2离子晶体和晶格能教程

1、第二章第二章 晶体化学基础晶体化学基础和无机化合物晶体结构和无机化合物晶体结构晶体化学基本原理晶体化学基本原理晶体定义和晶体分类晶体定义和晶体分类晶体分类：离子晶体共价晶体金属晶体分子晶体.晶体质点在三维空间按一定规律重复排列构成的固体。晶胞反映晶体结构特征的最小单位。离子晶体和晶格能离子晶体和晶格能Ionic Crystals and Crystal Lattice Energy 离子晶体的晶格能: 0K，1摩尔离子化合物（聚集态）分散至气态离子所需的能量。 晶格能求解方法： 首先求解1摩尔离子化合物的内能。一对正负离子之间的作用力ssrararf2)(第一项：静电引力项的系数 第二项：排斥

2、力项系数221eZZa sa1) 1()(ssrsararu一对正负离子相互作用所具有的能量：对所有离子间的相互作用力求和得到整个晶体的内能： ) 1(211,sijsjiijrsarau设n=s1，通过处理，得到晶格能的表达式为： （） )11 (6 .138021nrZAZu1kJmol不同晶体结构类型的马德隆常数不同晶体结构类型的马德隆常数A结构类型CsClNaCl六方ZnS立方ZnSCaF2金红石TiO2马德隆常数A1.7631.7481.6411.6382.522.40不同离子的玻恩指数不同离子的玻恩指数n离子的电子结构HeNeAr, Cu+Ke, Ag+ Xe, Au+玻恩指数n5

3、791012决定离子晶体结构的基本因素1. 1. 球体最紧密堆积原理球体最紧密堆积原理 a)a)等径球体的堆积等径球体的堆积 b)b)不等径球的堆积不等径球的堆积 2. 2. 配位数（配位数（CNCN）和配位多面体）和配位多面体3. 3. 离子的极化离子的极化 4. 4. 电负性电负性球体最紧密堆积原理球体最紧密堆积原理( (等径球堆积等径球堆积) ) 六方堆积六方堆积立方堆积立方堆积堆积方式堆积方式ABABABABABCABCABCABC密排面密排面（00010001）（111111）晶胞原子数晶胞原子数6/26/24 4球体堆积密度球体堆积密度74.05%74.05%74.05%74.05

4、%空隙构成空隙构成四面体空隙四面体空隙TvTv八面体空隙八面体空隙OvOv四面体空隙四面体空隙TvTv八面体空隙八面体空隙OvOv空隙数空隙数2n2n个个TvTv (4 (4个个) )N N个个O Ov v(2(2个个) )2n2n个个TvTv (8 (8个个) )N N个个O Ov v(4(4个个) )等径球的其它堆积方式 体心立方体心立方 堆积密度堆积密度 68.02%68.02%简单立方简单立方 简单六方简单六方 金刚石型金刚石型 堆积密度堆积密度34.01%34.01%不等径球堆积大球（阴离子）做密堆积大球（阴离子）做密堆积小球（阳离子）进入密堆积形成小球（阳离子）进入密堆积形成的空隙

5、的空隙配位数和配位多面体（Coordination Number and Coordination Number and Coordinating polyhedron Coordinating polyhedron ） R+/R-R+/R-0 00.1550.1550.2250.2250.4140.4140.7320.7321 1阳离子配位数 2 3 4 6 8 12配位多面体 哑铃型三角形 四面体八面体立方体十四面体离子的极化(polarization of ions)(polarization of ions)离子的被极化 -诱导极化率或极化率，-偶极距， E-电场强度离子的主极化 -极

6、化力，Z-离子电价，r-离子半径 E/2/rZ电负性(electronegativity)(electronegativity) 和电负性差鲍林规则 1.1.配位多面体规则配位多面体规则 2.2.静电价规则静电价规则 ：3.3.多面体连接规则：共顶、共棱、共面多面体连接规则：共顶、共棱、共面4.4.具有不同正离子多面体的连接规则（岛状规则）具有不同正离子多面体的连接规则（岛状规则）5.5.节约规则节约规则 CNzsi/iisz同质多晶 相同组成物质在不同温度、压力等热力学条件下呈现不同的晶体结构。典型无机化合物晶体典型二元化合物晶体结构：1）负离子作立方最紧密堆积NaCl 反萤石（Na2O) 闪锌矿（-ZnS）2）负离子作六方最紧密堆积纤锌矿（-ZnS） C