大学化学 第一章 物质的聚集状态5.ppt

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1、晶体的特性：晶体的特性：a.具有规则的几何外形，非晶体则没有。具有规则的几何外形，非晶体则没有。b.具有确定的熔点，非晶体只有软化温度。具有确定的熔点，非晶体只有软化温度。c.具有各向异性，即在不同的方向上有不具有各向异性，即在不同的方向上有不 同的导电性、导热性等。同的导电性、导热性等。四四.固体和晶体结构固体和晶体结构立方晶体的晶立方晶体的晶轴轴a、b、c和和它们的它们的夹角夹角、P186/图图21-3 立立 方方 四四 方方 七个晶系（七个晶系（P186/表表21-1）根根据据a、b、c三三条条晶晶轴轴的的长长度度和和、三三个个夹夹角角的大小不同可以把全部晶体分为七个晶系的大小不同可以把

2、全部晶体分为七个晶系 正正 交交 菱菱 形形 六六 方方 a=b ca=90 =120 单单 斜斜 三三 斜斜a b c；=90 ；90 a b c；90 平面点阵及有关的图案平面点阵及有关的图案 晶晶体体外外形形的的对对称称性性是是晶晶体体内内部部原原子子、分分子子和和离离子子等等结结构构粒粒子子有有序序排排列列的的反反映映。从从内内部部结结构构看看，晶晶体体都都具有周期性的点阵结构具有周期性的点阵结构直直 线线 点点 阵阵 平平 面面 点点 阵阵空 间 点 阵氯化铯晶体及其空间点阵氯化铯晶体及其空间点阵 晶格：空间点阵的晶格：空间点阵的基本结构单元基本结构单元a.氯化钠的晶体结构氯化钠的晶

3、体结构 c.面心立方晶格面心立方晶格 b.金属铜的晶体结构金属铜的晶体结构氯化铯晶体：简单立方晶格氯化铯晶体：简单立方晶格14种布拉维格子（种布拉维格子（P191）通通过过对对大大量量晶晶体体的的考考察察，法法国国的的布布拉拉维维在在1848年年指指出出，七七个个晶晶系的晶体总共有系的晶体总共有14种晶格（种晶格（14种布拉维格子种布拉维格子）一个晶格所含的结点数就得按如下的规则计算：一个晶格所含的结点数就得按如下的规则计算：1.处于晶格顶角的结点为处于晶格顶角的结点为8个毗邻的晶格共有，每个晶格只分摊个毗邻的晶格共有，每个晶格只分摊到这个结点的到这个结点的1/8；2.处于晶格面心的结点为处于

4、晶格面心的结点为2个毗邻的晶格共有，每个晶格只分摊个毗邻的晶格共有，每个晶格只分摊到面心结点的到面心结点的1/2；3.处于晶格体心的结点只能属于处于晶格体心的结点只能属于1个晶格，体心晶格就有个晶格，体心晶格就有1个体个体心结点。心结点。所以简单、底心、面心、体心四类晶格所含的结点数分别为：所以简单、底心、面心、体心四类晶格所含的结点数分别为：简单晶格的结点数为简单晶格的结点数为 8(1/8)=1个；个；底心晶格的结点数为底心晶格的结点数为 8(1/8)+2(1/2)=2个；个；面心晶格的结点数为面心晶格的结点数为 8(1/8)+6(1/2)=4个；个；体心晶格的结点数为体心晶格的结点数为 8

5、(1/8)+1=2个。个。CsCl NaCl Cu 晶胞：实际晶体最小的结构重复单元晶胞：实际晶体最小的结构重复单元晶晶 格格简单立方简单立方面心立方面心立方面心立方面心立方计计算算晶晶胞胞所所含含离离子子数数（原原子子数数）的的方方法法和和计计算算晶晶格格所所含含的的结结点点数数的的方方法法相相同同：顶顶角角上上的的一一个个原原子子算算1/8个个，面面上上的的一一个个原原子子算算 1/2 个个，体体内内的的一一个个原原子子算算 1 个个。因因为为在在晶晶胞胞的的棱棱边边上上也也有有原原子子，这这些些原原子子常常为为4个个相相互互毗毗邻邻的的晶晶胞胞所所共共有有；所所以以处处在在晶晶胞棱边上的

6、胞棱边上的1个原子只能算个原子只能算1/4个。个。CsCl:1个个Cs+离子和离子和1个个Cl 离离子子,即即1个个CsCl分子分子NaCl：4个个Na+离子和离子和4个个Cl 离子，即离子，即4个个NaCl分子分子Cu：4个个Cu原子原子晶体的类型晶体的类型a.金属晶体金属晶体 b.离子晶体离子晶体c.共价晶体共价晶体 d.分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体金金属属键键没没有有方方向向性性。如如果果把把金金属属原原子子看看作作一一个个个个小小小小的的圆圆球球，许许多多金金属属原原子子紧紧密密地地堆堆砌砌在在一一起起就就形形成成了了球球密密堆堆积积结结构构。球球密密堆堆积积结结构构是是金金属属晶

7、晶体体的的基基本本结构。结构。球密堆积结构球密堆积结构 紧密堆积的一层圆球紧密堆积的一层圆球密置层密置层非密置层非密置层二类不同的球密堆积二类不同的球密堆积结构结构 第一类堆积方式第一类堆积方式 六方密堆积六方密堆积 （六方晶格）（六方晶格）金属晶金属晶体的晶胞体的晶胞 六方密堆积结构六方密堆积结构 2个金属原子个金属原子第二类堆积方式第二类堆积方式 立方密堆积立方密堆积 （面心立方晶格）（面心立方晶格）二类不同的球密堆积二类不同的球密堆积结构结构 金属晶金属晶体的晶胞体的晶胞 立方密堆积结构立方密堆积结构 4个金属原子个金属原子六六方方密密堆堆积积和和立立方方密密堆堆积积是是金金属属晶晶体体

8、的的二二种种最最常常见见的的结结构构，在在这这二二种种结结构构中中每每个个金金属属原原子子周周围围都都紧紧密密地地排排列列着着12个个相相邻邻的的金金属属原原子子。换换句句话话说说，在在具具有有六六方方密密堆堆积积和和立立方方密密堆堆积积结结构构的的金金属属晶晶体体中中，金金属属原子的配位数都是原子的配位数都是12。体心立方堆积结构体心立方堆积结构（体心立方晶格）（体心立方晶格）2个金属原子个金属原子金属原子配位数金属原子配位数=8金属晶体的金属晶体的晶胞晶胞 除除六六方方密密堆堆积积和和立立方方密密堆堆积积二二种种最最紧紧密密的的堆堆积积结结构构外外，还还有有一一种种堆堆得得比比较较松松的的

9、常常见见堆堆积积结结构构，叫叫体体心心立方堆积。立方堆积。1 体心立方晶格体心立方晶格每个晶胞含每个晶胞含2个金属原子数个金属原子数 (4r)2=a2+2a2=3a2 4r=(3)1/2 a r=(3)1/2 a/4 空间利用率空间利用率:24(3)1/2 a/43/3/a 3 100%=68%2 面心立方晶格面心立方晶格每个晶胞含每个晶胞含4个金属原子数个金属原子数(4r)2=a2+a2=2a2 4r=(2)1/2 a r=(2)1/2 a/4 空间利用率空间利用率:44(2)1/2 a/43/3/a 3 100%=74%3 六方六方晶格晶格每个晶胞含每个晶胞含2个金属原子数个金属原子数 空

10、间利用率空间利用率:74%例题：例题：金属钙具有面心立方晶格，钙的原子半径为金属钙具有面心立方晶格，钙的原子半径为 180 pm。（1）计算晶胞的边长。（计算晶胞的边长。（2）1cm3 钙晶体中有多少个晶钙晶体中有多少个晶胞。（胞。（3）计算金属钙的密度。）计算金属钙的密度。Ca的摩尔质量的摩尔质量40.08 g/mol 解解：（1）已知：已知：(4r)2=a2+a2=2a2 a=4r/(2)1/2 已知已知 r为为 180 pm,代入代入:a=2 (2)1/2 180 =509 pm=5.09 10-8 cm1 pm=10 12 m（2）晶胞体积晶胞体积 V=a3 V=(5.09 10-8

11、cm)3 晶胞个数：晶胞个数：1cm3 /(5.09 10-8 cm)3 =7.51 1021个个（3)1cm3 金属钙的质量：金属钙的质量：40.08 4 7.51 1021/(6.023 x 1023)=2.030 g 金属钙的密度为：金属钙的密度为：2.030 g/cm3离子晶体离子晶体离离子子键键也也没没有有方方向向性性，在在离离子子晶晶体体中中的的正正负负离离子子也也是紧密地堆积在一起。是紧密地堆积在一起。金属离子的配位数：最邻近的相反离子的数目金属离子的配位数：最邻近的相反离子的数目NaCl，Na+：6，Cl-：6AB型离子晶体：阳离子的配位数型离子晶体：阳离子的配位数 =阴离子的

12、配位数阴离子的配位数NaCl：经验式或最简式：经验式或最简式 负离子比正离子大，金属离子（正离子）的配位数取负离子比正离子大，金属离子（正离子）的配位数取负离子比正离子大，金属离子（正离子）的配位数取负离子比正离子大，金属离子（正离子）的配位数取决于正负离子的半径比决于正负离子的半径比决于正负离子的半径比决于正负离子的半径比r+/r-比比:0.225 r+/r-0.414,0.414 r+/r-0.732,0.732 r+/r-1配位数配位数:4 6 8离子晶体离子晶体类型类型:ZnS型型 NaCl型型 CsCl型型 四面体空隙四面体空隙 八八面体空隙面体空隙 P125 CsCl的晶胞和简单立

13、方晶格的晶胞和简单立方晶格金属离子就嵌在金属离子就嵌在立方体的中央立方体的中央1个个Cs+离子和离子和1个个Cl 离离子，即子，即1个个CsCl分子分子(2rCs+2rCl)2=a2+2a2NaCl的晶胞和面心立方晶格的晶胞和面心立方晶格Na+分布在八面分布在八面体空穴中体空穴中4个个Na+离子和离子和4个个Cl 离子，即离子，即4个个NaCl分子分子2rNa+2rCl =a面心立方晶格和面心立方晶格和ZnS的晶胞的晶胞Zn2+占据一半的四面占据一半的四面体空穴体空穴4个个Zn2+离子和离子和4个个S2 离离子子共价晶体共价晶体共共价价晶晶体体中中，原原子子间间通通过过共共价价键键形形成成遍遍

14、及及整整个个晶晶体体的的共共价价网网络络。由由于于共共价价键键有有方方向向性性，晶晶体体中中原原子子的的空空间间排排列列主主要要决决定定于于共共价价键键的的空空间间指指向向。所所以以在在共共价晶体中原子间没有球密堆积的特征。价晶体中原子间没有球密堆积的特征。金刚石晶体的共价网络金刚石晶体的共价网络 金刚石晶体的晶胞金刚石晶体的晶胞（含（含8个个C原子）原子）面心立方晶格面心立方晶格金刚石晶体的结构金刚石晶体的结构 石墨晶体的结构石墨晶体的结构 碳原子平面层碳原子平面层石墨晶体的晶胞石墨晶体的晶胞（4 4个个C C原子）原子）分子晶体分子晶体分分子子晶晶体体的的结结构构单单元元是是分分子子，分分

15、子子间间以以范范德德瓦瓦尔尔斯斯力力互互相相作作用用。范范德德瓦瓦尔尔斯斯力力也也没没有有方方向向性性，分分子子晶晶体体也也具具有有分分子子间间紧紧密密堆堆积积的的结结构构，但但分分子子本本身身的的几几何形状对晶体结构有很大的影响。何形状对晶体结构有很大的影响。二层碘分子的堆积二层碘分子的堆积 碘晶体的晶胞碘晶体的晶胞 碘晶体的结构碘晶体的结构 底心正交晶格底心正交晶格 a b c =90o作业：作业：P193：3/b(Cs的摩尔质量为的摩尔质量为132.905 g/mol)P194：15(CaO的摩尔质量为的摩尔质量为56.077 g/mol)15:(b)中的中的“标记这些离子的空间位置标记这些离子的空间位置”不要不要 对应书上的内容：对应书上的内容：P121下下 129P186 193P199下下 2081 pm=10 12 m