《无机材料科学基础》第1章结晶化学基本原理.ppt

,材料科学基础,第一章晶体化学基本原理,材料科学基础,本章要点1、相关概念2、晶体紧密堆积方式3、堆积球：四面体空隙：八面体空隙4、鲍林规则,材料科学基础,定义,晶体化学研究晶体的组成、内部结构和性质之间的关系一门学科,材料科学基础,1.1原子半径和离子半径1.1有效半径：原子或离子在晶体结构中处于相互接触时的半径。离子晶体中：相邻接触的阴、阳离子的中心距即为该阴、阳离子半径和共价晶体中：两个相邻键和原子的中心距即为两原子共价半径和金属单质晶体中：两个相邻原子的中心距的一半即为金属原子半径1.2说明（1）结合元素不同,有效半径不同OF2）离子价态不同、配位数不同，有效半径不同（P320附录三）3）有效半径不是严格的概念（极化影响）1.3有效半径的意义：（1）最大限度与晶体中实测键长相一致（2）是晶体化学的基本参数之一,材料科学基础,2、球体紧密堆积原理,2.1等大球紧密堆积及其空隙2.1.1平面的排列形式,材料科学基础,2.1.2六方紧密堆积（ABAB-）和立方紧密堆积（ABCABC-）,.1.3空隙四面体空隙：由两层四个球堆积而成的空隙八面体空隙：由三层六个球堆积而成的空隙堆积球：四面体空隙：八面体空隙=n:2n:n=1:2:12.2不等大球的紧密堆积：大球作紧密堆积，小球按体积大小填充空隙,材料科学基础,3.配位数（CoordinationNumber,CN）晶体结构中，一个原子或离子周围与之相邻结合的原子个数或所有异号离子个数,材料科学基础,金属材料：一个原子周围与它直接相邻结合的原子个数，常称为原子配位数。12、8。离子晶体材料：一个离子周围与它直接相邻结合的所有异号离子个数，常称为离子配位数。8、6、4,材料科学基础,共价键晶体：由于方向性和饱和性，因此其配位数不符合紧密堆积原则，CN较低（4、3）。高分子材料：质点的配位情况非常复杂，很难定义。,材料科学基础,4.配位多面体,配位多面体是指物质结构中，与某个质点构成配位关系而相邻结合的各个质点中心连线所构成的多面体。该质点处于配位多面体的中心位置，而配位质点的中心处于配位多面体的顶角上。,材料科学基础,图3-2几种典型的配位形式及其相应的配位多面体,材料科学基础,图3-3不同正负离子半径比的配位结构的稳定性,材料科学基础,4、离子极化指离子在外电场作用下，形状和大小发生改变的现象。,材料科学基础,图3-4离子极化示意图,材料科学基础,极化过程包括两个方面：(1)一个离子在其他离子所产生的外电场的作用下发生极化，即被极化。极化率=/F(2)一个离子以其本身的电场作用于周围离子，使其他离子极化，即主极化。极化力,材料科学基础,阴离子半径较大，易于变形而被极化，主极化能力较低。阳离子半径较小，当电价较高时其主极化作用大，而被极化程度较低。,材料科学基础,现象：离子之间电子云相互穿插阴、阳离子之间的距离缩短结果：改变了离子的配位数、离子键的键性（混合键型）晶体的结构类型。,材料科学基础,5、电负性,当原子失去一个电子时所需要消耗的能量（即电离能），用I表示；当获得一个电子时所释放的能量（即电子亲合能），用Y表示。习惯上以0.18（I+Y）称为元素的电负性，用以比较各种元素吸引电子的能力。,材料科学基础,Pauling指出用元素的电负性差值来计算化合物中离子键的成分,材料科学基础,6、结晶化学定律6.1哥而德希密特定律一个晶体结构，取决于其组成单位的数目、相对大小和极化性质,材料科学基础,6.2Pauling规则,材料科学基础,Pauling第一规则围绕每一个阳离子，形成一个阴离子配位多面体，阳离子处于中心位置，阴离子处于多面体的顶角；阴、阳离子的间距决定于它们的半径之和，阳离子的配位数则取决于它们的半径之比，与离子的价数无关，也称多面体规则,材料科学基础,如果阴离子作紧密堆积，当阳离子处于八面体空隙，考虑所有离子都正好两两相切的临界情况，6配位的临界半径比：,材料科学基础,立方体8配位的临界半径比,材料科学基础,表1-10正、负离子半径比与阳离子配位数及配位多面体形状,材料科学基础,Pauling第二规则在稳定的离子晶体结构中，从所有相邻接触的阳离子到达一个阴离子的静电键强度的总和，等于阴离子的电荷数。静电价规则,材料科学基础,中心阳离子分配给每个配位阴离子的静电键强度,材料科学基础,设阴离子电荷数Z-，阴离子配位数，则有,材料科学基础,Pauling第三规则在晶体结构中，每个配位多面体以共顶方式连接，共棱连接，特别是共面连接方式存在时，会使结构的稳定性降低,材料科学基础,图3-6四面体或八面体相互连接情况,材料科学基础,Pauling第四规则在一个含有多种阳离子的晶体中，电价高而配位数小的那些阳离子所