《晶体化学基本原理》PPT课件

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1、Chapter2CrystalStructure2.1结晶学基础知识2.2晶体化学基本原理2.3无机非金属单质晶体结构2.4无机化合物晶体结构2.5硅酸盐晶体结构2.2晶体化学基本原理一、晶体中质点间的结合力与结合能1.晶体中质点间的结合力（1）晶体中键的类型离子键（ionicbond）化学键共价键（covalentbond）金属键（metallicbond）物理键范德华键（VanderWaalsbond）氢键（hydrogenbond）由此把晶体分成5种典型类型：离子晶体、共价晶体（原子晶体）、金属

2、晶体、分子晶体、氢键晶体。1）离子键离子键实质离子键：由正、负离子依靠静电库仑力而产生的键合。离子晶体：质点之间主要依靠静电库仑力而结合的晶体。典型离子晶体：第I族碱金属元素和第VII族卤族元素结合成的晶体，如NaCl，CsCl等。NaCl晶体结构中的离子键与晶胞结构离子键特性a)无方向性离子核外电荷分布为球形对称，因此在各方向上都可与相反电荷离子相吸引。b)无饱和性一个离子可以同时和几个异号离子相结合。例如，NaCl晶体中，每个C1-离子周围都有6个Na＋离子，每个Na＋离子也有6个C1-离子等距离

3、排列。Na＋离子和C1-离子在空间三个方向上不断延续就形成了NaCl离子晶体。离子晶体性质1)离子键结合力很大，故离子晶体结构非常稳定，反映在宏观性质上，离子晶体的熔点高，硬度大，热膨胀系数小;2)离子晶体若发生相对移动，将失去电平衡，离子键被破坏，故离子晶体多为脆性;3)离子键中很难产生可以自由运动的电子，则离子晶体都是很好的绝缘体;4)大多数离子晶体对可见光透明，在远红外区有一特征吸收峰——红外光谱特征。2)共价键共价键实质共价键：原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠而产生的键合。共价晶体或原子

4、晶体：靠共价键结合的晶体。典型的共价晶体：第IV族元素C（金刚石），Si，Ge，Sn（灰锡）等的晶体，属金刚石结构。共价键特性有饱和性有方向性单质Si：Si－Si键为共价键。1个4价Si原子，与其周围4个Si原子共享最外层的电子，从而使每个Si原子最外层获得8个电子。1对共有电子代表1个共价键，所以1个Si原子有4个共价键与邻近4个Si原子结合，形成四面体结构，其中共价键之间的夹角约为109o。单质Si结构中的共价键与晶胞结构3）金属键金属键实质金属键：是元素失去最外层电子（价电子）后变成带正电的离子

5、和自由电子组成的电子云之间的静电库仑力而产生的结合。金属晶体：靠金属键结合的晶体。典型金属晶体：第I、II族及过渡金属元素的晶体。金属键特性无方向性无饱和性金属元素最外层电子一般为1~2个，组成晶体时每个原子的最外层电子都不再属于某个原子，而为所有原子所共有，因此可以认为在结合成金属晶体时，失去了最外层电子的正离子“沉浸”在由价电子组成的电子云中。金属键结合力主要是正离子和电子云之间的静电库仑力，对晶体结构没有特殊的要求，只要求排列最紧密，这样势能最低，结合最稳定。4）范德华键（分子键）分子键实质范德

6、华键（分子键）：是通过“分子力”而产生的键合。分子力包括三种力：a)定向作用力（葛生力，Keesenforce）极性分子中的固有偶极矩产生的力；b)诱导作用力（德拜力，Debyeforce）感应偶极矩产生的力，即极性分子和非极性分子之间的作用力；c)色散作用力（伦敦力，Londonforce）非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力。分子晶体性质分子晶体结合力很小，在外力作用下，易产生滑动并造成很大变形，所以分子晶体熔点、硬度都很低。典型非极性分子晶体：惰性元素在低温下所形成的晶体，是透明的绝缘体，熔点极低。

7、如NeArKrXe－249℃－189℃－156℃－112℃典型极性分子晶体：HCl，H2S等在低温下形成的晶体。5）氢键氢键：氢原子同时和两个电负性很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合所形成的键，是一种特殊形式的物理键，也具有饱和性。典型氢键晶体：冰（H2O）铁电材料磷酸二氢钾（KH2PO4）实际晶体中的键合作用可用键型四面体表示：四面体顶点代表单一键合，边棱上的点代表由两种键共同结合，侧面上的点表示由三种键共同结合，四面体内任意一点由四种键共同结合。（2）晶体中键的表征键型四面体（2）晶体

8、中键型的估算大多数氧化物及无机材料晶体中的化学键主要包含离子键和共价键。Pauling通过大量研究发现，可以根据各元素的电负性差别来判断键的类型。元素的电负性：元素的原子在形成价键时吸引电子成为负离子倾向大小的度量，表征了原子对电子的吸引能力。有：x∝I+E或x＝k（I+E）式中x——元素的电负性；I——元素的原子失去一个电子成为正离子时所需消耗的能量（为正值），称为元素的电离能；E——元素的原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量（为负值），称为元素的