无机材料化学第2讲ppt课件.ppt

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1、本章内容：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2.1晶态与非晶态物质状态：气态、液态、固态及等离子态（体）实际使用的材料绝大部分是固态，包括:晶态和非晶态晶体特征：质点（原子、离子、分子或原子团）在三维空间呈周期性重复排列。长程有序。非晶体特征：质点在三维空间呈无序状排列，不存在长程的周期性，但在几个原子间距的范围内质点排列仍然有一定的规律。长程无序，短程有序。玻璃非晶体石英晶体晶体和非晶体的特性区别：晶体具有各向异

2、性，即不同方向上的电（热）导率、折光率、解理性等不同；而非晶体表现为各向同性；晶体有固定的熔点；而非晶体没有，只有熔化温度范围；晶体能使X射线发生衍射，而非晶体则不能；从热力学讲，晶态结构处于平衡态（相对稳定的状态），非晶态结构则处于非平衡状态（亚稳态），非晶态有向晶态转变的趋势，但通常由于动力学原因，此转变非常缓慢，实际上难以实现。与晶态的有序结构相比，非晶态是一种无序结构，但又不像气体和液体那样完全没有规则，而存在着短程有序。目前对非晶态固体结构的认识远不如对晶体结构深入，还无法精确测定非晶态材料中原子的三维排列状况，只能以模型的方法进行

3、描述和研究。对非晶态玻璃结构描述有：微晶学说和无规则网络学说。对非晶态金属结构描述有：硬球无规则密堆学说。常见的材料中，金属材料、大多数无机材料和部分高分子材料都是以晶态形式存在。因此研究材料的晶体结构就显得尤为重要。2.2化学键和晶体的类型化学键：分子或晶体中原子或离子之间的结合作用（力）。可分为：离子键、共价键、金属键、范德华键（力）与以上化学键型对应的晶体类型分别为：离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体2.2.1离子键与离子晶体离子键：带异性电荷离子间的静电吸引力。离子晶体的质点：正离子和负离子。离子键特点：无饱和性和方向性；正、负离

4、子相间作紧密堆积，配位数较高。离子晶体特点：结构稳定；硬度大、熔点高，膨胀系数小；无延展性、脆性较大；通常为电的绝缘体；溶液或熔体中可导电；纯的离子晶体通常为无色透明的。氯化钠的晶体结构典型离子晶体类型：AB型：碱金属卤化物、碱土金属氧化物和硫化物等；AB2型：CaF2、TiO2、ZrO2等；AB3型：ReO3、BiF3、ScF3、UCl3等；A2B3型：La2O3、Mn2O3、α-Al2O3等；ABO3型：CaTiO3、FeTiO3等；ABO4型：ZrSO4、AlPO4、CaSO4、CaWO4等；AB2O4型：MgAl2O4（尖晶石）等。2

5、.2.2共价键与共价晶体共价键：原子间共享电子形成。原子晶体的质点：原子。共价键特点：具有饱和性和方向性；配位数小、原子堆积密度低。共价晶体特点：具有高熔点和高硬度。导电性差，熔体也不导电。典型的共价晶体：硅（Si）、金刚石（C）、金刚砂（SiC）、立方ZnS、六方ZnS、氮化硅（Si3N4）、锑化铟（InSb）等。金刚石晶体结构二氧化硅晶体结构2.2.3金属键与金属晶体金属正离子密堆积形成点阵结构，自由电子（从金属原子上脱落）在其中自由运动形成电子气。金属晶体是靠自由电子与各金属离子间的公有引力结合而成。电子气（云）模型金属键是没有饱和性和

6、方向性、高度离域的共价键。金属晶体中：原子之间的配置符合最密堆积原理，原子的配位数很大，一般为8~12。金属晶体特点：优良的导电性和导热性；具有金属光泽；一般是不透明的；有较好的延展性和塑性。金属晶体实例：Cu、Ag、Al、Zn、Fe、Mn等。A1A2A32.2.4范德华键与分子晶体范德华键：是一种较弱的分子间（或原子间）作用力。特点：没有饱和性和方向性。作用范围:约0.3～0.5nm分子晶体质点：单原子（如惰性气体元素）或共价分子。干冰及其晶胞典型的分子晶体：惰性气体元素单质（固态Ar）及绝大多数有机化合物；非金属单质，硫（S8）、白磷（P

7、4）、碘（I2）等。非极性氧化物，如干冰（CO2）等。分子晶体特点及局限性：键能小，熔点低，硬度小，在较低温度下即熔融或升华分解成相应的分子单位。分子晶体几乎没有作为固体材料使用的，很少有实际的技术用途。范德华力在许多固体材料中普遍存在。2.2.5混合键型晶体混合键型晶体晶体结构内部包含有两种以上化学键型的晶体。主要有链状结构和层状结构:层状结构－石墨晶体同层内：C-C以共价键相结合，还存在离域大π键。层与层之间：以范德华力相结合。石墨中的化学键：共价键，范德华键和金属键（具有金属键的性质，但本质上有差别）。石墨是一种介于共价晶体、分子晶体和

8、金属晶体之间的过渡型晶体。石墨的层状结构层间为分子间力层间剥离得到石墨稀链状结构－石棉晶体（镁、铁、钙硅酸盐矿物总称）硅氧四面体共用顶角O原子连成单链状结构(SiO