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1、第第3 3章章 晶体结构晶体结构原子核原子核电电子子原原子子分分子子物物质质气气态态液液态态固固态态化学键化学键分子分子间作间作用力用力化学键化学键晶晶体体非晶体非晶体粒子排列的有序程度粒子排列的有序程度3-1 晶体的宏观性质（晶体的宏观性质（5）宏观上判断晶体与非晶体，应综合以上三方面的宏观上判断晶体与非晶体，应综合以上三方面的特点来考察，单从一方面进行判断是不充分的。特点来考察，单从一方面进行判断是不充分的。为什么晶体与非晶体上存在如此大的差异？为什么晶体与非晶体上存在如此大的差异？内部结构不同内部结构不同（结构决定性质，性质反映结构）（结构决定性质，性质反映结构）如何探测内部结构？如何探
2、测内部结构？衍射实验衍射实验（X衍射和电子衍射）衍射和电子衍射）晶体晶体X射线衍射图射线衍射图关于晶体与非晶体关于晶体与非晶体从热力学的角度看从热力学的角度看晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定；非晶晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定；非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。晶体和非晶体之间无绝对界线晶体和非晶体之间无绝对界线同一物质在不同条件下既可形成晶体，又可形成同一物质在不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体，彼此之间在一定条件下可以实现转化。非晶体，彼此之间在一定条件下可以实现转化。3-2 晶体的基本类型晶体的基本类型根据晶体中质点以及质点之间的作用力
3、，可以根据晶体中质点以及质点之间的作用力，可以把晶体分为：把晶体分为：金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体混合晶体混合晶体金属晶体（金属晶体（2）金属晶体中金属原子是通过金属键结合在一起的。金金属晶体中金属原子是通过金属键结合在一起的。金属正离子进行堆积排列，而所有的自由电子则通过静属正离子进行堆积排列，而所有的自由电子则通过静电力把正离子电力把正离子“胶合胶合”起来，这种起来，这种”胶合胶合“作用就是金属作用就是金属键。键。金属晶体（金属晶体（3）金属的结构特点金属的结构特点金属晶体中，晶格结点上排列着金属晶体中，晶格结点上排列着金属原子金属原子，晶格结点间以，晶
4、格结点间以金属键金属键相结合；相结合；金属键金属键没有方向性、饱和性没有方向性、饱和性，属晶体的结构可以看作等径属晶体的结构可以看作等径圆球的密堆积；圆球的密堆积；金属晶体中金属晶体中金属原子的金属原子的配位数高配位数高；不同的金属单质，可能有不同的晶格类型，同种金属在不不同的金属单质，可能有不同的晶格类型，同种金属在不同的温度下，也可能发生晶格类型的转变。同的温度下，也可能发生晶格类型的转变。金属的改性共价键理论金属的改性共价键理论共用电子不属于某个或某几个原子，而属于整个共用电子不属于某个或某几个原子，而属于整个晶体晶体金属原子和离子浸泡在电子海洋中金属原子和离子浸泡在电子海洋中金属的自由
5、电子基本为金属的自由电子基本为s电子（球型）电子（球型）金属键不同于普通共价键金属键不同于普通共价键无方向、无饱和无方向、无饱和可以解释金属光泽、导电性、高温电阻增大现象、可以解释金属光泽、导电性、高温电阻增大现象、延展性延展性离子晶体（离子晶体（1）离子键：离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离离子键：离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子，正、负离子之间的子，正、负离子之间的静电作用力静电作用力，就是，就是离子键离子键。离子键的强弱用离子键的强弱用晶格能晶格能的大小来衡量。的大小来衡量。晶格能晶格能指在标准态下，拆开单位物质的量的离子晶体，指在标准态下，拆开单位物质的量的离子晶体，使其变
6、为无限远离的气态离子时，体系所吸收的能量，使其变为无限远离的气态离子时，体系所吸收的能量，用符号用符号U表示，可采用表示，可采用“玻恩玻恩-哈伯循环法哈伯循环法”计算计算离子晶体的性质离子晶体的性质离子晶体的熔点较高，硬度较大，难挥发；离子晶体的熔点较高，硬度较大，难挥发；离子晶体在溶于水或熔融时，可以导电；离子晶体在溶于水或熔融时，可以导电；离子晶体一般较脆；离子晶体一般较脆；离子晶体物质一般较易溶于水。离子晶体物质一般较易溶于水。离子晶体（离子晶体（2）离子键无方向性和饱和性离子键无方向性和饱和性，在离子晶体中正、负，在离子晶体中正、负离子尽可能地与异号离子接触，离子尽可能地与异号离子接触
7、，采用最密堆积采用最密堆积。离子晶体可以看作大离子进行等径球密堆积，小离子晶体可以看作大离子进行等径球密堆积，小离子填充在相应空隙中形成的。离子填充在相应空隙中形成的。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Cl-)晶格：简单立方配位比：8:8晶胞中离子的个数：ZnS型(立方型)晶格：面心立方(红球Zn2+,绿球S2-)配位比：4:4离子晶体中最简单的结构类型(a)NaCl型Na+Cl-(b)CsCl型型Cl-Cs+空间构型晶胞类型正、负离子的配位数每个晶胞中的分子数示 例CsCl型简单立
8、方81TlCl、CsBr、CsINaCl型面心立方64NaF、MgO、NaBr、KIZnS型由Zn2+和S2-各组成的面心立方在轴向1/4处穿插形成44BeO、ZnSe原子晶体原子晶体亦称共价晶体，晶格结点上是中性原子，原子与原子亦称共价晶体，晶格结点上是中性原子，原子与原子之间以共价键相结合（非密堆积），不断向周围空间之间以共价键相结合（非密堆积），不断向周围空间延伸，形成一个巨大的分子。延伸，形成一个巨大的分子。共价键有方向性和饱和性，因此原子晶体一般硬度大，共价键有方向性和饱和性，因此原子晶体一般硬度大，熔点高，不导电，溶解性差，不具延展性。熔点高，不导电，溶解性差，不具延展性。代表：金
9、刚石、代表：金刚石、Si、Ge、Sn等的单质，等的单质，SiC、SiO2等等金刚石的晶体结构与晶胞金刚石的晶体结构与晶胞金刚石的晶体结构金刚石的晶体结构金刚石的晶胞金刚石的晶胞（面心立方）（面心立方）石英的晶体结构与晶胞石英的晶体结构与晶胞分子晶体分子晶体定义：单原子分子或以共价键结合的有限分子，由范定义：单原子分子或以共价键结合的有限分子，由范德华力凝聚而成的晶体。德华力凝聚而成的晶体。范围：全部稀有气体单质、许多非金属单质、一些非范围：全部稀有气体单质、许多非金属单质、一些非金属氧化物和绝大多数有机化合物都属于分子晶体。金属氧化物和绝大多数有机化合物都属于分子晶体。特点：以分子间作用力结合
10、，相对较弱。除范德华力特点：以分子间作用力结合，相对较弱。除范德华力外，氢键是有些分子晶体中重要的作用力。外，氢键是有些分子晶体中重要的作用力。干冰及其晶胞干冰及其晶胞冰冰的晶胞结构示意图的晶胞结构示意图富勒烯富勒烯由于分子间作用力没有方向性和饱和性，所以对于那由于分子间作用力没有方向性和饱和性，所以对于那些些球形和近似球形的分子球形和近似球形的分子，通常也采用配位数高达，通常也采用配位数高达12的最紧密堆积方式组成分子晶体，这样可以使能量降的最紧密堆积方式组成分子晶体，这样可以使能量降低。低。最典型的球形分子是最典型的球形分子是1985年才发现的年才发现的C60分子，分子，60个个C原子组成
11、一个笼状的多面体园球，球面有原子组成一个笼状的多面体园球，球面有20个六元环，个六元环，12个五元环。经个五元环。经X射线衍射法确定，球烯射线衍射法确定，球烯C60也是面心也是面心立方密堆积结构立方密堆积结构。混合晶体混合晶体晶格的结点之间含有晶格的结点之间含有2种或种或2种以上结合力的晶种以上结合力的晶体称为混合晶体体称为混合晶体层状晶体（石墨、云母、黑磷）层状晶体（石墨、云母、黑磷）链状晶体（石棉）链状晶体（石棉）层状晶体层状晶体石墨石墨C为为sp2杂化，同一平面的杂化，同一平面的C形成离域大形成离域大 键键沿层面导电、导热能力好沿层面导电、导热能力好熔点高，性质稳定熔点高，性质稳定兼具原子晶体、金属晶体和分子兼具原子晶体、金属晶体和分子晶体特征晶体特征链状晶体链状晶体石棉石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物是镁、铁、钙硅酸盐矿物的总称。链内硅氧原子间为带的总称。链内硅氧原子间为带共价性的离子键，链状阴离子共价性的离子键，链状阴离子之间通过相隔较远的金属阳离之间通过相隔较远的金属阳离子以离子键相结，因此链间结子以离子键相结，因此链间结合力比链内结合力弱，故解理合力比链内结合力弱，故解理时易形成纤维。时易形成纤维。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！33