无机材料化学(第3讲)课件.ppt

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1、第二章无机材料的晶体结构与缺陷2.1晶态与非晶态2.2化学键和晶体的类型2.3等径球体密堆积2.4鲍林（Pauling）规则2.5无机材料典型晶体结构2.6间隙相和间隙化合物2.7晶体结构的缺陷第一规则（负离子配位多面体规则）在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于正负离子的半径比。此规则指明了围绕着正离子的负子配位多面体的性质。2.4　鲍林（Pauling）规则鲍林规则概括总结了离子晶体中围绕正离子堆积的负离子配位多面体的性质和相互连接规律。离子

2、半径比R+/R-与配位数的关系正离子配位数空隙（配位多面体）构型半径比R+/R-示意图2线　性0~0.1553三角形0.155~0.2554四面体0.255~0.4146八面体0.414~0.7328立方体0.732~1.000褐色圆球表示处于空隙位置的正离子在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z—等于或接近等于相邻各正离子至该负离子的静电强度S的总和。静电键强度:负离子的电价数:该规则指明了一个负离子与几个正离子相连,它是关于几个配位多面体公用顶点的规则。此式对与一个负离子键连的所有正离求和。第二规则（电价规

3、则）例1：NaCl晶体r+/r-Na+--Cl-静电键强度s=1/6，6个Na+至Cl-的诸键强之和正好等于Cl-的电价数（-1）。=0.54Na+的配位数为6，配位多面体构型为八面体。即每个Cl-是6个[NaCI6]配位八面体的公共顶点。Na+Cl-例2：CaF2晶体r+/r-=0.79，Ca2+离子的配位数为8,配位体构型为立方体。Ca2+至F-的静电键强度：S

4、=2/8=1/4F-离子的电价数为-1，要求有4个Ca2+与F-配位，即F-是4个配位立方体的顶点。例3：硅酸盐离子晶体中，Si4+处于O2-负离子的正四面体空隙中，配位数为4。r+/r-=0.29，Si4+－O2-的静电键强度为4/4=1,O2-电价为-2价，每个O2-要与2个Si4+离子键连。因此，在硅酸盐晶体中，硅氧四面体[SiO4]是共顶连接的，每个顶点O2-为两个四面体所共有。2.5无机材料典型晶体结构岩盐(NaCl)型(AB型)Cl-作面心立方紧密积，Na+填满所有的4个八面体空隙（r+/r-=0.54）;

5、正、负离子配位数比为6∶6。面心立方点阵构成的晶体结构属于NaCl型结构的化合物有：（i）离子键型的碱金属卤化物、碱土金属氧化物和硫化物;（ii）过渡键型的金属氧化物、硫化物及间隙型的碳化物和氮化物。如：NaCl、NaI、MgO、SrO、BaO、CdO、MnO、CoO、NiO、TiN、ScN、LaN、ZrN、CrN、TiC这一结构的化合物，多数具有熔点高、稳定性好等特点，如MgO的熔点为2852℃，CaO的熔点为2600℃，TiC的熔点为3140℃。(2)闪锌矿（立方或β-ZnS）型S2-作面心立方紧密堆积，Zn2+离

6、子相间占据其中1/2的四面体空隙（r+/r-=0.40）。正、负离子配位数比4∶4。(AB型)属于立方ZnS型结构的化合物有：β-ZnS、β-SiC、AIP、GaAS、InSb、立方-BN等。固体化学中的等电子规则：价电子相同的化合物具有类似的结构。举例：Ⅲ－Ⅴ和Ⅱ－Ⅵ族及Ⅳ－Ⅳ族化合物如：立方-BN、AIP、GaAS、InSb、β-ZnS、β-SiC,组成这些化合物的原子的平均价电子数目与单质C相同，应具有金刚石形结构(与立方ZnS型相同,碳原子占据锌离子和硫离子的位置)。(3)萤石（CaF2）型(AB2型)Ca2+

7、作面心立方紧密堆积，F-占据所有的四面体空隙。Ca2+与F-的配位数比8∶4。CaF2的结构也可看成是F-简单立方堆积，Ca2+填入1/2的立方体空隙中。（r+/r-=0.79）。Ca2+F-属于CaF2型结构的化合物有：CaF2，CeO2，UO2，ZrO2，HfO2，BaF2，PbF2等。（4）尖晶石（MgAl2O4）型尖晶石：MgAl2O4O2-离子面心立方紧积，Mg2+占据1/8四面体隙，Al3+占据1/2八面体隙。（AB2O4型）尖晶石晶胞图每一个尖晶石晶胞含32个O2-，8个Mg2+和16个Al3+，即一

8、个晶胞中相当于含有8个[MgAl2O4]“分子”。每个尖晶石晶胞含8个小立方体，每一小立方体含4个O2-，共32个O2-。32个O2-堆积形成64个四面体空隙和32个八面体空隙(1∶2∶1)。AB2O4型中：A和B的总电价为8。A为二价金属，如：Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Zn2+、Ni2+等；B为三价金属，如：Al3