1.离子的极化：第42页/共65页 正负离子都有极化对方和被对方极化的能力,但通常把正离子视为极化者,负离子为被极化者.极化力一般的大致与2/r（为电价数，r为离子半径）成正比。另外，含有dn电子的离子，比一般离子的极化力强。同价离子的半径越大，和与此相联系的负离子价数越高，正离子价数越

3、低，极化率和可极化性越大。第43页/共65页2.键型变异现象极化力强和变形性大的离子之间，特别是含dn电子的正离子与极化率大的负离子之间，产生较大的相互极化，导致离子键向共价键过渡，这种现象叫键型变异现象。导致：配位数降低，键长逐渐缩短，键能和点阵能增大。为什么AgX中只有AgF溶于水,而AgCl,AgBr和AgI的溶解度显著下降?因为随着键型中共价性成份的增多,在溶剂水的作用下,将键拆开也越来越困难.第44页/共65页 晶晶体体的的结结构构型型式式取取决决于于结结构构基基元元的的数数量量关关系系、离离子子的的大大小小关关系系与与极极化化作作用用的性质的性质.四四.Goldschmidt（哥希

4、密特）（哥希密特）晶体化晶体化学定律学定律第45页/共65页 离子键没有方向性和饱和性.所以,离子晶体结构也可用非等径圆球堆积来描述.通常,较大的负离子形成等径圆球密堆积,正离子填在空隙中.离子半径比与配位数的关系 CaF2型+-第46页/共65页 极化效应很小时，决定正离子配位数CN+的主要因素是正负离子半径比r+/r-.对于几种确定的CN+，理论上要求的r+/r-临界值(最小值)如下:第47页/共65页离子半径比与配位数的关系离子半径比与配位数的关系正三角形正三角形3 30.155正四面体正四面体4 40.225正八面体正八面体6 60.414正方体正方体8 80.732(12(12)1C

5、NCN+=r r+/r r-=配位体配位体第48页/共65页NaCl:配位数为6，面心立方CsCl:配位数为8，体心立方第49页/共65页在离子晶体中，相邻的正、负离子具有或接近具有球对称的电子云，它们可被看成是不等径的圆球。离子键的键长也可被看成是正、负离子的不等径圆球相切时的核间距。因此，离子半径是指离子在晶体中的“接触”半径。五、离子半径1.1.离子半径的测定（1 1）哥希密特离子半径：（2 2）鲍林离子半径：第50页/共65页+（a a）负离子互相接触，正负离子不相接触（可计算r-）(a)(b)(c)（b b）负离子和正负离子都互相接触（可确定r+和 r-）（c c）正负离子互相接触，

6、负离子不相接触（可确定r+r-）第51页/共65页+(a)(b)(c)晶体晶体MgOMnOCaOMgSMnSCaSa/pm421444480519521568MgS为（a):CaS为（c):CaO为(c):MnO为(c):第52页/共65页5.6共价键型晶体、分子型晶体和混合型晶体共价键型晶体、分子型晶体和混合型晶体的结构与应用的结构与应用共价键型晶体主要是指由同种非金属元素或由异种元素的原子以共价键结合而成的无限分子的晶体，这类晶体也称为共价型原子晶体。如果原子间是以共价键形成有限分子，再以分子作为结构基元构成的晶体，则其微粒间的键型已不再是共价键，这类晶体称为分子晶体。如果虽是由原子形成无

7、限分子，但原子间的键型并不纯属共价键，则为混合键型晶体。第53页/共65页一共价键型晶体及其特性1.共价键型晶体及其特性所谓共价晶体，是指原子间通过共价键结合起来的晶体。由于共价性晶体内键的饱和性和方向性，决定了这类晶体不具有像金属那样的延展性，良好的导电、导热性；由于共价键的结合力比离子键的结合力强，一般说来其硬度较大，熔点较高。2.典型共价键型晶体第54页/共65页金刚石的结构共价键型晶体金刚石每个碳原子通过sp3杂化轨道与其他碳原子形成共价键，故配位数为4，把C-C作为结构基元，其点阵形式为立方面心结构，属立方ZnS型结构，A4堆积。每个CC4中，中心C以4个sp3杂化轨道与4个近邻的C

8、形成4个 键和4个*键。4个 键完全填满电子，4个*键为全空。多个CC4基团形成晶体时，由于成键能带是满带，而反键能带是空带，两者之间的禁带的宽度大，因而金刚石不能导电。第55页/共65页由于共价型晶体具有的结构特征，决定了这种类型的晶体中原子的共价半径并不受密堆积的制约。在共价型晶体中，原子的共价半径与共价键分子中完全一致。3.3.共价半径分子型晶体是指单原子分子或以共价键结合的有限分子由范德华力或氢键等弱键凝聚而成的晶体。二、分子型晶体的结构第56页/共65页 直线型CO2位于立方晶胞顶点与面心，分子轴平行于立方体体对角线.使分子本身尽量适应分子的非球形形状而紧凑堆积。1.共价 分子晶体实

9、例：CO2第57页/共65页 2氢键和氢键型晶体课本P283图8.33示出六方晶系的冰Ih的结构。每个O原子周围都有4个H原子，其中2个H距O较近，以共价键结合；另2个H距O较远，则是以氢键相连。O的配位数为4。为了形成较稳定的四面体型结构，水分子中原有的键角（105）也稍稍扩张，使各键之间都成为四面体角（109.5）。这种结构比较疏松，所以冰表现出密度比水小的特殊性质。第58页/共65页三混合键型晶体的结构1.1.混合键型晶体及石墨晶体的结构 石墨晶体中的C原子通过sp2杂化轨道以共价键与其他C原子连结成六元环形的蜂窝式层状结构，在层中C原子的配位数为3，每两个相邻C原子间的键长为142pm

10、；另外，每个C原子还有一个垂直层平面的p轨道，可以形成贯穿全层的多原子的大键。层内为共价键结合，层间通过分子间作用力结合。内部结构包含有两种以上键型的晶体，可统称为混合键型晶体。其中最典型的是石墨晶体。第59页/共65页有一立方晶系的离子晶体，其结构如图所示，试回答下列问题：晶胞中各种离子的位置(用分数坐标表示)；晶体所属的点阵型式；已知Cs+半径169pm，C1-半径181pm，Cs+，C1-离子半径大致相近，试问此两种离子联合组成了何种型式的密堆积，画出示意图；Cu2+处在何种空隙里?Cu2+和Cs+对C1-的配位数各是多少?第60页/共65页灰锡为立方面心金刚石型结构，晶胞参数a=648

11、.9pm，写出晶胞中八个Sn原子的原子分数坐标；算出Sn的原子半径；灰锡的密度为5.77103kg/m3，求Sn的原子量；白锡为四方晶系，a583.1pm，c318.2pm，晶胞中含四个锡原子，请通过计算说明由白锡变为灰锡，体积是膨胀还是收缩?已知白锡中SnSn平均键长为310pm，判别哪一种晶型中的SnSn键强?哪一种Sn的配位数高?八个原子的分数坐标为：键长为立方晶胞体对角线的1/4：原子半径：第61页/共65页 晶胞中含八个Sn原子，故原子量为：白锡密度：从两者的密度数据可知，由白锡变为灰锡，体积膨胀。因为白锡中SnSn平均键长为310pm，而灰锡中SnSn平均键长为281pm，从键长数

12、据可知灰锡中的SnSn键较强。由密度数据可推测在白锡由于密度较高，所以Sn的配位数较高。第62页/共65页CaF2是立方晶系，其晶胞含有四个钙原子和八个氟原子，已知晶胞周期为 5.45，钙的原子量为40，氟为19.试计算CaF2的晶体密度。解：晶胞中有4个钙原子和八个氟原子，即4个CaF2，所以晶胞中的结构基元数为4。又晶胞周期即为晶胞的边长 a=5.4510-10 则晶体的密度 第63页/共65页 有一黄铜合金含Cu75，Zn 25(质量百分比)，晶体密度为8.5103kg/m3，晶体属立方面心点阵结构，晶胞中含有4个原子，Cu原子量63.5，Zn原子量65.4，求Cu和Zn所占的原子百分数，每个晶胞中合金的质量是多少?晶胞体积多大?原子的半径多大?Cu所占原子百分数为：Zn所占原子百分数为：100%75.6%24.4%每个晶胞中合金的质量为：第64页/共65页感谢您的观看。第65页/共65页