晶体化学基本原理.ppt

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1、第二节晶体化学基本原理晶体中的结合键晶体中质点的堆积化学组成与晶体结构的关系同质多晶与类质同晶鲍林规则一、晶体中的结合键结合键：原子之间的结合力，主要表现为原子间吸引力和排斥力的合力结果。（基本结合或一次键)离子键共价键金属键化学键（派生结合或二次键)范德华键氢键离子极化……物理键1、晶体中键的类型（1）离子键(NaCl)本质：正负离子之间的静电吸引作用特点：结合力大、无方向性和饱和性离子晶体特征：配位数较高、硬度高、强度大、熔点较高、常温绝缘、熔融后导电、无色透明.如NaCl、KCl、AgBr、PbS、Mg

2、O…（2）共价键((H2，HF)本质：共用电子对(电子云的重叠)特点结合力很大:电子位于共价键附近的几率比其它地方高方向性:S态电子的运动是绕原子核球形对称，但三对P电子的运动则是分别成“棒槌状”，互相垂直饱和性:一个原子只能形成一定数目的共价键，因此只能与一定数目的原子相键合共价晶体特征：原子配位数小，无塑性(脆)，晶体硬度、熔（沸）点高、挥发性低.绝缘体共价电子正离子如金刚石、Si、Ge（3）金属键本质：金属离子与自由电子（公用电子气）的静电吸引作用特点：无方向性和饱和性金属晶体特征：配位数较高、密度大、

3、电阻随温度升高而增大、强韧性好、导电和导热性良好、特有金属光泽电子云金属原子（4）分子间力(范德华键——I2)本质：原子（分子、原子团）之间的偶极矩作用——分子间力特点：结合力小，无方向性和饱和性极化原子之间吸引力正负电荷中心不重合分子晶体特征：熔点低，硬度小、绝缘性良好静电力：极性分子间永久偶极距诱导力：极性分子与非极性分子间诱导偶极距色散力：非极性分子间瞬时偶极距分子间作用力按原因和特性分为三种：（5）氢键（H2O）本质：分子间力特点：方向性、饱和性形成条件：分子中有氢和电负性很强的其它非金属元素。这样才

4、能形成极性分子和一个裸露的质子晶体中五种键型的比较键型离子键共价键金属键范德华键氢键作用力静电库仑力共用电子对静电库仑力分子间力特点无方向性无饱和性方向性饱和性无方向性无饱和性无方向性无饱和性饱和性方向性晶体性质离子晶体（NaCl）共价晶体（Cl2、Si－O）金属晶体（Cu、Fe)分子晶体（干冰CO2）氢键晶体（冰H2O）熔点高、硬度大、导电性能差、膨胀系数小熔点高、硬度大、导电性能差良好的导电性、导热性、延展性、塑性★混合键在材料中单一结合键的情况并不是很多，大部分材料的原子结合键往往是不同键的混合。过渡金

5、属：半金属共价键极性共价键陶瓷化合物：气体分子、聚合物、石墨：共价键+范德华键金刚石：典型的共价键石墨：层状晶体 ，层面内三个共价键，与层面垂直方向还应有一个电子,具有金属键性质 ，层面之间靠很弱的范德华键结合。层片之间非常容易运动 ，沿层片方向是一种良导体。石墨：混合键金刚石与石墨晶体结构2、晶体中键的表征键型四面体3、晶体中离子键、共价键比例的估算电负性——可定性的判断结合键的类型电负性：是指各元素的原子在形成价键时吸引电子的能力，用以表征原子形成负离子倾向的大小。鲍林用电负性差值△X＝XA－XB来计算化

6、合物中离子键的成份。差值越大，离子键成分越高。电负性差值越大，离子键分数越高。离子键分数与电负性差值（XA－XB）的关系当两个成键原子的电负性相差很大时，如周期表中I－VII族元素组成的化合物，主要是离子键；电负性相差小的元素的原子之间成键，主要是共价键，也有一定的离子键成份，价电子不仅为两原子共享，而且应偏向于电负性大的原子一边；同种原子之间成键，由于电负性相同，可以是共价键，也可能是金属键。判断NaCl、SiC、SiO2的键性例：一般情况下，可用经验公式估算A、B两种元素组成的陶瓷中离子键性比例：PAB=

7、1-exp[-(xA-XB)2/4]xA-XB为AB两元素的电负性，PAB为陶瓷的离子键比例键能（原子的结合能）：原子在平衡距离下的作用能。其大小相当于把两个原子完全分开所需作的功，结合能越大，原子结合越稳定。不论何种类型的结合键，固体原子间总存在两种力：一是吸引力，来源于异类电荷间的静电吸引；二是同种电荷之间的排斥力。4、结合键的本质结合键的类型及键能的大小对材料的物理性能和力学性能有重要影响。物理性能：熔点、密度……力学性能：弹性模量、强度、塑性……5、结合键与性能结合键种类键能(kJ/mol)熔点硬度导

8、电性键的方向性离子键586-1047高高固态不导电无共价键63-712高高不导电有金属键113-350有高有低有高有低良好无分子键<42低低不导电有1、最紧密堆积原理晶体中各原子或离子间的相互结合，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。此即球体最紧密堆积原理。适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。二、晶体中质点的堆积等径球体的紧密堆积：晶体由一种元素组成，单质（原子），