无机非金属材料导论-1章结构基础ppt课件.ppt

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1、第1章无机非金属材料的结构基础1.1结合键1.1.1离子键一、离子键的形成二、离子键的特征当电负性较小的活泼金属元素的原子与电负性较大的活泼非金属元素的原子相互接近时，金属原子失去最外层电子形成带正电荷的阳离子；而非金属原子得到电子形成带负电荷的阴离子。阳、阴离子之间除了静电相互吸引外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的相互排斥作用。当阳、阴离子接近到一定距离时，吸引作用和排斥作用达到了平衡，系统的能量降到最低，阳、阴离子之间就形成了稳定的化学键。这种阳、阴离子间通过静电作用所形成的化学键称为离子键。一、离子键的形成3、配位数

2、一个原子或离子邻近周围的同种原子或异号离子的个数，称为原子配位数或离子配位数。NaCl晶体，Na+的配位数为6，如图1.2所示。CsCl晶体：Cs+的配位数为8，如图1.3.阳、阴离子半径比与配位数的关系的示意图abc在△abc中，ab=bc=2(r++r－),ac=4r－，则:[2(r++r－)]2+[2(r++r－)]2=(4r－)2r+=0.414r－阳、阴离子的半径比为：当r+/r－=0.414时，阳、阴离子是直接接触，阴离子也是直接接触。当r+/r－>0.414时，阳、阴离子直接接触，阴离子不再接触，这种构型比较稳定，这

3、就是配位数为6的情况。但当r+/r－>0.732时，阳离子相对较大，它有可能接触更多的阴离子，从而使配位数提高到8。当r+/r－<0.414时，阴离子直接接触，而阳、阴离子不能直接接触，这种构型是较不稳定的。由于阳离子相对较小，它有可能接触更少的阴离子，可能使配位数减少到４。离子晶体中，阳、阴离子的半径比与配位数、晶体构型的这种关系称为离子半径比规则。离子极化对化学键型的影响1.1.2共价键1.1.3金属键1.2晶体结构1.2晶体结构AX、AX2、A2X3型晶体类型，都是一种正离子和一种负离子相结合的简单晶体，具有如下规律：P14

4、1.2.2硅酸盐晶体结构一、定义硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。二、硅酸盐化学式写法(1)氧化物的顺序：各元素写成相应的氧化物，元素的价态保持不变。一价碱金属氧化物→二价、三价金属氧化物→二氧化硅→水氧化物前系数配置原则：除氧外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配系数顺序按先金属后非金属，金属元素中按金属活动顺序表依次排列，中间用“·”间隔。(2)无机铬盐的写法：先是一价、二价的金属离子，其次是铝离子和硅离子

5、，最后是氧离子，按一定的离子数比例。三、硅酸盐结构的一般特点及分类1、硅酸盐结构的特点（1）硅酸盐结构中的Si4+间不存在直接的键，而Si4+与Si4+的连接是通过O2-来实现的。（2）构成硅酸盐的基本结构是[SiO4]四面体，Si4+位于四面体中心，O2-位于四面体角顶。SiOOOO（3）每一个氧最多只能被两个[SiO4]所共有。（4）两个邻近的[SiO4]只能共顶而不能以共棱或共面方式相连，否则将造成结构不稳定性。（5）[SiO4]中O—Si—O的结合键不是一条直线，而是一折线(≈145°)。   （6）在硅酸盐晶体中，除

6、了硅和氧以外，组成中还含有其他阳离子多达50多种，因此其结构十分复杂。常发生同晶取代。145°(7)在硅酸盐晶体中，对于每个硅氧四面体之中的氧，又可分为桥氧和非桥氧。桥氧、非活性氧：两个[SiO4]四面体之间共用的氧离子。非桥氧、活性氧、自由氧：只与一个[SiO4]四面体中的Si4+配位的氧。桥氧、非活性氧非桥氧、活性氧、自由氧2、分类硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是水泥、普通陶瓷、玻璃、耐火材料等传统硅酸盐工业的主要原料。各种硅酸盐晶体结构共同的特点是结构中都含有硅氧四面体[SiO4]，硅酸盐晶体结构就是以这些[S

7、iO4]作为基本结构单元，由它们相互连接构筑起来的，并且它们之间的不同连接方式，就决定了硅酸盐晶体的结构类型，分为：岛状、组群状、链状、层状和架状。硅酸盐晶体种类归纳于下表。66硅酸盐晶体的结构类型不同的结构在组成上得到反映，可以用O/Si比值来表征。当O/Si=4时，[SiO4]完全孤立存在，通过其他离子配位多面体连接形成硅酸盐晶体；随着O/Si下降，部分[SiO4]之间直接连接，亦即它们的连接程度增加，结构形式处于岛状到架状之间的某种结构；当[SiO4]之间完全相互直接连接形成架状结构时，O/Si=2。因此O/Si这个参数就决

8、定了硅酸盐晶体中[SiO4]之间的连接程度与结构类型。硅酸盐晶体中的硅氧四面体的结构类型二、硅酸盐晶体结构1、岛状结构1）岛状结构的特点所谓岛状结构硅酸盐晶体是指结构中的硅氧四面体以孤立状态存在。硅氧四面体之间没有共用的氧。硅氧四面体中的氧离子，除