《无机化学原理》电子教案：固体结构(2)

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1、无机化学原理讲义要点第10章固体结构【教学要求】1.掌握晶体学的基本概念，晶胞基本概念，晶体的类型、特征和组成晶体的微粒间的作用力；三种典型离子晶体的结构特征;晶格能的概念和离子电荷、半径对晶格能的影响；离子极化与变形性;氢键的形成条件、特点。2.理解金属键的形成和特征;晶格能对离子化合物性质的影响;离子极化理论;分子间力对物性的影响。3.了解金属晶体的密堆；晶格能的理论方法。【教学重点】晶体中离子的堆积方式与空隙；晶格能；离子极化作用；氢键；分子间力。I教学难点】金属键理论；离子极化理论。【教学时数】6§10.1晶体结构

2、和类型§10.1.1晶体结构的类型与晶格理论1.晶胞晶体的最小重复单元为晶胞，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。晶胞的两个要素：(1)晶胞的大小与形状由晶胞参数a,b心表示，a,〃,c为六面体边长，么0』分别是bc,ca,ab所组成的夹角。(2)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。按照晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系0晶胞参数晶系边长夹角晶体实例立方晶系a=b=ca=0=y=9O°NaCl三方晶系a=b=c«=0=存90°AI2O3四方晶系a=b^c心=y=90°SnC)2立方晶系a=btc哪=90°

3、尸120°Agl正交晶系a=^=7=90°HgCl2单斜晶系a/b^co=/?=90()^90°?KCIO3三斜晶系a^b^e妙0切90°CuSO4-5H2O按照带心型式分类，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晶体类型晶体类型组成粒子粒子作用力物理性质例熔沸点硬度熔融导电性金属晶体原子、离子金属键高或低大或小好Cr.K原子晶体原子共价键高大SiO2离子晶体离子离子键高大好NaCl分子晶体分子分子间力低小差干冰§10.2金属晶体§10.2.1金属晶体的结构金属晶体是

4、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。金属晶体可以看作是等径球的密堆积。金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：六方密堆积，面心立方密堆积和体心立方堆积。1•六方密堆积在同一层中，每个球周围可排6个球构成密堆积。第二层密堆积层。每个球放入第一层的三个球所形成的空隙上，第一层用A表示，第二层用B表示，第三层的球与第一层的球堆砌对齐形成ABAB.....方式，配位数为12,原子空间利用率为74%。2•面心立方密堆积与六方密堆积的区别在第三层上，第三层与第一层有错位，以ABCABC

5、.…方式排列，配位数也是12,空间利用率也是74%。3•体心立方堆积立方体晶胞的中心和8个角上各有一个金属原子，配位数为8,空间利用率为68%。密堆积间的两类空隙：•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。•八面体空隙：一层的三个球与错位排列的另一层三个球间的空隙。§10.2.2金属键理论本部分不做教学基本要求，有兴趣的同学可参考文字教材。(1)成键时价电子必须是“离域，啲，所有的价电子应该属于整个金属晶格的原子所共有；(2)金属晶格中原子很密集，能组成许多分子轨道，而且相邻的分子轨道间的能量差彳艮小，以致形

6、成“能带”；(3)“能带”也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发生的重叠，这种能带是属于整个金属晶体的；(4)以原子轨道能级的不同，金属晶体中可有不同的能带，例如导带.价带.禁带等;(5)金属中相邻的能带有时可以互相重叠.金属锂的能带结构两个锂原子的两条2s轨道组合成一条成键和一条反键轨道.既然分子轨道数等于参与组合的原子轨道数，3个、10个，n个锂原子就应产生3条、10条、n条轨道.由于这些轨道处于许多不同的能级，成键轨道间的能量差和反键轨道间的能量差随着原子数的增多都变得越来越小而形成能带.由于每个锂原子只有1个价

7、电子，该离域轨道应处于半满状态.电子成对地处于能带内部能级最低的轨道上，使能级较高的一半轨道空置・在充满了的那一半能带的最高能级上，电子靠近能量较低的空能级，从而很容易离开原来能级，进入能量略高的空能级.类型负离子晶格正离子占据空隙C・N・每个晶胞含有CsCl简单立方八面体（也是简单立方晶格）Cs+8,C188:8cs+：cr=i：iNaCl面心立方八面体（也是面心立方晶格）6:6Na+:C1=4:4立方ZnS（闪锌矿）面心立方1/2的四面体空隙（也是面心立方晶格）4:4Zn2+:S2=4:4CaF2萤石简单立方1/2的立

8、方体空隙（Ca2+呈面心立方晶格）Ca2+8,F4(8:4)Ca2+:F=4:8TiO2金红石四方体心八面体（Ti4+呈压缩的体心立方晶格）Ti4+6,O23Ti4+:O2=2:4§10.3离子晶体§10.3.1离子晶体的特征结构在离子晶体中的离子的堆积方式与金属晶体是类似的。由于离子键没有方向性和饱和