液态与固态课件

1、液态与固态1第六章第六章 液态与固态液态与固态 构成物质的分子的聚合状态称为物质的聚集构成物质的分子的聚合状态称为物质的聚集态，简称物态。态，简称物态。凝聚态：液态、固态凝聚态：液态、固态（外加：等离子态与超密态）（外加：等离子态与超密态）液态与固态2液态与固态36.1 固体固体一、引言一、引言 固体物质的主要特征是它保持自己一定的体积（与气态不固体物质的主要特征是它保持自己一定的体积（与气态不同）和一定形状（与液态不同）的能力。同）和一定形状（与液态不同）的能力。固体材料固体材料的应用：的应用：原子能技术原子能技术宇航技宇航技术术无线电技术无线电技术日常生活和工农业生产日常生活和工农业生产液

2、态与固态4液态与固态5液态与固态6液态与固态7(1970.4.24)液态与固态8国际空间站国际空间站液态与固态9液态与固态10液态与固态11液态与固态12超导体超导体(线线)液态与固态13核磁共振核磁共振液态与固态14钻石的原子钻石的原子隧道电子显微镜隧道电子显微镜:铁原子在铜表面铁原子在铜表面液态与固态15 对固体材料的内部结构，以及对其中的电子、原对固体材料的内部结构，以及对其中的电子、原子的各种运动规律的研究已经发展成一门独立的综合子的各种运动规律的研究已经发展成一门独立的综合性的学科性的学科-固体物理学固体物理学。固体物理学固体物理学凝聚态物理学凝聚态物理学手段：手段：X射线衍射射线衍

3、射中子衍射中子衍射扫描电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜透射电子显微镜(TEM)原子力显微镜原子力显微镜电磁性质的测定等电磁性质的测定等新材料新材料液态与固态16二、晶体与非晶体二、晶体与非晶体液态与固态17（一）、晶体的宏观性质（一）、晶体的宏观性质1、晶体具有规则的几何外形、晶体具有规则的几何外形晶面角守恒定律晶面角守恒定律：晶体规则外形体现在属于同一晶种的：晶体规则外形体现在属于同一晶种的两个对应晶面间或两晶棱间夹角均恒定不变。两个对应晶面间或两晶棱间夹角均恒定不变。晶面的交线称为晶面的交线称为晶棱晶棱，晶棱汇集点称为，晶棱汇集点称为顶点顶点。2、晶体具有各向异性特征、晶体

4、具有各向异性特征3、晶体有固定的熔点和溶解热、晶体有固定的熔点和溶解热方解石晶体液态与固态18（二）、单晶体和多晶体（二）、单晶体和多晶体单晶体单晶体：在整块晶体中沿各个方向晶体结构周期性在整块晶体中沿各个方向晶体结构周期性 地、完整地重复。地、完整地重复。多晶体多晶体：微晶粒之间结晶排列方向杂乱无章。微晶粒之间结晶排列方向杂乱无章。单晶体或多晶体单晶体或多晶体：只要由同种材料制成，它在给定：只要由同种材料制成，它在给定 压强下的熔点、溶解热是确定。这是压强下的熔点、溶解热是确定。这是鉴别鉴别 晶体、非晶体晶体、非晶体的最简单的方法。的最简单的方法。液态与固态19三、晶体的微观结构和对称性三、

5、晶体的微观结构和对称性（一）晶体的微观结构（一）晶体的微观结构1912年年 德国德国 物理学家物理学家 Laue(1879-1960) x射线射线 证实晶体内证实晶体内部粒子部粒子 呈规则排列，呈规则排列， 1914年获得诺贝尔物理奖年获得诺贝尔物理奖结点：结点：表示晶体粒子质心所在位置的这些点称为结点。表示晶体粒子质心所在位置的这些点称为结点。结点的总体称为结点的总体称为空间点阵。空间点阵。平移周期平移周期原胞：原胞：取一结点为顶点，其边长等于平移周期的平行六面体作取一结点为顶点，其边长等于平移周期的平行六面体作为基本单元这样的基本单元称为为基本单元这样的基本单元称为原胞原胞原胞各边的尺寸称

6、为原胞各边的尺寸称为点阵常数点阵常数。液态与固态20aab液态与固态21最简单的四种：最简单的四种：面心立方点阵（面心立方点阵（fcc）;体心立方点阵（体心立方点阵（bcc）；）；六方密堆积点阵（六方密堆积点阵（hcc）；）；简立方点阵。简立方点阵。14种种空间点阵空间点阵液态与固态22（二）、晶体的对称性及对称操作（二）、晶体的对称性及对称操作 对称性对称性是物质的状态和运动规律在是物质的状态和运动规律在对称性操对称性操纵下纵下的性质。的性质。若将几何图形经过适当变换（如：旋转、平移、镜面若将几何图形经过适当变换（如：旋转、平移、镜面反射、反演或这些对称操作的组合），其图形完全复反射、反演或

7、这些对称操作的组合），其图形完全复原，则该图形即具有相应的原，则该图形即具有相应的对称性对称性。（三）、长程有序与短程有序（三）、长程有序与短程有序液态与固态23四、晶体的结合键四、晶体的结合键 晶体结合力也称为晶体结合力也称为化学键化学键，在键形成时所放出的，在键形成时所放出的能量称为能量称为结合能结合能。1、离子键、离子键 离子键相互结合的单位不是原子而是离子键相互结合的单位不是原子而是离子离子。它们之间的。它们之间的结合依靠离子间结合依靠离子间库仑库仑相互作用。相互作用。 离子晶体是由正、负离子构成的一个整体，是由正、离子晶体是由正、负离子构成的一个整体，是由正、负离子排列形成的负离子排

8、列形成的空间点阵空间点阵，这样的结合是最紧密的。，这样的结合是最紧密的。如：如：NaCl特点特点：硬度较高、有透明感、呈非金属光泽，熔点：硬度较高、有透明感、呈非金属光泽，熔点很高，在熔体中呈离子导电。很高，在熔体中呈离子导电。液态与固态242、共价键（又称原子键）、共价键（又称原子键） 当形成键的粒子（原子）的一方或双方的电子为当形成键的粒子（原子）的一方或双方的电子为非满壳层结构时，两粒子间产生电子交换作用致使形非满壳层结构时，两粒子间产生电子交换作用致使形成电子对，这样所形成的化学键称为成电子对，这样所形成的化学键称为共价键共价键。共价键共价键定向性：指原子只能在特定的方向上形成共价键。

9、定向性：指原子只能在特定的方向上形成共价键。饱和性：是指一个原子只能形成一定数目的共价键。饱和性：是指一个原子只能形成一定数目的共价键。由共价键组成的晶体称为原子晶体。由共价键组成的晶体称为原子晶体。如：金刚石如：金刚石特点：特点：共价键的作用很强，所以原子晶体强度大、熔共价键的作用很强，所以原子晶体强度大、熔点高、升华热高、导电性低、挥发性低。点高、升华热高、导电性低、挥发性低。液态与固态25 在在冰和氟化氢冰和氟化氢等晶体中，具有单个共价键的一个氢原子与等晶体中，具有单个共价键的一个氢原子与吸引电子能力很强吸引电子能力很强的氧或氟等元素结合成共价键时，其电子云的氧或氟等元素结合成共价键时，

10、其电子云被氧或氟强烈吸引，其共有电子强烈地偏向氧或氟，这种共价被氧或氟强烈吸引，其共有电子强烈地偏向氧或氟，这种共价键的离子性特别强，以致使氢原子称为键的离子性特别强，以致使氢原子称为裸露的质子裸露的质子。这时，这。这时，这个半径很小、带部分正电荷的裸露氢离子除与氧或氟结合外，个半径很小、带部分正电荷的裸露氢离子除与氧或氟结合外，还可以与另一个极性离子相结合，这种结合键称为还可以与另一个极性离子相结合，这种结合键称为氢键氢键。4、范德瓦耳斯键（分子键）、范德瓦耳斯键（分子键） 外层电子外层电子已饱和已饱和的原子（如：氩、氖等）和分子（如：的原子（如：氩、氖等）和分子（如：HCl、CO、O2等）

11、在等）在低温下低温下组成组成晶体晶体时，粒子间有一定的来自分子性时，粒子间有一定的来自分子性偶极子偶极子的电相互作用，也有与两分子（或原子）中电子的电相互作用，也有与两分子（或原子）中电子瞬时位瞬时位置置有关的有关的吸引力吸引力，这种很微弱的结合力称为，这种很微弱的结合力称为范德瓦耳斯键。范德瓦耳斯键。3、氢键、氢键液态与固态26由范德瓦耳斯键作用组成的晶体称为由范德瓦耳斯键作用组成的晶体称为分子晶体分子晶体特点特点：硬度小、熔点低、容易挥发硬度小、熔点低、容易挥发。5、金属键、金属键极性分子吸引极性分子无及分子吸引 金属晶体金属晶体可以认为是被浸没在可以认为是被浸没在公有化公有化价电子云价电

12、子云背景中的背景中的正离子实正离子实。 特点：特点：具有高熔点、高硬度、良好的导电性和具有高熔点、高硬度、良好的导电性和导热性等。导热性等。液态与固态27五、晶体的热学性质五、晶体的热学性质1 1、升华热、升华热 摩尔升华热摩尔升华热是把一摩尔固体物质变为气态所吸收是把一摩尔固体物质变为气态所吸收的的热量热量。热量热量=克服化学键作用而作功克服化学键作用而作功+体积膨胀而作功体积膨胀而作功对于分子晶体，其摩尔升华热对于分子晶体，其摩尔升华热 ls,m就等于晶体的摩尔结合能就等于晶体的摩尔结合能.)(0,AmmsNrUl液态与固态282 2、固体的热容、固体的热容能均分定理：能均分定理：NA个原

13、子所组成的多原子分子个原子所组成的多原子分子气体气体内能内能22)63(33kTNUAm固体固体：无平动和转动自由度无平动和转动自由度RTkTNUAm32231摩尔摩尔液态与固态2911253KmolJRdTdUTUCmmm称为称为杜隆杜隆-珀替定律珀替定律oTCv,m3R3、固体的热传导、固体的热传导若晶体的若晶体的温度不均匀温度不均匀，则由于振动的相互关联，在温度高处振，则由于振动的相互关联，在温度高处振幅较大的粒子的能量要传递给邻近温度较低、振幅较小的粒子，幅较大的粒子的能量要传递给邻近温度较低、振幅较小的粒子，使振幅发生变化，使振幅发生变化，能量能量就依次地就依次地从高温端传递到低温端

14、从高温端传递到低温端。液态与固态304、固体的热膨胀、固体的热膨胀 实验表明，通常固体的线度及体积均随温度的升实验表明，通常固体的线度及体积均随温度的升高而增加，这就是高而增加，这就是热膨胀现象热膨胀现象。pTll)(1线胀系数的定义线胀系数的定义)1 (0tll液态与固态31pTVV)(13体胀系数的定义体胀系数的定义对各向同性的固体对各向同性的固体液态与固态32六、晶体的力学性质六、晶体的力学性质为线应变为线应力，弹性模量llAFEAFhxAFG/切变弹性模量（一）、固体中的应力与应变（一）、固体中的应力与应变1、拉伸、切变与横向收缩、拉伸、切变与横向收缩hAADDSo00/lldd纵向伸

15、长横向收缩泊松比液态与固态332、线应力与线应变曲线、线应力与线应变曲线oPAQBRSCDP点比例极限点比例极限Q点弹性极限点弹性极限R 点强度极限点强度极限3、理想的应力、理想的应力应变曲线应变曲线液态与固态34（二）、晶体弹性的微观解释（二）、晶体弹性的微观解释（三）、热应变、应力集中、疲劳（三）、热应变、应力集中、疲劳液态与固态35七、晶体中的缺陷、扩散及气体吸收七、晶体中的缺陷、扩散及气体吸收1、晶体的缺陷、晶体的缺陷面缺陷：面缺陷：晶界晶界线缺陷（位错）线缺陷（位错）范性形变与位错范性形变与位错点缺陷：点缺陷：空位与填隙原子空位与填隙原子液态与固态362、晶体中的扩散、晶体中的扩散)

16、exp(0kTEDDd空位扩散的系数3、晶体对气体的吸收、储氢材料、晶体对气体的吸收、储氢材料液态与固态376.2 液液 体体一、液体的微观结构一、液体的微观结构1、液体的短程结构、液体的短程结构液体具有短程有序、长程无序的特点。液体具有短程有序、长程无序的特点。线度线度：几个分子直径线度：几个分子直径线度液体在液体在小范围内小范围内出现出现”半晶体状态半晶体状态“的微观结构。的微观结构。2、液体分子的热运动、液体分子的热运动3、非晶态固体与液体、非晶态固体与液体液态与固态38二、液体的切体性质二、液体的切体性质1、热传导、热传导2、热容、热容3、扩散、扩散)exp(0kTEDDd液体的扩散系

17、数Ed为液体扩散的激活能4、黏性、黏性)exp(0kTEd黏度液态与固态39三、水的结构与物理性质三、水的结构与物理性质1、水的结构、水的结构2、水的反常膨胀、水的反常膨胀40 C时水的密度最大时水的密度最大3、水的其它物理性质、水的其它物理性质水有很高摩尔热容水有很高摩尔热容冰的溶解热较低冰的溶解热较低 升华热又较高升华热又较高水的汽化热很高水的汽化热很高水的黏度和表面张力系数较大水的黏度和表面张力系数较大水是应用最广的极性溶剂水是应用最广的极性溶剂水对红外光的吸收能力特别强水对红外光的吸收能力特别强水是生命之源水是生命之源液态与固态406.3 液体的表面现象液体的表面现象一、表面张力与表面

18、能一、表面张力与表面能1、表面张力、表面张力 表面张力表面张力是作用于液体表面是的使液体具有是作用于液体表面是的使液体具有收缩倾向收缩倾向的一种力。的一种力。2、表面能与表面张力系数、表面能与表面张力系数气体液体液体表面层R0dAdFdW表面液态与固态413、负表面能、负表面能4、表面张力系数与温度的关系、表面张力系数与温度的关系 实验发现：实验发现：液体的表面张力系数液体的表面张力系数与液体的表面积的大小与液体的表面积的大小无关，而仅是温度的函数，表面张力随着温度的升高而降低。无关，而仅是温度的函数，表面张力随着温度的升高而降低。ntt）（01液态与固态42二、表面活性剂二、表面活性剂能使能

19、使明显变小的物质称为表面活性物质明显变小的物质称为表面活性物质 若一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的表面若一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的表面张力，就说甲对乙具有张力，就说甲对乙具有表面活性。表面活性。三、弯曲液面附加压强三、弯曲液面附加压强dldfdf1df2roSRCRpp4外内球形液膜内外RP2内液态与固态43)11(21RRp任意液面附加压强：这是拉普拉斯公式这是拉普拉斯公式弹性曲面的附加压强：弹性曲面的附加压强：单位长度的膜张力TRTp,液态与固态44四、润湿与不润湿四、润湿与不润湿 毛细现象毛细现象（一）、润湿与不润湿（一）、润湿与不润湿 例如：例如：水水 + 玻璃玻璃 水水

20、 + 涂有油脂的玻璃涂有油脂的玻璃 附着力附着力附着层附着层内聚力内聚力接触角接触角固体液体A液态与固态45（二）、毛细现象（二）、毛细现象例例6.1 P.294ABCDhRgrhcos2液态与固态466.3 液液 晶晶观看视频观看视频作业：作业：P.306 6.3.2 6.3.3 6.3.6液态与固态47pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H

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24、*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQ

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26、B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYn

27、VjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaIaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK

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