固体结构(V)-离子与共价晶体结构

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1、第二章固体结构第一节晶体学基础第二节金属的晶体结构第三节合金相结构第四节离子晶体结构第五节共价晶体结构第六节聚合物的晶态结构第七节非晶态结构第四节离子晶体结构4.1离子晶体的主要特点4.2离子晶体的结构规则-Pauling规则4.3几种简单的离子晶体结构4.4硅酸盐的晶体结构第五节共价晶体结构5.1共价晶体的特点5.2共价晶体的结构4.1离子晶体的主要特点一、概念：离子晶体：正负离子通过离子键结合起来的晶体。二、离子晶体的主要特点：(无机非金属材料)硬度高、强度大熔点、沸点高热膨胀系数小、脆性大导电、导热差无色透明三

2、、离子晶体中质点的堆积特点晶体中各离子间的相互结合，可以看作是球体的堆积。球体堆积的密度越大，系统的势能越低，晶体越稳定。半径大的负离子作最密堆积，半径小的正离子充填空隙。正离子与周围的负离子形成负离子配位多面体，配位多面体相连形成一个三维的晶体结构。四、离子晶体的配位多面体和配位数(1)配位多面体配位多面体：指物质结构中，与某个质点构成配位关系而相邻结合的各个质点中心连线所构成的多面体。该质点处于配位多面体的中心位置，而配位质点的中心处于配位多面体的顶角上。负离子配位多面体：离子晶体结构中，与某一个正离子成配位关系

3、而连接的各个负离子中心线所构成的多面体。(2)配位数金属晶体材料：一个原子周围与它直接相邻结合的原子个数，常称为原子配位数。12、8。离子晶体材料：一个离子周围与它直接相邻结合的所有异号离子个数，常称为离子配位数。8、6、4。共价键晶体：由于方向性和饱和性，因此其配位数不符合紧密堆积原则，CN较低（4、3）。4.2离子晶体的结构规则-Pauling规则Pauling第一规则——多面体规则Pauling第二规则——电价规则Pauling第三规则Pauling第四规则Pauling第五规则——节约规则Pauling第一规

4、则-负离子配位多面体规则在离子晶体中，正离子周围形成一个负离子配位多面体，正负离子之间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比，也称多面体规则。如果阴离子作紧密堆积，当阳离子处于八面体空隙，考虑所有离子都正好两两相切的临界情况，6配位的临界半径比：立方体8配位的临界半径比图(a)、(b)为稳定的图形，中心的正离子与周围的四个负离子都相切；(c)为不稳定的图形，中心的正离子与周围的负离子均不相切。当负离子半径大于某一临界值后，中心的正离子就不能与其周围的负离子相切。只有当R+／R-等于

5、或大于某一(最小)临界值后，某一结定配位数的结构才是稳定的。为了降低晶体的总能量，正、负离子趋于形成尽可能紧密的堆积，即一个正离子趋于有尽可能多的负离子为邻。因此，一个最稳定的结构应当有尽可能大的配位数，而这个配位数又取决于正、负离子半径的比值。正、负离子半径比与阳离子配位数及配位多面体形状Pauling第二规则-电价规则在稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z-等于或接近等于与之邻接的各正离子静电强度S的总和。中心阳离子分配给每个配位阴离子的静电键强度设阴离子电荷数Z-，则有Pauling第三规则-负离子多面体共

6、用顶、棱和面得规则在晶体结构中，每个配位多面体以共顶方式连接；共棱连接特别是共面连接方式存在时，会使结构的稳定性降低。四面体或八面体相互连接情况Pauling第四规则-不同种类正离子配位多面体间连接规则在含有多种阳离子的晶体中，电价高而配位数小的那些阳离子所形成的配位多面体，有尽量互不结合的趋势。Pauling第五规则-节约规则在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地倾于一致，也称节约规则。鲍林规则虽然是一个经验性的规则，但在描述、理解离子晶体的结构，特别是复杂离子晶体的结构时，提供了许多方便。简单

7、立方八面体间隙简单立方Cs:Cl=8:84.3几种简单的离子晶体结构Cl——面心立方Na——八面体间隙（面心立方）Na+:Cl-＝6:6面心立方4.4硅酸盐的晶体结构1、硅酸盐的结构特点（a）基本结构单元：[SiO4]。（b）结合键与结构：主要是离子键结合，含一定比例的共价键，硅位于氧四面体的间隙。（c）[SiO4]四面体可弧立存在，或两个[SiO4]四面体间共顶相连。（d）Si4+间不存在直接的键，通过O2-联接，每个氧最多被两个多面体共有。（e）Si-O-Si的结合键不形成一直线，而是折线，键角接近145度。硅酸

8、盐晶体中的氧（1）桥氧：连接2个Si4+的氧，Si-O-Si（2）非桥氧：连接一个Si4+的氧，Si-O-R（3）非桥氧可与K+、Na+、Al3+、Mg2+、Ca2+连接2、硅酸盐晶体的结构分类（1）岛状硅酸盐，[SiO4]四面体弧立存在，无桥氧，Si：O=1：4（2）组群状硅酸盐双四面体一个桥氧Si：O=1：7三节环三个桥氧四节环四个桥氧Si