大学无机化学第10章-固体结构(大连理工版).ppt

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1、§10.1晶体结构和类型第十章固体结构§10.5层状晶体§10.4分子晶体§10.3离子晶体§10.2金属晶体10.1.1晶体结构的特征与晶格理论§10.1晶体结构和类型10.1.4晶体类型10.1.3非晶体准晶体10.1.2晶体缺陷基本特征：晶体是构筑晶体的原子、离子、分子在空间按一定规律周期性的重复排列。1、具有规则的几何外形2、各向异性3、固定的熔点10.1.1晶体结构的特征与晶格理论晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。由晶胞参数a，b，c，α，β，γ表示，a，b，c为六面体

2、边长，α，β，γ分别是bc，ca,ab所组成的夹角。晶胞的两个要素：1.晶胞的大小与形状：2.晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。按带心型式分类，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。简单立方体心立方面心立方简单四方体心四方简单三斜简单六方简单菱形简单正交底心正交体心正交简单单斜底心单斜面心正交10.1.2晶体缺陷1.本征缺陷由于晶体中晶格结点上的微粒热涨落所导致的缺陷。2.杂质缺陷由于杂质进入晶体后所形成的缺陷。

3、3.非化学计量化合物组成非化学计量化合物的各个元素原子的相对数目不能用整数比表示。例如：方铁矿理想化学式为：FeO实际组成范围为：Fe0.89O~Fe0.96O镧镍合金作为吸氢材料：LaNi5Hx10.1.3非晶体准晶体玻璃、沥青、石腊、橡胶等均为非晶体。非晶体没有规则的外形，内部微粒的排列是无规则的，没有特定的晶面。石英玻璃—近程有序（0.1nm以下）远程无序（20nm以上）制成光导纤维。石英晶体石英玻璃晶体的分类10.1.4晶体类型10.2.1金属晶体的结构§10.2金属晶体10.2.3金属合金10.2.

4、2金属键理论金属晶体是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。金属晶体的结构：等径球的密堆积。10.2.1金属晶体的结构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体心立方堆积六方密堆积密堆积层间的两类空隙•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。一层的三个球与错位排列的另一层三个球间的空隙。•八面体空隙：面心立方密堆积体心立方堆积10.2.2金属键理论1、电子海模型电子海模型是将金属描绘成金属正离子在电子海中规则排列。金属原子价

5、电子数目较少，核对价电子吸引力较弱。因此，电子容易摆脱金属原子的束缚成为自由电子，其为整个金属所共有。金属正离子靠这些自由电子的胶合作用构成金属晶体，这种作用就是金属键。电子海模型可以说明金属的特性。如：良好的导电性、导热性、延展性。2、能带理论能带理论把金属晶体看成为一个大分子。这个分子由晶体中所有原子组合而成。以Li为例，Li原子有1s，2s两个轨道，两个Li原子有2个1s，2个2s轨道。按MO法，两个原子相互作用时原子原子轨道重叠，形成成键轨道和反键轨道，这样由原来的原子能量状态变成分子能量状态。晶体中

6、包含原子数愈多，分子状态也愈多。分子轨道如此之多，分子轨道之间的能级差就很小，可看作连成一片成为能带。能带可看成是延伸到整个晶体的分子轨道。Li原子电子构型是1s22s1，每个原子有3个电子，价电子数是1。2s1s能量2s带半充满（导带）1s带全满（满带）Li能带示意图禁带由充满电子的原子轨道所形成的较低能量的能带叫做满带，由未充满电子的原子轨道所形成的较高能量的能带，叫做导带。Li原子1s能带是满带，而2s能带是导带。这两种能带之间的能量空隙叫禁带。金属的导电性是靠导带中的电子来体现的。根据能带结构中禁带宽

7、度和能带中电子填充状况，可把物质分为导体、绝缘体和半导体。金属镁能带的重叠导体绝缘体E＞5ev半导体E≤3ev10.3.1离子晶体的特征结构§10.3离子晶体10.3.3离子极化10.3.2晶格能离子晶体：密堆积空隙的填充。阴离子：大球，密堆积，形成空隙。阳离子：小球，填充空隙。规则：阴阳离子相互接触稳定；配位数大，稳定。10.3.1离子晶体的特征结构1.三种典型的离子晶体NaCl型晶胞中离子的个数：晶格：面心立方配位比：6:6(红球－Na+,绿球－Cl-)CsCl型晶胞中离子的个数：(红球－Cs+,绿球－C

8、l-)晶格：简单立方配位比：8:8晶胞中离子的个数：ZnS型(立方型)(灰球－Zn2+,黄球－S2-)配位比：4:4晶格：面心立方离子半径与配位数NaCl晶体NaCl晶体中一层横截面：理想的稳定结构(NaCl)配位数构型0.225→0.4144ZnS型0.414→0.7326NaCl型0.732→1.008CsCl型半径比规则定义：在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体变为气体正离子和气态负离