第6讲晶体结构

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1、第6讲晶体结构［竞赛要求］晶胞。原子坐标。晶格能。晶胞屮原子数或分子数的计算及化学式的关系。分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。配位数。晶体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型，如NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS）、螢石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钟、镁、铜等。点阵的基本概念。晶系。宏观对称元素。十四种空间点阵类型。分子的极性。相似相溶规律。分子间作用力。范德华力。氢键。其他分子间作用力的一般概念。【知识梳理】—、离子键理论1916年德国科学家Kossel（科塞尔）提出离子键理论。（一）离子键的形成1、形成过程以NaCl

2、为例：（1）电子转移形成离子Na—e~=Na+Cl+e_=Cl~相应的电子构型变化：2522p63.v,2.s,22p6；3s23p53〃23/?6分别达到Ne和Ar的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。（2）靠静电吸引，形成化学键，体系的势能与核间距之间的关系如图所示：注：横坐标一一核间距r。纵坐标一一体系的势能V。纵坐标的零点一一当r无穷大时，即两核之间无限远时，势能为零。下面来考察Na+和Cl_彼此接近时，势能V的变化。图屮可见：r〉r（）时，随着r的不断减小，正负离子靠静电相互吸引，V减小，体系趋于稳定。r=rQ时，V有极小值，此时体系最稳定，表明形成了离

3、子键。r

4、的作用。△X〉1.7,实际上是指离子键的成分（百分数）大于50%。（2）易形成稳定离子Na+（2?2p6）^Cl-（3?3p6）,达到稀有气体稳定结构，Ag+（4J10）f/轨道全充满的稳定结构。所以，NaCl、AgCl均为离子化合物；而C和Si原子的电子结构为要失去全部价电子形成稳定离子，比较困难，所以一般不形成离子键。如CC14、SiF4等，均为共价化合物。(3)形成离子键，释放能量大Na⑴+l/2Cl2^=NaCl⑴/H=一410.9kJ•mol―1在形成离子键吋，以放热的形式，释放较大的能量。(二)离子键的特征1、作用力的实质是静电引力F(6/16/2

5、)(

6、度，而且大小关系一致。通常，晶格能比较常用。如何求得晶格能？2、玻恩-哈伯循环(Born-HaberCirculation)Born和Haber设计了一个热力学循环过程，从己知的热力学数据出发，计算晶格能。具体如下：+1/2CI，⑼AHj+CI-,AH,(g)△/A等于Na(s>的升华热(S),即△况=5=-108.8kJ•mol一1△//2等于(:匕…的离解能(£>)的一半，即△//2=(1/2)£)=-119.7kJ•mol一1△//3等于的第一电离能(/,),即△H3=/l=496kJ•mol一1△仏等于Cl⑻的电子亲和能(£)的相反数，B

7、JAH4=-£

8、=-348.7kJ-mol_1等于NaCl的晶格能((/)的相反数，即△H5=-(7=?△H6等于NaCl的标准生成热(△/O即=-410.9kJ•mol—1由盖斯定律：AH,+AH2+AH3+A//4+AH5所以：△H5=AH6—(A//,+AH2+AH3+AZ/4)即：C/=AH,+AH2+AH3+AH4-=108.8+119.7+496-348.7+410.9=186.7kJ•mol一1以上关系称为Born-Haber循环利用盖斯定律，通过热力学也可以计算NaCl的离子键的键能。AH-B叫画-EI卜卜Nr.Na的第一电离能/l;Cl的电子亲合能£的相反数N

9、aCl的晶格能G的相反数