工程化学第1章物质的聚集状态

1、工程化学工程化学讲师：原怀保讲师：原怀保教材概括教材概括 第第1 1章章 物质的聚集状态物质的聚集状态 理想气体状态方程、分压及分体积定律 稀溶液的通性:蒸气压降低、沸点的升高、凝固点降低及渗透压现象，应用。 固体种类：晶体、非晶体及液晶等结构特点及性质；固体表面的吸附和干燥。 第第2 2章章 化学反应的基本规律化学反应的基本规律 化学反应的能量变化：质量守恒定律，热力学第一定律，化学反应的热效应（反应热的计算）。 化学反应的方向（自发性的判断）。 化学平衡及影响因素，化学反应速度及影响因素。 第第3 3章章 溶液中的离子平衡溶液中的离子平衡 弱电解质溶液电离平衡：平衡常数、同离子效应、缓冲溶

2、液性质及作用。 沉淀溶解平衡：溶度积与溶解度的关系，根据溶度积和平衡常数判断沉淀的生成和溶解；沉淀的转化、分步沉淀和沉淀分离。 配位化合物的离解平衡和移动。 第第4 4章章 电化学基础电化学基础 氧化还原反应的方向、程度、配平； 原电池的组成、工作原理、种类及表示； 电解池的组成、工作原理，电解的产物及应用。 金属的腐蚀与防护问题。 第第6 6章章 无机材料无机材料 各种合金材料的特点、性质、组成及命名方法等，主要合金：钢铁、铝合金、镁合金、钛合金、铜合金。 新型无机非金属材料种类和特点及应用等，主要指：半导体、激光、光导、超导和纳米材料。 第第8 8章章 常用油品常用油品 石油的起因、组成、

3、开发和利用； 汽油机和柴油机的结构和工作原理，燃烧性能的评定：辛烷值和十六烷值。第第1 1章章 物质的聚集状态物质的聚集状态 物质在一定的温度和压力条件下所处的相对稳定的状态，称物质的聚集状态，简称物态。 六种聚集状态: 常见三种状态: 固态、液态和气态； 非常见或理论存在：等离子态、超固态和中子态。 1.11.1气态气态 分子或粒子间的距离较远，相互吸引力较弱，分子作无规则运动，无固定体积和形状。 基本特征：压缩性和扩散性。 理想气体和实际气体 理想气体符合以下两点假设： 1.气体分子只有位置而无体积。 2.气体分子间没有相互吸引力。1.1.11.1.1理想气体的状态方程理想气体的状态方程1

4、. 1. 状态方程状态方程 理想气体遵守的三个涉及体积的关系式：波义耳定律 一定量气体，在恒温下的体积与压力成反比。 即V 1/P盖吕萨克定律 一定量气体，在恒压下体积与绝对温度成正比。 即V T阿佛加德罗定律 同温、同压下，体积与气体的物质的量成正比。 即V n 综合上述三定律，得到V nT/P，引入比例系数R,得到理想气体状态方程式：PV=nRT 讨论：讨论： R是摩尔气体常数或气体常数，物理意义是STP(101325Pa,273K ),1摩尔理想气体的体积和压力的乘积与温度的比值，即 R = PV/nT； T是以开尔文温标表示的绝对温度，单位符号为K，T = 273.15 + t； n为

5、气体物质的量，单位符号为mol。P,V所取单位不同时，R的单位也不同 P V n T R Pa m3 mol K 8.314Pam3K-1mol-1 kPa dm3 mol K 8.314kPadm3K-1mol-1 (1J=1Pam3) 8.314 JK-1mol-1 n=m/MG PV=mRT/ MG m=Mm=MG GPV/RTPV/RT物质B的质量分数物质B的摩尔分数物质B的质量摩尔浓度物质B的物质的量浓度2. 2. 混合物含量表示法混合物含量表示法() 100%BBiiwmmBBiixnnBBAbnmBBcnV 道尔顿分压定律：混合气体的总压力等于各组分气体分压之和。 数学表达式为：

6、 P总=P1+P2+P3+Pi=Pi 表明低压混合气体中任一组分B对压力的贡献与所含该气体B单独存在于同一容器和同一温度下产生的压力相同。 实际上，该定律适用于任何混合气体，只不过非理想气体的分压不适用理想气体状态方程。1.1.21.1.2道尔顿定律及阿马格定律道尔顿定律及阿马格定律1.1.道尔顿定律及分压道尔顿定律及分压讨论： 组分气体的分压与其单独占有混合气体相同体积时所呈现的压力相等。 Pi = niRT/V总 Pi = niRT / V总 P总= nRT / V总 Pi/P总= ni/n总= Xi Pi = Xi P总 这是分压定律的另一种表达式，即：混合气体中各组分的分压等于该组分气

7、体的摩尔分数与总压力之乘积。 组分气体占有与混合气体相同的总体积时，具有分压力；组分气体占用分体积时，具有与混合气体相同的总压力。 piV总= p总Vi= niRT例例1 12 2P4P4 表明低压混合气体中任一组分i的分体积与所含该气体i单独存在于混合气体的温度和总压力下所占有的体积相同。 阿马格定律：混合气体中各组分的分体积之和等于总体积。 数学表达式为： V总=V1+V2+V3+Vi=Vi 实际上，该定律适用于任何混合气体，只不过非理想气体的分体积不适用理想气体状态方程。2.2.阿马格定律及分体积阿马格定律及分体积讨论：讨论： 1、任一组分i的分体积与所含该气体i单独存在于混合气体的温度

8、和总压力下所占有的体积相同。 Vi = niRT/P总 2、 V总 = nRT / P总 Vi/V总= ni/n总= yi Vi = yi V总 这是该定律的另一种表达式，即：混合气体中各组分的分体积等于该组分气体的摩尔分数与总体积之乘积。例例1 13 3P5P5 实际气体本身有体积，分子间存在作用力，在理想气体状态方程中引入两个修正项。 体积修正项b和压力修正项a。 例例1 14 4P7P73.3.实际气体的范德华方程实际气体的范德华方程22()()n apVnbnRTV1.21.2液体和溶液液体和溶液 当气态物质冷却到一定温度时，可凝聚为液体。分子或粒子间的距离较近，自由空间很小，有固定体

9、积，无固定形状。 1.2.11.2.1一般特性一般特性 1.1.液体的蒸气压和大气的湿度液体的蒸气压和大气的湿度 蒸气压 一定温度下，液相与其气相达到平衡时，蒸气所具有的压力称为液体在该温度的饱和蒸气压，简称蒸气压。 难挥发物质：蒸气压较小，如甘油、硫酸。 易挥发物质：蒸气压较大，如乙醇、乙醚。讨论：讨论：（1 1）液体蒸气压大小取决于分子间作用力强弱，作用力强）液体蒸气压大小取决于分子间作用力强弱，作用力强的，蒸气压低。的，蒸气压低。（2 2）升高温度，可以使更多的分子获得能量，摆脱其它分）升高温度，可以使更多的分子获得能量，摆脱其它分子吸引力而转化为气态分子，蒸气压增大。（液体的蒸气子吸引

10、力而转化为气态分子，蒸气压增大。（液体的蒸气压随温度升高而增大）压随温度升高而增大）（3 3）克拉佩龙方程式：）克拉佩龙方程式： logPlogP2 2/P/P1 1=(=(H H蒸发蒸发/2.303R)(T/2.303R)(T2 2- -T T1 1)/T)/T2 2T T1 1 （4 4）液体蒸气压与液体数量及液面上空体积无关。（平衡）液体蒸气压与液体数量及液面上空体积无关。（平衡状态）状态）（5 5）纯固态物质（如冰）也具有饱和蒸气压，但较液态物）纯固态物质（如冰）也具有饱和蒸气压，但较液态物质蒸气压低。质蒸气压低。 湿度湿度 空气中水蒸气的含量多少，即为大气的干湿程空气中水蒸气的含量多

11、少，即为大气的干湿程度，简称度，简称湿度湿度。 单位体积空气中所含水蒸气的质量称为单位体积空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿绝对湿度度，g/mg/m3 3。 例如，例如，2020空气中的水蒸气达到饱和时，每立空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米的空气中含有的水蒸气质量为：方米的空气中含有的水蒸气质量为：2232.33 101 18.01( )17.2( )8.314 293.2H OH OpVMmggRT 大气中水蒸气的分压力和同温度下水的饱和大气中水蒸气的分压力和同温度下水的饱和蒸气压的百分比值称为蒸气压的百分比值称为相对湿度。相对湿度。例如：已知例如：已知25时，某地实际水蒸气压力为时，某地实

12、际水蒸气压力为 2. 154 kPa，此时相，此时相对湿度是多少对湿度是多少?解：解：25 时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为 3. 167 kPa。相对湿度相对湿度= (2. 154 kPa3. 167 kPa) 100% = 6822()()=100%H OH Opp实饱相对湿度 2.2.液体的沸点和凝固点液体的沸点和凝固点 在开口容器中对液体加热时，液体的蒸气压等在开口容器中对液体加热时，液体的蒸气压等于外界压力时，液体内部不断产生蒸气气泡的现象于外界压力时，液体内部不断产生蒸气气泡的现象称为称为沸腾沸腾。沸腾时的温度就是液体的。沸腾时的温度就是液体的沸点（沸点（bpbp）。 改变外压

13、，可改变液体的沸点。改变外压，可改变液体的沸点。 正常沸点正常沸点 1atm1atm时时 当液体冷却到一定温度时，液体变为固体时的当液体冷却到一定温度时，液体变为固体时的温度称为温度称为凝固点（凝固点（fpfp）。 正常凝固点正常凝固点 1atm1atm时时 水的相图水的相图 （参考） 反映了水的蒸气压和温度的关系和水的物态间的转化反映了水的蒸气压和温度的关系和水的物态间的转化及温度、压力对水的物态的影响。及温度、压力对水的物态的影响。 水的相图中存在三根曲线、三个区域、一个三相点。水的相图中存在三根曲线、三个区域、一个三相点。 aaaa线为水的饱和蒸气压曲线，反映了水在不同温度线为水的饱和蒸

14、气压曲线，反映了水在不同温度下的饱和蒸气压，曲线上的每一点都代表着水蒸气和水之下的饱和蒸气压，曲线上的每一点都代表着水蒸气和水之间的平衡状态，该线又称为水的间的平衡状态，该线又称为水的气液相平衡线气液相平衡线。 acac线为冰的饱和蒸气压曲线，反映了冰在不同温度下线为冰的饱和蒸气压曲线，反映了冰在不同温度下的饱和蒸气压，曲线上的每一点都代表着水蒸气和冰之间的饱和蒸气压，曲线上的每一点都代表着水蒸气和冰之间的平衡状态，该线又称为水的的平衡状态，该线又称为水的气固相平衡线气固相平衡线。 a a线为水的凝固点曲线，反映了水在不同外界压力下凝固线为水的凝固点曲线，反映了水在不同外界压力下凝固点的变化，

15、曲线上的每一点都代表着水的液、固两态处于点的变化，曲线上的每一点都代表着水的液、固两态处于平衡状态，该线又称为水的平衡状态，该线又称为水的液固相平衡线液固相平衡线。 三条曲线的共同特点是两相平衡，只要系统所处的条件落三条曲线的共同特点是两相平衡，只要系统所处的条件落在任何一条线上，系统中的水处于两相平衡状态中，反之，在任何一条线上，系统中的水处于两相平衡状态中，反之，系统中就将有一个相要消失。系统中就将有一个相要消失。 水的相图中的三条曲线把整个图面划分成三个区域，即气水的相图中的三条曲线把整个图面划分成三个区域，即气相区、液相区、固相区。当系统所处的条件落在这些区域，相区、液相区、固相区。当

16、系统所处的条件落在这些区域，系统中的水仅以一个相存在。系统中的水仅以一个相存在。 三条曲线或三个区域的交点就是水的三个相的平衡点，称三条曲线或三个区域的交点就是水的三个相的平衡点，称为水的三相点，它表示系统中的水在该条件下处于三相平为水的三相点，它表示系统中的水在该条件下处于三相平衡。衡。 1.2.21.2.2稀溶液的通性稀溶液的通性 蒸气压下降蒸气压下降 沸点上升沸点上升 凝固点下降凝固点下降 渗透压渗透压 上述性质仅仅决定于溶液中所含溶质粒上述性质仅仅决定于溶液中所含溶质粒子的浓度，而与溶质本身的性质无关，称为子的浓度，而与溶质本身的性质无关，称为溶液的溶液的依数性依数性。1、溶液的蒸气压

17、下降、溶液的蒸气压下降 溶液的蒸气压总是溶液的蒸气压总是低于低于同温度下纯溶剂的蒸气同温度下纯溶剂的蒸气压。压。 同一温度下，纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压之差同一温度下，纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压之差称为溶液的蒸气压下降。称为溶液的蒸气压下降。 图图1-3水的转移（水的转移（P10） 溶液的蒸溶液的蒸汽压总是汽压总是低于溶剂，低于溶剂，称蒸气压称蒸气压降低降低P为使溶液的为使溶液的蒸汽压与外蒸汽压与外压相等，必压相等，必须提高温度须提高温度所所提高的提高的温温度就是沸点度就是沸点上升上升为使溶液的蒸气为使溶液的蒸气压与固相的相同压与固相的相同必须降低温度必须降低温度 所所降低的降低的温度温度就是凝固

18、点降低就是凝固点降低蒸气压下降的定量关系蒸气压下降的定量关系 实验证明，在一定温度下，稀溶液的蒸气压降实验证明，在一定温度下，稀溶液的蒸气压降低值等于该稀溶液中难挥发溶质的物质的量分数低值等于该稀溶液中难挥发溶质的物质的量分数(摩尔分数摩尔分数)与纯溶剂蒸气压的乘积，而与溶质的性与纯溶剂蒸气压的乘积，而与溶质的性质无关：质无关：称称拉乌尔定律拉乌尔定律*BABAABnpp xpnn 2、 溶液的沸点升高溶液的沸点升高 实验证明：难挥发非电解质稀溶液的沸点升实验证明：难挥发非电解质稀溶液的沸点升高和溶液的质量摩尔浓度成正比。高和溶液的质量摩尔浓度成正比。*bbbbBtTTK b式中式中Tb 表示

19、溶液的沸点升高，表示溶液的沸点升高，Tb*、Tb 分别表示纯溶剂和溶液的沸点，分别表示纯溶剂和溶液的沸点，bB 是质量是质量摩尔浓度，单位为摩尔浓度，单位为molkg1。 Kb 为沸点升高常数，它取决于纯溶剂的特为沸点升高常数，它取决于纯溶剂的特性而与性而与溶质溶质特性无关。表特性无关。表1-4 P123、 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降实验证明：实验证明：难挥发非电解质稀溶液的凝固点难挥发非电解质稀溶液的凝固点下降和溶液的质量摩尔浓度成正比。下降和溶液的质量摩尔浓度成正比。*ffffBtTTK b式中式中Tf 表示溶液的凝固点下降，表示溶液的凝固点下降，Tf*、Tf 分别表示纯溶剂和溶液的

20、凝固点，分别表示纯溶剂和溶液的凝固点，bB 是质量是质量摩尔浓度，单位为摩尔浓度，单位为molkg1。 Kf 为凝固点下降常数，它取决于纯溶剂的为凝固点下降常数，它取决于纯溶剂的特性而与特性而与溶质溶质特性无关。表特性无关。表1-5例例【1-5】P12利用凝固点下降测定溶质的分子量利用凝固点下降测定溶质的分子量测定溶质的分子量测定溶质的分子量 例例【1-5】防治水结冰防治水结冰 汽车散热水箱中加入甘油或乙醇等汽车散热水箱中加入甘油或乙醇等冷冻剂冷冻剂 食盐和冰的混合物食盐和冰的混合物 -22.4 氯化钙和冰的混合物氯化钙和冰的混合物 -55.0应用应用4 4、溶液的渗透压、溶液的渗透压 半透膜

21、：只允许半透膜：只允许水或溶剂水或溶剂分子自由通过而不分子自由通过而不允许溶质分子或离子通过的膜状物质。如：动物允许溶质分子或离子通过的膜状物质。如：动物的膀胱、细胞膜，羊皮，萝卜皮等。的膀胱、细胞膜，羊皮，萝卜皮等。 渗透：水或溶剂通过半透膜从低浓度一侧进渗透：水或溶剂通过半透膜从低浓度一侧进入高浓度一侧，称为渗透现象。入高浓度一侧，称为渗透现象。 图图1-71-7溶液的渗透压现象溶液的渗透压现象 P13P13 渗透现象进行到一定时，到达渗透平衡。这时，渗透现象进行到一定时，到达渗透平衡。这时，半透膜两边液面差所表示的静压力称为半透膜两边液面差所表示的静压力称为渗透压渗透压。造成渗透压的原因

22、是：半透膜两边溶液的蒸气压造成渗透压的原因是：半透膜两边溶液的蒸气压不等。不等。 渗透压是阻止渗透作用所需施加于溶液的最小压渗透压是阻止渗透作用所需施加于溶液的最小压力，如果对所加外压力大于渗透压，则水分子将力，如果对所加外压力大于渗透压，则水分子将反过来由溶液向纯水渗透，这个过程称为反过来由溶液向纯水渗透，这个过程称为反渗透反渗透。 渗透压计算公式：渗透压计算公式：=cRTcRT 溶液的渗透压溶液的渗透压溶液溶液半透膜半透膜= cBRT纯水纯水显示渗透压现象的简单装置显示渗透压现象的简单装置渗透压是为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。 1886年，荷兰物理化学家

23、年，荷兰物理化学家范特霍夫范特霍夫(J. H. van t . Hoff) 提出了稀溶液的渗透压与温度以及溶质浓度提出了稀溶液的渗透压与温度以及溶质浓度的关系式：的关系式： 实验发现，难挥发的非电解质稀溶液的渗透压实验发现，难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的与溶液的物质的量浓度物质的量浓度及热力学温度成正比。及热力学温度成正比。RTVncRTnRTV 或或 应用应用反渗透反渗透测定高分子物质的摩尔质量测定高分子物质的摩尔质量 总结总结1 1、稀溶液定律满足条件：难挥发、非电解质和、稀溶液定律满足条件：难挥发、非电解质和稀溶液。稀溶液。2 2、各种难挥发溶液也都具有以上四种现象。、各种难挥发

24、溶液也都具有以上四种现象。3 3、对于易挥发溶液，蒸汽压升高，沸点降低。、对于易挥发溶液，蒸汽压升高，沸点降低。4 4、对于浓溶液，浓度也大，影响越大。、对于浓溶液，浓度也大，影响越大。5 5、对于电解质溶液，四个数值增大。、对于电解质溶液，四个数值增大。1.31.3固体固体 固体中的原子及其结合态粒子在空间的排固体中的原子及其结合态粒子在空间的排布，如果长程有序便称为布，如果长程有序便称为晶体晶体，如果短程无序，如果短程无序就称为就称为非晶体非晶体。 在一定温度范围内，介于固、液二态之间在一定温度范围内，介于固、液二态之间的物质称为的物质称为液晶液晶。 晶体晶体液晶液晶非晶体非晶体1.3.1

25、1.3.1晶体晶体 过渡型晶体过渡型晶体离子晶体离子晶体分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体金属晶体金属晶体混合型晶混合型晶体体 特征是具有整齐的、有规则的几何外形和固特征是具有整齐的、有规则的几何外形和固定的熔点。定的熔点。 晶体的这些特征都是晶体内部结构的反映，晶体的这些特征都是晶体内部结构的反映，表现出高度规则和高度对称的物质形态。表现出高度规则和高度对称的物质形态。 按晶格结点上微粒的种类、组成及其粒子间按晶格结点上微粒的种类、组成及其粒子间相互作用力的不同，晶体可分为：相互作用力的不同，晶体可分为：1 1、离子晶体、离子晶体 正负离子间通过静电引力（离子键）结合在正负离子间通过静电引力（

26、离子键）结合在一起的一类晶体。离子晶体的晶格结点上交替排一起的一类晶体。离子晶体的晶格结点上交替排列着正负离子，结点之间通过离子键相互结合。列着正负离子，结点之间通过离子键相互结合。 离子晶体有较高的熔点、较大的硬度、较脆。离子晶体有较高的熔点、较大的硬度、较脆。在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性，在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性，但在固体状态时几乎不导电。但在固体状态时几乎不导电。 例如例如NaClNaCl是正立方体晶体，是正立方体晶体，Na+Na+离子与离子与ClCl- -离离子相间排列，每个子相间排列，每个Na+Na+离子同时吸引离子同时吸引6 6个个ClCl离子，离子，每个每

27、个ClCl- -离子同时吸引离子同时吸引6 6个个Na+Na+。 离子晶体中，若离子半径越小，离子带电荷离子晶体中，若离子半径越小，离子带电荷越多，离子键越强，该物质的熔、沸点一般就越越多，离子键越强，该物质的熔、沸点一般就越高，例如下列三种物质，其熔沸点由低到高排列高，例如下列三种物质，其熔沸点由低到高排列的顺序为，的顺序为，KClKClNaClNaClMgOMgO。 结构特征：结构特征：（1 1）离子晶体中不存在单个分子。）离子晶体中不存在单个分子。 （2 2）离子键强度较大，离子晶体多数有较高的熔、）离子键强度较大，离子晶体多数有较高的熔、沸点和较大的硬度沸点和较大的硬度 （3 3）离子

28、键的强度可用晶格能）离子键的强度可用晶格能(E(EL L) )的大小来衡量。的大小来衡量。2 2、分子晶体、分子晶体 分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子，分子间以范德华力极性分子，分子间以范德华力(分子间力分子间力)或氢键相或氢键相结合。结合。 属于分子晶体的物质一般为非金属元素组成属于分子晶体的物质一般为非金属元素组成的共价化合物，如的共价化合物，如 SiF4，SiCl4，SiBr4，SiI4，H2O，CO2 (干冰干冰) ，I2 等。等。 大多数非金属单质及其化合物如干冰大多数非金属单质及其化合物如干冰(CO2)(CO2)、I2I2、大多数

29、有机物，其固态均为分子晶体。、大多数有机物，其固态均为分子晶体。 分子间的作用力很弱，分子晶体具有较低的熔、分子间的作用力很弱，分子晶体具有较低的熔、沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气态或液态，例如态或液态，例如O2O2、CO2CO2是气体，乙醇、冰醋酸是是气体，乙醇、冰醋酸是液体。液体。 同类型分子的晶体，其熔、沸点随分子量的增同类型分子的晶体，其熔、沸点随分子量的增加而升高，例如卤素单质的熔、沸点按加而升高，例如卤素单质的熔、沸点按F2F2、Cl2Cl2、Br2Br2、I2I2顺序递增。顺序递增。结构特征；结构特征；（1 1）存在单个的共价

30、键小分子。分子内的原子间存）存在单个的共价键小分子。分子内的原子间存在着共价键，分子之间为分子间作用力。在着共价键，分子之间为分子间作用力。（2 2）由于分子间作用力较弱，只需较少的能量就能）由于分子间作用力较弱，只需较少的能量就能破坏其晶体结构，因而分子晶体熔点低，硬度小。破坏其晶体结构，因而分子晶体熔点低，硬度小。（3 3）不导电。）不导电。（4 4）分子间作用力的大小决定该晶体的熔点和硬）分子间作用力的大小决定该晶体的熔点和硬度。包括：氢键，色散力，诱导力，取向力。其度。包括：氢键，色散力，诱导力，取向力。其中氢键的作用强度最大，其次为色散力。中氢键的作用强度最大，其次为色散力。 有氢键

31、存在的分子晶体熔点较高，硬度较大。有氢键存在的分子晶体熔点较高，硬度较大。例：水。例：水。 而色散力与分子量呈正比，对于没有氢键的分而色散力与分子量呈正比，对于没有氢键的分子晶体，分子量大者熔点较高。子晶体，分子量大者熔点较高。 例：例： SiISiI4 4 SiFSiF4 4 SiClSiCl4 4 SiClSiCl4 4 熔点（熔点（） -92.2 -70 5.4 120.5-92.2 -70 5.4 120.53 3、原子晶体、原子晶体 原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子晶体的晶格结点上排列着中性原子， 原原子间由共价键结合。子间由共价键结合。 由非金属元素组成的共价化合物多为分子

32、晶由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但有少部分形成原子晶体，体，但有少部分形成原子晶体， 如常见的如常见的 C (金刚石，立方型金刚石，立方型)，Si，Ge，As，SiC (俗称金刚砂俗称金刚砂)，SiO2，B4C，BN (立方型立方型)，GaAs 等。等。 例如金刚石晶体，是以一个碳原子为中心，例如金刚石晶体，是以一个碳原子为中心，通过共价键连接通过共价键连接4个碳原子，形成正四面体的空间个碳原子，形成正四面体的空间结构，每个碳环有结构，每个碳环有6个碳原子组成，所有的个碳原子组成，所有的CC键键长为键键长为1.5510-10米，键角为米，键角为10928，键能，键能也都相等，金刚石

33、是典型的原子晶体，熔点高达也都相等，金刚石是典型的原子晶体，熔点高达3550，是硬度最大的单质。，是硬度最大的单质。 对不同的原子晶体，组成晶体的原子半径越对不同的原子晶体，组成晶体的原子半径越小，共价键的键长越短，即共价键越牢固，晶体小，共价键的键长越短，即共价键越牢固，晶体的熔，沸点越高，例如金刚石、碳化硅、硅晶体的熔，沸点越高，例如金刚石、碳化硅、硅晶体的熔沸点依次降低。的熔沸点依次降低。 结构特征：结构特征：（1 1）原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子，）原子晶体是大分子晶体。分辨不出单个分子，整个晶体是个大分子。整个晶体是个大分子。（2 2）由于共价键较牢固，键能很大，原子晶体有

34、很）由于共价键较牢固，键能很大，原子晶体有很高的熔点和硬度。具有原子晶体的物质在工业常高的熔点和硬度。具有原子晶体的物质在工业常被用作磨料、耐火材料等。被用作磨料、耐火材料等。（3 3）原子晶体不含离子，在固态和熔化时都不导电。）原子晶体不含离子，在固态和熔化时都不导电。不溶于常见溶剂。不溶于常见溶剂。4 4、金属晶体、金属晶体 金属晶体金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。的晶格结点上排列着原子或正离子。 原子或正离子通过自由电子结合，这种结合原子或正离子通过自由电子结合，这种结合力是金属键。力是金属键。 金属键的强弱与构成金属晶体原子的原子半金属键的强弱与构成金属晶体原子的原子半径、有效

35、核电荷、外层电子组态等因素有关。径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关。 金属单质及一些金属合金都属于金属晶体，例金属单质及一些金属合金都属于金属晶体，例如镁、铝、铁和铜等。如镁、铝、铁和铜等。 金属晶体中存在金属离子金属晶体中存在金属离子( (或原子或原子) )和自由电子，和自由电子，离子离子( (或原子或原子) )总是紧密地堆积在一起，金属离子和总是紧密地堆积在一起，金属离子和自由电子之间存在较强烈的自由电子之间存在较强烈的金属键金属键，自由电子在整，自由电子在整个晶体中自由运动，金属具有共同的特性，如金属个晶体中自由运动，金属具有共同的特性，如金属有光泽、不透明，是热和电的良导体，有良好

36、的延有光泽、不透明，是热和电的良导体，有良好的延展性和机械强度。展性和机械强度。 金属晶体中，金属离子排列越紧密，金属离子金属晶体中，金属离子排列越紧密，金属离子的半径越小、离子电荷越高，金属键越强，金属的的半径越小、离子电荷越高，金属键越强，金属的熔、沸点越高。熔、沸点越高。 结构特征：结构特征：（1 1）大分子晶体。）大分子晶体。（2 2）由于金属键的强度不同，各种金属单质的熔）由于金属键的强度不同，各种金属单质的熔点、硬度有较大差别。例如点、硬度有较大差别。例如W W熔点熔点33903390，是金，是金属单质中熔点最高的，而属单质中熔点最高的，而HgHg的熔点为的熔点为-38.4-38.

37、4。（3 3）具有导电性，传热性，延展性；有光泽、不）具有导电性，传热性，延展性；有光泽、不透明。透明。5 5、过渡型晶体、过渡型晶体 指介于原子晶体、金属晶体、分子晶体之间指介于原子晶体、金属晶体、分子晶体之间的一种过渡型，晶体内可能同时存在着若干种不的一种过渡型，晶体内可能同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，主同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，主要有链状结构晶体和层状结构晶体。要有链状结构晶体和层状结构晶体。 处于从一种典型的基本晶体类型向另一种典处于从一种典型的基本晶体类型向另一种典型的基本晶体类型的过渡途中，这类晶体称为过型的基本晶体类型的过渡途中，这类晶体

38、称为过渡型晶体。渡型晶体。 过渡型晶体产生的原因可归因于离子极化。过渡型晶体产生的原因可归因于离子极化。离子极化理论（参考）离子极化理论（参考） 在离子型化合物中，正负离子间存在着互相作用。在离子型化合物中，正负离子间存在着互相作用。当一个正离子靠近一个负离子时，由于正离子具有多余当一个正离子靠近一个负离子时，由于正离子具有多余的正电荷，相当于一个外加电场正极的作用，它吸引负的正电荷，相当于一个外加电场正极的作用，它吸引负离子外层电子，使负离子的外层电子云和核发生相对位离子外层电子，使负离子的外层电子云和核发生相对位移，负离子的负电荷移，负离子的负电荷“重心重心”偏向正离子一边，发生变偏向正离

39、子一边，发生变形。负离子在正离子地诱导下，正负电荷形。负离子在正离子地诱导下，正负电荷“重心重心”不再不再重合，产生了诱导偶极，并有了诱导偶极矩。同样道理，重合，产生了诱导偶极，并有了诱导偶极矩。同样道理，正离子在负离子的诱导下也产生了诱导偶极矩。这种在正离子在负离子的诱导下也产生了诱导偶极矩。这种在外电场作用下，离子发生变形产生诱导偶极矩的现象称外电场作用下，离子发生变形产生诱导偶极矩的现象称为离子的极化。为离子的极化。 一种离子使异号离子发生极化的能力称为离子的极化力。 一种离子被异号离子极化的程度，即发生变形程度称为离子的变形性，通常用离子极化率表示。 一般而言，当正负离子相互作用时，主

40、要是正离子对负离子的极化作用，使负离子发生变形。 离子间的极化是双方同时发生的行为，离子间相互极化后，导致双方离子外层电子云变形而相互靠拢，造成部分电子云相互渗透和重叠。随着离子间相互极化作用的逐渐增强，键的极性逐渐减小，即键的离子性减小而共价性增大，并形成一系列由离子性键到共价性键的过渡状态。 以卤化银晶体为例 AgF AgCl AgBr AgI 键型变化 相互极化作用增强 键的极性减小 KSP 1.610-10 7.710-13 1.510-16 离子极化对晶体的熔点也有影响，一般讲，由离子所组成的离子晶体较共价键构成的分子所组成的分子晶体具有较高的熔点。例如NaCl和AgCl，虽然具有相同的晶体结构，但NaCl熔点为801，而AgCl的熔点却只有450。这是由于Ag+的极化力和变形性都很大，Ag+和Cl-相互极化作用大，键的共价性增多的缘故。 6、混合键型晶体、混合键型晶体 晶体结构中粒子间存在着一种以上的结合力，属于混晶体结构中粒子间存在着一种以上的结合力，属于混合键型晶体。例如，石墨是层状结构晶体，在石墨晶体中，合键型晶体。例如，石墨是层状结构晶体，在