离子晶体.ppt

晶体类型 根据形成晶体的化合物的种类不同可以将晶体分为 离子晶体 分子晶体 原子晶体和金属晶体 1 离子晶体 离子键无方向性和饱和性 在离子晶体中正 负离子尽可能地与异号离子接触 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 小离子填充在相应空隙中形成的 离子晶体多种多样 但主要可归结为3种基本结构型式 三配位 四配位 六配位 X X X X M M M a b c 1 正负离子相互接触 而负离子之间不接触 稳定 2 正负离子之间和负负离子之间都相互接触 3 负离子之间接触 而正负离子之间不接触 不稳定 图10 4 1八面体配位中正负离子的接触情况 配位多面体的极限半径比 配位多面体配位数半径比 r r 平面三角形30 155四面体40 225八面体60 414立方体80 732立方八面体121 000 构性判断 半径比 r r 推测构型0 225 0 414四面体配位0 414 0 732八面体配位 0 732立方体配位 1 NaCl 1 立方晶系 面心立方晶胞 2 Na 和Cl 配位数都是6 3 Z 4 4 Na C1 离子键 5 Cl 面心立方最密堆积 Na 填充在Cl 的全部正八面体空隙中 NaCl的晶胞结构和密堆积层排列 2 CsCl型 1 立方晶系 简单立方晶胞 2 Z 1 3 Cs Cl 离子键 4 配位数8 8 5 原子的坐标是 Cl 000 Cs 1 21 21 2 CsCl CsBr CsI NH4Cl 3 ZnS ZnS是S2 最密堆积 Zn2 填充在一半四面体空隙中 分立方ZnS和六方ZnS 立方ZnS 1 立方晶系 面心立方晶胞 Z 4 2 S2 立方最密堆积 3 配位数4 4 4 Zn2 填充在一半四面体空隙中 六方ZnS 1 六方晶系 简单六方晶胞 2 Z 2 3 S2 六方最密堆积 4 配位数4 4 6 2s 000 2 31 31 2 2Zn 005 8 2 31 31 8 CaF2 CaF2的晶体结构 4 CaF2 TiO2 TiO2 金红石 的结构 黑球 Ti白球 O 5 TiO2 金红石 型 图TiO2 金红石 2 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 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 干冰及其晶胞 3 原子晶体 定义 以共价键形成的晶体 共价键由方向性和饱和性 因此 原子晶体一般硬度大 熔点高 不具延展性 代表 金刚石 Si Ge Sn等的单质 SiC SiO2等 4 金属晶体 金属键是一种很强的化学键 其本质是金属中自由电子在整个金属晶体中自由运动 从而形成了一种强烈的吸引作用 绝大多数金属单质都采用A1 A2和A3型堆积方式 而极少数如 Sn Ge Mn等采用A4型或其它特殊结构型式 金属晶体 ABABAB 配位数 12 例 MgandZn Ti ABCABC 配为数 12 例 Al Cu Ag Au 立方密堆积 面心 金 gold Au 体心立方e g Fe Na K U 简单立方 钋 Po 练习题 题目 研究离子晶体 常考察以一个离子为中心时 其周围不同距离的离子对它的吸引或排斥的静电作用力 设氯化钠晶体中钠离子跟离它最近的氯离子之间的距离为d 以钠离子为中心 则 1 第二层离子有个 离中心离子的距离为 它们是离子 12 钠 NaCl NaCl型晶体的结构 晶胞结构 2 已知在晶体中Na 离子的半径为116pm CI 离子的半径为167pm 它们在晶体中是紧密接触的 求离子占据整个晶体空间的百分数 3 纳米材料的表面原子占总原于数的比例极大 这是它的许多特殊性质的原因 假设某氯化钠纳米颗粒的大小和形状恰等于氯化钠晶胞的大小和形状 求这种纳米颗粒的表面原子占总原子数的百分比 4 假设某氯化钠颗粒形状为立方体 边长为氯化钠晶胞边长的10倍 试估算表面原子占总原子数的百分比 NaCl NaCl型晶体的结构 晶胞结构 解答 1 12 钠离子 2 V晶胞 2 116pm 167pm 3 181 106pm3V离子 4 4 3 116pm 3 4 4 3 167pm 3 104 106pm3V离子 V晶胞 57 5 3 26 27 96 4 10倍晶胞的纳米颗粒的离子总数 213 92619倍晶胞的纳米颗粒的离子总数 193 685910倍晶胞的纳米颗粒的表面离子数 9261 6859 2402表面原子数所占比例 2402 9261 26 练习题 NiO晶体的结构型式与NaCl晶体的结构型式完全相同 Ni2 与最邻近的O2 的核间距为a 10 10m 试计算NiO晶体的密度 已知NiO的摩尔质量为74 7g mol 1 练习题 1999年美国 科学 杂志报道 在40GPa高压下 用激光器加热到1800K 人们成功制得了原子晶体干冰 下列推断正确的是A原子晶体干冰有很高的熔点 沸点 有很大的硬度B原子晶体干冰易气化 可用作制冷材料C原子晶体干冰硬度大 可用作耐磨材料D每摩尔原子晶体干冰中含2molC O键 练习题 已知下列晶体的熔点 NaCl 801 AlF3 1291 AlCl3 190 BCl3 107 Al2O3 2045