温州大学无机化学讲义

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1、§10.1晶体结构和类型第十章固体结构§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晶体结构的特征与晶格理论§10.1晶体结构和类型10.1.4晶体类型10.1.3非晶体准晶体10.1.2晶体缺陷10.1.1晶体结构的特征与晶格理论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。2.晶格理论的基本概念由晶胞参数a，b，c，α，β，γ表示，a，b，c为

2、六面体边长，α，β，γ分别是bc，ca,ab所组成的夹角。晶胞的内容包括粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。。10.1.2晶体缺陷非化学计量化合物1.本征缺陷由于晶体中晶格结点上的微粒热涨落所导致的缺陷。2.杂质缺陷由于杂质进入晶体后所形成的缺陷。3.非化学计量化合物组成非化学计量化合物的各个元素原子的相对数目不能用整数比表示。例如：方铁矿理想化学式为：FeO实际组成范围为：Fe0.89O~Fe0.96

3、O镧镍合金作为吸氢材料：LaNi5Hx10.1.3非晶体玻璃、沥青、石腊、橡胶等均为非晶体。非晶体没有规则的外形，内部微粒的排列是无规则的，没有特定的晶面。石英玻璃—近程有序（0.1nm以下）远程无序（20nm以上）制成光导纤维。石英晶体石英玻璃晶体的分类10.1.4晶体类型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1.六方密堆积：hcp第三层与第一层对齐，产生

4、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：74.05%3.体心立方堆积：bcc配位数：8空间占有率：68.02%金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：六方密堆积(HexagonalclosePacking)；面心立方密堆积(Face-centredCubicclosePacking)；体心立方堆积(Body-centredCubicPacking)。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。一层的三

5、个球与错位排列的另一层三个球间的空隙。•八面体空隙：1.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，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离子晶体的特征结构三种典型的AB型离子晶体NaCl型晶格：面心立方配位比：6

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)(灰球－Zn2+,黄球－S2-)配位比：4:4晶格：面心立方半径比规则: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→0.7326NaCl型0.732→1.008CsCl型半径比规则定义：在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体变为气体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。U1

7、0.3.2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)+升华焓电离能气化热电子亲和能则：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·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，Z1，Z2—分别为正负

8、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