大连理工大学无机化学课件第10章.ppt

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1、§10.1晶体的结构特征和类型第十章晶体结构§10.5层状晶体§10.4分子晶体§10.3离子晶体§10.2金属晶体10.1.1晶体结构的特征10.1.2晶体的类型§10.1晶体的结构特征和类型10.1.1晶体结构的特征晶体是由原子、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。特征：(1)晶体具有规则的多面体外形；(2)晶体呈各向异性；(3)晶体具有固定的熔点。晶格(点阵)是晶体的数学抽象。晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。根据晶胞特征将晶体分成7种晶系和14种晶格。例如，立方晶系分为简单立方、体心立

2、方和面心立方三种型式。。10.1.2晶体的类型10.2.1金属晶体的结构§10.2金属晶体10.2.2金属键理论金属晶体是金属原子或离子彼此靠金属键结合而成的。金属键没有方向性，金属晶体内原子以配位数高为特征。金属晶体的结构：等径球的密堆积。10.2.1金属晶体的结构金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：六方密堆积，面心立方密堆积，体心立方堆积。1.六方密堆积：hcp第三层与第一层对齐，产生ABAB…方式。配位数：12空间占有率：74.05%2.面心立方密堆积：fcc第三层与第一层有错位，以ABCABC…方式排列。配位数：12空间占有率：7

3、4.05%3.体心立方堆积：bcc配位数：8空间占有率：68.02%密堆积层间的两类空隙四面体空隙：一层的三个球与上或下层密堆积的球间的空隙。八面体空隙：一层的三个球与错位排列的另一层三个球间的空隙。1.改性共价键理论（电子海模型）10.2.2金属键理论*2.能带理论金属键的量子力学模型称为能带理论，它是在分子轨道理论的基础上发展起来的。Li2分子轨道能级图金属锂的能带(1s带）(2s带）金属镁能带的重叠导体绝缘体E＞5ev半导体E≤3ev10.3.1离子晶体的结构§10.3离子晶体10.3.3离子极化10.3.2晶格能阴离子：大球，密堆积

4、，形成空隙。阳离子：小球，填充空隙。•阴阳离子相互接触稳定；•配位数大，稳定。10.3.1离子晶体的结构1.三种典型的AB型离子晶体NaCl型晶格：面心立方配位比：6:6(灰球－Na+,绿球－Cl-)晶胞中离子的个数：CsCl型晶胞中离子的个数：(红球－Cs+,绿球－Cl-)晶格：简单立方配位比：8:8晶胞中离子的个数：ZnS型(立方型)(红球－Zn2+,绿球－S2-)配位比：4:4晶格：面心立方2.离子半径与配位数NaCl晶体NaCl晶体中一层横截面：理想的稳定结构(NaCl)配位数构型0.225→0.4144ZnS型0.414→0.73

5、26NaCl型0.732→1.008CsCl型半径比规则定义：在标准状态下，将1mol的离子晶体变为气态正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，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循环K(g)Br(g)U-+KBr(s)+升华焓电离能电子亲和能则：U=689.1kJ·mol-1=89.2kJ·mol-1=418.8kJ·mol-1=15.5kJ·mol-1=96.5kJ·mol-1=-324.7kJ·mol-1=-689.1kJ·

6、mol-1=-393.8kJ·mol-1上述数据代入上式求得：+++++=2.Born-Lande公式式中：R0—正负离子核间距离，pmz1，z2—分别为正负离子电荷的绝对值，A—Madelung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。A的取值：CsCl型A=1.763NaCl型A=1.748ZnS型A=1.638n的取值：影响晶格能的因素：①离子的电荷(晶体类型相同时)②离子的半径(晶体类型相同时)③晶体的结构类型（决定A的取值）④离子电子层结构类型（决定n的取值）z↑，U↑例：U(NaCl)

7、U↓例：U(MgO)>U(CaO)离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能大,相应表现为熔点高、硬度大等性能。晶格能对离子晶体物理性质的影响：描述一个离子对其他离子变形的影响能力。离子的极化力(f)：描述离子本身变形性的物理量。离子的极化率(α)：10.3.3离子极化1.离子的极化率(α)①离子半径r：r愈大，α愈大。如α：Li+α(Mg2+)④离子电荷：负离子电荷多的极化率大。如：α(S2－)>

8、α(Cl－)⑤离子的电子层构型:(18+2)e-,18e->9－17e->8e-如：α(Cd2+)>α(Ca2+)；α(Cu+)>α(Na+)r/pm97999695一般规律：2