大学化学课件：第三章 晶体结构1

1、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晶体的定义晶体的定义晶体是由原子或分子在空间按一定规律晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性周期性地地重复排列构成的固体物质。重复排列构成的固体物质。注意注意（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断；非由外观判断；（2）周期性是晶体结构最基本的特征。）周期性是晶体结构最基本的特征。本章内容本章内容晶体的宏观性质晶体的宏观性质晶体的微观性质晶体的

2、微观性质晶体的基本类型晶体的基本类型晶体的缺陷晶体的缺陷物质的其它聚集形态物质的其它聚集形态硫硫石英石英金刚石与石墨金刚石与石墨干冰干冰紫水晶紫水晶黄铁矿黄铁矿3-1 晶体的宏观性质（晶体的宏观性质（1） 424POHNH2SiO金刚石金刚石42OBaB 季戊四醇季戊四醇3-1 晶体的宏观性质（晶体的宏观性质（2）晶体具有晶体具有规则的几何构形规则的几何构形，这是晶体最明显的特，这是晶体最明显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的能差别，但晶体的晶面角晶面角（interfacial anglt）却）却不会改变不会改变。钻石钻石晶

3、体晶体玻璃玻璃非晶体非晶体n晶面角守恒定律：晶面角守恒定律：同一物质的不同晶体在同一同一物质的不同晶体在同一温度和压强下晶面的数目、大小、形状可能有温度和压强下晶面的数目、大小、形状可能有很大的差别，但对应的晶面之间夹角是恒定的。很大的差别，但对应的晶面之间夹角是恒定的。实验表明：对于一定类型的晶体来说，不论其外形如何，总存在一组特定的夹角。晶面角守恒定律是晶体学中重要的定律之一，是鉴别各种矿石的依据。例如：例如：石英的晶体外形可以各式各样（如下图所示），石英的晶体外形可以各式各样（如下图所示），但它们相应两面间的夹角都是固定不变的数值：但它们相应两面间的夹角都是固定不变的数值： 08113a

4、c00120bc47141ab 3-1 晶体的宏观性质（晶体的宏观性质（3）晶体都有固定的熔点晶体都有固定的熔点，非晶体在加热时却是先软，非晶体在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后变成液体。化，后粘度逐渐小，最后变成液体。min/ tC/ tO.p .m3-1 晶体的宏观性质（晶体的宏观性质（4） 晶体表现晶体表现各向异性各向异性，例如热、光、电、硬度等常因晶体取，例如热、光、电、硬度等常因晶体取向不同而异；而非晶体则为各向同性。向不同而异；而非晶体则为各向同性。 例：例：在云母晶体片的一面涂一层石蜡，用烧热的钢针尖端在云母晶体片的一面涂一层石蜡，用烧热的钢针尖端接触云母片的另一面，我们会看

5、到熔化的石蜡呈椭圆形，接触云母片的另一面，我们会看到熔化的石蜡呈椭圆形，而不是圆形。这是由于云母晶体片的热导率沿熔化石蜡的而不是圆形。这是由于云母晶体片的热导率沿熔化石蜡的椭圆长轴方向的值大于沿椭圆短轴方向的值。椭圆长轴方向的值大于沿椭圆短轴方向的值。 例：例：石墨层内导电率比层间高一万倍石墨层内导电率比层间高一万倍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

6、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

7、。非晶体，彼此之间在一定条件下可以实现转化。n例如天然石英是晶体，熔融过的石英却是非晶体把晶体硫加热熔化（温度超过300）再倒进冷水中，会变成柔软的非晶硫，再过一段时间又会转化为晶体硫一种物质，可以是晶体，也可以是非晶体非晶体的结构是不稳定的，在适当的条件下要向晶体转化 晶胞的大小和形状由六个参数决定，称为晶胞的大小和形状由六个参数决定，称为晶胞晶胞参数参数或点阵参数（或点阵参数（lattice parameters）a、b、c不一定相等也不一定垂直不一定相等也不一定垂直3-1 晶体的微观性质晶体的微观性质晶系晶系根据晶体的对称性，按有无某种特征对称元素为标准，根据晶体的对称性，按有无某种特征

8、对称元素为标准，将晶体分成将晶体分成7个晶系：个晶系：晶系晶系边长边长角度角度实例实例立方晶系立方晶系a=b=c=90岩盐岩盐(NaCl)四方晶系四方晶系a=bc=90白锡白锡六方晶系六方晶系a=bc=90=120石墨石墨三方晶系三方晶系a=b=c=90(90单斜硫单斜硫三斜晶系三斜晶系a b c重铬酸钾重铬酸钾与晶系对应的晶胞与晶系对应的晶胞bac立方立方abc四方四方bac正交正交cba三方三方六方六方bacabc单斜单斜bac三斜三斜结点在晶胞上的分布类型结点在晶胞上的分布类型简单格子（简单格子（P）：）：仅在单位平行六面体的仅在单位平行六面体的8个顶角个顶角上有结点；上有结点；底心格子

9、（底心格子（C）：）：除除8个顶角上有结点外，平行六个顶角上有结点外，平行六面体上、下两个平行面的中心各有一个结点；面体上、下两个平行面的中心各有一个结点；体心格子（体心格子（I）：）：除除8个顶角上有结点外，平行六个顶角上有结点外，平行六面体的体心还有一个结点；面体的体心还有一个结点；面心格子（面心格子（F）：）：除除8个顶角有结点外，平行六面个顶角有结点外，平行六面体的体的6个面的面心上都有一个结点。个面的面心上都有一个结点。六方H三方R四方P四方I立方P立方I立方F三斜Pb单斜P单斜C正交P正交C正交F正交I七个晶系中又包含十四种晶七个晶系中又包含十四种晶格格晶体结构的表达晶体结构的表达

10、一般描述晶体结构需给出：一般描述晶体结构需给出：晶系；晶系；晶胞参数；晶胞参数；晶胞中所包含的原子或分子数晶胞中所包含的原子或分子数Z；特征原子的坐标。特征原子的坐标。单晶与多晶单晶与多晶单晶体单晶体是由一个晶核（微小的晶体）各向均匀生长而成的晶是由一个晶核（微小的晶体）各向均匀生长而成的晶体，其内部的粒子基本上是按照某种规律整齐排列的。体，其内部的粒子基本上是按照某种规律整齐排列的。多晶体多晶体由多个单晶体颗粒杂乱地聚结而成的晶体，由于单晶由多个单晶体颗粒杂乱地聚结而成的晶体，由于单晶体的杂乱排列，使晶体的各向异性消失。体的杂乱排列，使晶体的各向异性消失。单晶铜单晶铜用单晶连铸技术拉出的铜材

11、仅由一个晶粒组成，具有超常的机械加工性能和电学特性。其特点有三： a.单晶铜纯度达到99.9999%； b.电阻比普通铜材低8%到13%； c.韧性极高，普通铜材扭转16圈即断，单晶铜材可扭转116圈。 单晶铜单晶铜是一种高纯度无氧铜，不存在晶粒之间产生的单晶铜是一种高纯度无氧铜，不存在晶粒之间产生的“晶界晶界”（“晶界晶界”会对通过的信号产生反射和折射，造成信号失真和衰会对通过的信号产生反射和折射，造成信号失真和衰减），因而具有极高的信号传输性能。减），因而具有极高的信号传输性能。3-3 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，可以根据晶体中质点以及质点之间的作用力，

12、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晶体的类型晶体的类型按照晶格上质点的种类和质点间作用力的实质按照晶格上质点的种类和质点间作用力的实质（化学键的键型）不同，晶体可分为四种基本类型。（化学键的键型）不同，晶体可分为四种基本类型。1 1、离子晶体离子晶体：晶格上的结点是正、负离子。：晶格上的结点是正、负离子。2 2、原子晶体；原子晶体；晶格上的结点是原子。晶格上的结点是原子。3 3、分子晶体分子晶体：晶格结点是极性分子或非极性分子。：晶格结点是极性分子或非极性分子。4 4、金属晶体金属晶体：晶格上结点是金属的原子或正离子。：

13、晶格上结点是金属的原子或正离子。+-+-+-+-+离子晶体离子晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体粒子粒子正、负离子正、负离子原子原子分子分子金属原子、金属原子、正离子正离子结合力结合力离子键离子键共价键共价键分子间力分子间力金属键金属键熔、沸点熔、沸点 高高很高很高低低高高硬度硬度硬硬很硬很硬软软硬硬机械性能机械性能脆脆很脆很脆弱弱有延展性有延展性导电、导电、导热性导热性 良好（熔融良好（熔融及水溶液）及水溶液）非导体非导体非导体非导体良好良好实例实例NaCl MgO金刚石、金刚石、SiC BNCO2 I2 NeW Ag Ca Cu金属晶体金属晶体金属晶体中金属原子是通过金属

14、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“作用就是作用就是金属键。金属键。金属晶体（金属晶体（2）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

15、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。n改性共价键理论改性共价键理论又称为又称为自由电子理论自由电子理论认为，在固态或认为，在固态或液态的金属中，价电子可以自由地从一个原子跑向另液态的金属中，价电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子，这样一来就好象价电子为许多原子或离子一个原子，这样一来就好象价电子为许多原子或离子（指每个原子释放出自己的电子便成为离子）所共有。（指每个原子释放出自己的电子便成为离子）所共有。这些电子起到了把许多原

16、子（或离子）粘合在一起的这些电子起到了把许多原子（或离子）粘合在一起的作用，形成了所谓的金属键。这种金属键可以认为是作用，形成了所谓的金属键。这种金属键可以认为是改性的共价键，这种键是由多个原子共有一些流动的改性的共价键，这种键是由多个原子共有一些流动的自由电子所组成的。自由电子所组成的。金属的改性共价键理论金属的改性共价键理论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

17、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、延展性延展性解解 释释 n（1 1）自由电子能吸收光自由电子能吸收光线，故不透明；有时电子会把一部分光线反射回线，故不透明；有时电子会把一部分光线反射回来，故有金属光泽。来，故有金属光泽。n（2 2）有外加电场时，自由电子有外加电场时，自由电子可定向移动而导电；自由电子在运动时能与金属可定向移动而导电；自由电子在运动时能与金属离子相碰撞而发生能量交换，从而导热。离子相碰撞而发生能量交换，从而导热。自由电子自由电子+金属离子金属离子金属原子金属原子位

18、错位错+ + + + + + +n（3）金属受外力作用时，金金属受外力作用时，金属离子之间可以发生相对滑动而金属键依然存在。属离子之间可以发生相对滑动而金属键依然存在。如果将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方如果将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式，如图：按（式，如图：按（a）图方式排列，圆球周围剩余空）图方式排列，圆球周围剩余空隙最小，隙最小，；按（；按（b）图方式排列，剩）图方式排列，剩余的空隙较大，称为余的空隙较大，称为。由密置层按一定。由密置层按一定方式堆积起来的结构称为方式堆积起来的结构称为。ab六方最密堆积六方最密堆积面心立方最密堆积面心立方最密堆积体心立方密堆积体心立方密堆

19、积金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种( (a a) )( (b b) )( (c c) ) 三三种种类类型型密密堆堆积积的的晶晶胞胞n六方最密堆积六方最密堆积 将第一层球称为将第一层球称为A A球，第二层球称为球，第二层球称为B B球。堆积重复方球。堆积重复方式：式：ABABABABABAB 配位数：配位数：12 12 空间占有率空间占有率 74.05%74.05%。n面心立方最密堆积面心立方最密堆积金属原子分别占据立方晶胞的顶点位置和面心位置。堆积重复金属原子分别占据立方晶胞的顶点位置和面心位置。堆积重复方式：方式： ABCABCABCABCABCABC

20、ABCABC三层为一周期的垛积方式，配位数三层为一周期的垛积方式，配位数 12 12 空间占有率空间占有率 74.05% 74.05% 。AABBBBBBCCCCCC素晶胞是素晶胞是 =60 0 的菱方晶胞的菱方晶胞面心立方晶胞面心立方晶胞ABCABCABAB面心立方最密堆积面心立方最密堆积六方最密堆积六方最密堆积面心立方最密堆积分解图面心立方最密堆积分解图六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图体心立方密堆积体心立方密堆积非最密堆积非最密堆积体心立方晶胞体心立方晶胞堆积情况堆积情况配位情况配位情况堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结堆积方式堆积方式晶胞类型晶胞类型空间利用率空间利用率配位数配位数

21、实例实例面心立方面心立方最密堆积最密堆积面心立方面心立方74%12Cu、Ag、Au六方最密六方最密堆积堆积六方六方74%12Mg、Zn、Ti体心立方体心立方密堆积密堆积体心立方体心立方68%8（14）Na、K、Fe金刚石型金刚石型堆积堆积面心立方面心立方34%4Sn简单立方简单立方堆积堆积简单立方简单立方52%6Po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

22、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n盖斯定律盖斯定律 在恒容或恒压下一个化学反应若能分解成几步来完成，在恒容或恒压下一个化学反应若能分解成几步来完成，总反应的焓变总反应的焓变 rH等于各步分反应的焓变之和。等于各步分反应的焓变之和。 n波恩哈伯循环波恩哈伯循环 n一个化学反应从始态到终态的实际历程可能比较复杂，甚至不能直接进行，然而我们可以设计一个分步的、甚至是虚构的途径

23、，尽管设计的途径和实际途径不同，但它们的热效应总是相同的，就在这种想法的基础上，波恩哈伯设计了一种循环，可以用来进行各种热化学数据的简单的计算，起到验证和补充的实验数据的作用，即波恩哈伯循环。 电子亲和能电子亲和能晶格能与物理性质晶格能与物理性质NaCl型晶体离子电荷核间距/pm晶格能/（kJmol1）熔点/硬度（金刚石10）NaINaBrNaClNaFBaOSrOCaOMgO对晶体结构相同的离子化合物，对晶体结构相同的离子化合物，离子电荷越多，离子电荷越多，核间距越短，晶格能就越大，相应物质的熔点就高核间距越短，晶格能就越大，相应物质的熔点就高，硬度就大。，硬度就大。离子晶体的性质离子晶体的

24、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，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。离子晶体多种多样，但主要可

25、归结为离子晶体多种多样，但主要可归结为3种基本结构种基本结构型式型式半径比规则半径比规则半径比规则（半径比规则（1）两原子核间距离两原子核间距离=正离子半径正离子半径+负离子半径负离子半径d=r+ + r-通常通常r+ r-dr+r-阳离子阴离子离子半径的变化规律离子半径的变化规律同种元素离子的半径随离子电荷的代数值增大而减小同种元素离子的半径随离子电荷的代数值增大而减小同周期正离子电荷数越大，其半径越小；负离子电荷同周期正离子电荷数越大，其半径越小；负离子电荷数越大，其半径越大。数越大，其半径越大。具有相同电荷数的同族元素的离子的半径依次增大。具有相同电荷数的同族元素的离子的半径依次增大。正

26、离子半径小于其原子半径；负离子半径大于其原子正离子半径小于其原子半径；负离子半径大于其原子半径。半径。 NaCl 六配位，六配位，CsCl 八配位，八配位，ZnS 四配位。四配位。均为立方晶系均为立方晶系 AB 型晶体，型晶体，为何配位数不同为何配位数不同 ? 红球红球 不稳定平衡不稳定平衡蓝球蓝球 稳定平衡稳定平衡+不稳定不稳定 a ) 同号阴离子相切，同号阴离子相切， 异号离子相离。异号离子相离。c ) 同号阴离子相切，同号阴离子相切， 异号离子相切。异号离子相切。 介稳状态介稳状态+ b ) 同号离子相离，同号离子相离， 异号离子相切。异号离子相切。 稳定稳定+半径比规则（半径比规则（2

27、）以正、负离子配位数为以正、负离子配位数为6的晶体的一层为例的晶体的一层为例令令r- = 1，则，则ac=4；ab=bc=2r+ + 2因因ab2+bc2=ac2r+ =0.414；即r+/r- =0.414a ab bc c正离子正离子负离子负离子0.414rr 结论结论 时时 ，配位数为，配位数为 6 。 此时，为介稳状态，见下面左图。此时，为介稳状态，见下面左图。 如果如果 r r + + 再大些再大些 ：+ 则出现则出现 b) 种情况，见下面右图，即离子同号相离，异号相种情况，见下面右图，即离子同号相离，异号相切的稳定状态。切的稳定状态。+ABCDABCD 下图所示，八配位下图所示，八

28、配位ABCD 是矩形。是矩形。 7320.rr7320.rr可以求得可以求得 结论结论 为为 0.414 0.732，6 配位配位 NaCl 式晶体结构。式晶体结构。rr 当当r+/r- 0.414时，负离子接触，正、负离子彼时，负离子接触，正、负离子彼此不接触。体系的排斥力大于吸引力，该构此不接触。体系的排斥力大于吸引力，该构型不稳定，趋向于形成配位数少的构型。型不稳定，趋向于形成配位数少的构型。 当当r+/r- 0.414时，负离子彼此不接触，正、时，负离子彼此不接触，正、负离子之间接触，此时，吸引力大于排斥力，负离子之间接触，此时，吸引力大于排斥力，该构型可以稳定存在。该构型可以稳定存在

29、。 当当r+/r- 0.732时，正离子表面可以接触更多时，正离子表面可以接触更多的负离子，晶体的配位数增大。的负离子，晶体的配位数增大。r+/r-0.414AB型离子晶体离子半径比与晶体构型的对应关系型离子晶体离子半径比与晶体构型的对应关系r+/r-配位数空间构型ZnSNaClCsCl离子晶体中最简单的结构类型(a)NaCl型Na+Cl-(b)CsCl型型Cl-Cs+(c)立方ZnS型Zn2+S2-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型简单立方81TlCl、CsBr、CsINaCl型面心立方64NaF、MgO、NaBr、KIZnS型由Zn2+和S2-各组成的面心

30、立方在轴向1/4处穿插形成44BeO、ZnSe （1）在体心：处于体心的离子，完全属于该晶胞，该离子按1计入晶胞 （2）在顶点：处于顶点的离子，同时为8个晶胞所共有，每个离子有1/8属于该晶胞 （3）在面心：处于面心的离子，同时为2个晶胞所共有，每个离子有1/2属于该晶胞 （4）在棱上：处于棱上的离子，同时为4个晶胞所共有，每个离子有1/4属于该晶胞 NaCl型晶胞中离子的个数：个：414112 Na个：4216818 Cl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：个： 1 Cs个：1818 Cl-(红球Cs+ , 绿球Cl-)晶格：简单立方配位比：

31、 8:8晶胞中离子的个数：个： 4 Zn2个：4818216 S-2ZnS型(立方型)晶格：面心立方(红球Zn2+ , 绿球S2-)配位比：4:4离子型化合物晶体中不存在单个小分子，它们的分子符号只表示晶体中原子组成的比例关系，因此只能称为化学式，根据化学式求出的不叫分子量叫化学式量。 离子晶体物质的化学式离子晶体物质的化学式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

32、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SiOn那么常见的原子晶体还有什么呢？ 晶体硅、水晶（SiO2）金刚砂（SiC） n离子晶体：键能与离子半径有关，离子半径越小，核间距越短，键能越大。n原子晶体：原子半径越小，共价键键长越短，键能越大

33、。晶体的熔点越高。 键长：C-CC-SiC-Si Si-Si 熔点：金刚石炭化硅晶体硅nSiO2是原子晶体，那C与Si在同一主族，SiO2晶体与CO2晶体是否具有相似的结构性质呢？通过比较来试判断CO2晶体是否属于原子晶体熔点/C状态（室温）CO2晶体-56.2气态SiO2晶体1723固态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

34、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分子晶体的物理性质分子晶体的物理性质 n熔沸点低硬度小n固态是不导电，溶于水时部分导电CO2和和SiO2在同一族，为什么在同一族，为什么CO2形成分子晶体而形成分子晶体而SiO2却形成原子晶体？却形成原子晶体？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

35、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。结构和性质结构和性质金刚石金刚石石墨石墨C60C原子的杂化轨道原子的杂化轨道sp3sp2sp2.26(键键s0.3 p0.7)CC

36、C键角键角10928120.0116CC键长键长/pm154.4141.8139.1(6/6) 145.5(6/5) 密度密度/g.cm-33.5142.2261.678电阻电阻/ .cm1014-1016(0.4-5.0)10-4(层层) (0.2-1.0)(层层) -硬度硬度/Mohs101-折光率折光率n (为为546nm)2.412.15(层层) 1.81(层层)-C原子的成键形式原子的成键形式四面体四面体平行三角形平行三角形球面形（直径球面形（直径710pm）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

37、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pm142pm340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

38、子以离子键相结，因此链间结合力比链内结合力弱，故解离合力比链内结合力弱，故解离时易形成纤维。时易形成纤维。3-4 晶体缺陷晶体缺陷完美晶体只有在绝对零度时才存在，在完美晶体只有在绝对零度时才存在，在0 K以以上，晶体中不规则、不完整的结构，称之为上，晶体中不规则、不完整的结构，称之为晶晶体缺陷。体缺陷。按来源分为按来源分为结构缺陷结构缺陷和和化学缺陷化学缺陷按几何形式分为按几何形式分为点缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷和体、线缺陷、面缺陷和体缺陷缺陷AgBr晶体缺陷示意图晶体缺陷示意图完美晶体完美晶体缺陷晶体缺陷晶体点缺陷点缺陷点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，在原子尺寸大小的晶体缺陷。 点缺陷

39、的类型点缺陷的类型 ：1) 空位 在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。 2) 间隙原子 在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。 3) 异类原子 在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。 化学缺陷化学缺陷由于外来原子进入晶体内部而产生的缺陷，有置由于外来原子进入晶体内部而产生的缺陷，有置换和填隙两种方式，换和填隙两种方式， 3-5 物质的其它聚集形态物质的其它聚集形态非晶体、准晶体、液晶、纳米材料、非晶体、准晶体、液晶、纳米材料、等离子体等等离子体等非晶体非晶体非晶态物质内部结构没有周期

40、性特点，而是杂非晶态物质内部结构没有周期性特点，而是杂乱无章地排列，如：玻璃、松香、明胶等等。乱无章地排列，如：玻璃、松香、明胶等等。非晶体不具有晶体物质的共性，某些非晶态物非晶体不具有晶体物质的共性，某些非晶态物质具有优良的性质。质具有优良的性质。准晶体（准晶体（1）准晶体是准晶体是1982年年4月月8日日以色列科学家达尼埃尔以色列科学家达尼埃尔谢赫谢赫特曼特曼发现的一种新的物质聚集形态。一种介于晶体和发现的一种新的物质聚集形态。一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶体具有完全有序的结构，然非晶体之间的固体。准晶体具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有而又不具有晶

41、体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性，例如五次对称轴等。晶体所不允许的宏观对称性，例如五次对称轴等。准晶对称的鱼2011年诺贝尔化学奖获得者年诺贝尔化学奖获得者以色列科学家达尼埃尔以色列科学家达尼埃尔谢赫谢赫特曼特曼 谢赫特曼于年月谢赫特曼于年月日日首次在电子显微镜中观首次在电子显微镜中观察到一种察到一种“反常理反常理”的现的现象象他们当时所观察的铝他们当时所观察的铝锰合金中的原子，是以一种锰合金中的原子，是以一种不重复的非周期性对称有序不重复的非周期性对称有序方式排列的方式排列的 n准晶体内的原子排列排列组合没有按照重复周期性对称排列，原子排列方式介于晶体和非晶体之间。打个比方说，准晶体的原子排列组合类似于编织古代波斯地毯，地毯的花纹复杂有序，但没有两条地毯的花纹组合是相同的。n由于准晶体原子排列由于准晶体原子排列，因此准晶体材料，因此准晶体材料硬度很高，同时具有一定弹性，不易损伤，使用寿硬度很高，同时具有