固体与固体结构

固体与固体结构6/17/2023第一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理固体的分类：

p38（1）具有整齐和规则的外形、各向异性、固定的熔点，称为晶体；（2）没有整齐和规则的外形、各向同性、没有固定的熔点，称为非晶体或无定形物质。6/17/2023第二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理天然晶体和人工晶体：6/17/2023第三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理溶液法生长的人工晶体6/17/2023第四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理6/17/2023第五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理熔融熔融法生长的人工晶体6/17/2023第六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理人们对晶体的研究，是从绚丽的宝石世界开始。6/17/2023第七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

迄今为止，世界上发现的最大钻石叫“库里南”，重达3103ct。1905年发现于南非。被切割成4颗大钻和101颗小钻。非洲之星（库里南1号）重量：530.2ct钻石6/17/2023第八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理英文：diamond中文：钻石或金刚石钻石是宝石之王，它是结婚的信物，结婚六十周年的贺礼，四月份的生辰石。在世界的珠宝贸易中钻石占80%。化学成分：C希望6/17/2023第九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

电影“Titanic”中的“海洋之星”就是根据“希望”的原型拍摄的钻石6/17/2023第十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

红宝石和蓝宝石都属于贵重宝石。分别是七月和九月的生辰石。矿物学上，红宝石和蓝宝石属于一种矿物，称刚玉，其主要成分都是Al2O3。宝石6/17/2023第十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

红宝石为含Cr的红色刚玉族宝石。主产于：缅甸、泰国、越南、柬埔寨、斯里兰卡、坦桑尼亚。

蓝宝石是除红色以外的刚玉族宝石，包括蓝色、黄色、绿色、无色、粉红色。主产于：克什米尔、斯里兰卡、马达加斯加、泰国、澳大利亚、中国。

6/17/2023第十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理水晶：紫晶——紫色黄水晶——黄色水晶——无色芙蓉石——粉红色烟晶——黑色、褐黑色

其中以紫晶价值最高，黄水晶次之。天然水晶中无蓝色，蓝色者为合成品。

6/17/2023第十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理天然水晶6/17/2023第十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理6/17/2023第十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理什么是晶体？晶体的结构本质是什么？6/17/2023第十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理1、晶体外形的规则性p39-40

各种晶体都有它特有的外形，人们对晶体的研究就是从研究晶体外形开始的。就发现一个重要的定律——晶面角守恒定律。即，对于同一物质的不同晶体，晶面的大小、形状和个数可能不同，但相应的晶面之间的夹角都是固定不变的。6/17/2023第十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理2、晶体整齐规则的几何外形是其内部粒子规则排列的外在反映。p41-42

每种晶体都有一个形状一定的最小的晶胞，大块晶体是由千千万万个晶胞堆砌而成。也即：晶体内部的分子、原子在三维空间，是按一定形式的空间点阵排列而成。6/17/2023第十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

一维点阵

二维点阵三维点阵晶胞

（具体原子、分子）无限重复形成晶格宏观晶体6/17/2023第十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理晶胞参数、晶系和布拉维晶格6/17/2023第二十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理晶胞参数：

在晶体中切割出一个能代表晶格一切特征的最小部分，此最小部分称为晶胞。晶胞在三维空间中的无限重复就形成了晶格。晶胞的特征通常可用六个常数来描述，这六个常数是a，b，c和α，β，γ，晶胞是一个平行六面体，a，b，c分别是三个棱的长，α，β，γ是棱边的夹角。6/17/2023第二十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

晶体学家布拉维(A.Bravais)从宏观对称规则研究认为晶体分七个晶系，包含十四种晶格。6/17/2023第二十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理七个晶系(crytalsystems)，它们是：

立方晶系(cubicclass)、四方晶系(tetragonalclass)、六方晶系(hexagonalclass)、菱形（三方）晶系(rhombohedralclass)、正交晶系(orthorhombicclass)、单斜晶系(monoclinicclass)、三斜晶系(triclinicclass)。p39-406/17/2023第二十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理七个晶系6/17/2023第二十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理七个晶系p39-406/17/2023第二十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理简单立方P体心立方I面心立方F十四种晶格p41-426/17/2023第二十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理简单四方P体心四方I简单六方P简单三方P6/17/2023第二十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理简单正交P底心正交C体心正交I面心正交F6/17/2023第二十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理简单单斜P底心单斜C简单三斜P6/17/2023第二十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理晶体类型和结构特征p42-436/17/2023第三十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理一、离子晶体

在离子晶体中，晶格结点上交替排列着正、负离子。由于正、负离子间有很强的离子键(静电引力)作用，所以离子晶体有较高的熔点和较大的硬度(常呈现硬而脆)。固态时离子晶体不导电。但在熔化时(或溶解在极性溶剂中)，由于离子能自由移动，就具有导电性。绝大部分的盐和许多金属氧化物的固体都是离子晶体。6/17/2023第三十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理几种典型的离子晶体（1）

CsCl的晶胞是立方体，属简单立方晶格。每个Cs+离子(或Cl－离子)处于立方体的中心，被立方体8个异号离子所包围。由于角顶上离子属于8个晶胞所共有，也就是角顶上离子只有1/8属于一个晶胞。6/17/2023第三十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理所以在一个CsCl晶胞中实有1个Cs+离子和1个C1－离子，所含分子个数N=1。对于CsCl晶体来讲，配位数为8。由于正、负离子的配位数都是8，所以称为8:8配位。

6/17/2023第三十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理（2）NaCl的晶胞也是立方体，属面心立方晶格。晶胞上的结点比较多，中心离子(Na+离子或Cl－离子)处于立方体的中心，在中心离子附近，排列着6个异号离子，它们分布在晶胞立方体6个面的中心处，这些离子又分别为6个与它们异号的离子所包围。6/17/2023第三十四页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理所以在NaCl晶胞中，Na+离子(或Cl－离子)位于立方体的体心和12条边的中点，Cl－离子(或Na+离子)位于立方体的8个角顶和6个面的面心。NaCl型晶体配位数为6，采用6:6配位。

6/17/2023第三十五页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理（3）ZnS型晶体，在ZnS晶胞中，晶胞内的结点分布更加复杂，中心离子(Zn2+或S2－)处于把晶胞平均分成8个小正立方体的互不相邻的4个中心，异号离子则分布在晶胞的8个顶角和6个面的面心处。因此每个晶胞中有4个Zn2+离子和4个S2－离子，N=4。6/17/2023第三十六页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

一个ZnS晶胞中含S2-离子数为(81/8)+(61/2)=4；含Zn2+离子数也为4，所以N=4。配位数为4，采用4:4配位。6/17/2023第三十七页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理二、原子晶体和分子晶体

原子晶体的晶格结点上排列着一个个中性原子，原子间是以强大的共价键相联系，且成键电子均定域在原子之间不能自由运动，因此原子晶体熔点高，硬度大，熔融时导电性很差。6/17/2023第三十八页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理金刚石是典型的原子晶体，其中每个碳原子形成4个sp3杂化轨道，和周围的另4个碳原子通过C—C共价键结合，形成包括整个晶体的大分子。金刚石晶体中原子对称，等距离排布，结合特强，所以金刚石特硬，是天然物质中最硬的，经琢磨加工后成为名贵的金刚钻。6/17/2023第三十九页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理

分子晶体的晶格结点上排列着分子(极性分子或非极性分子)，这些分子通过分子间力相结合(在某些极性分子间还存在着氢键)。由于分子间力比化学键要小得多，因此分子晶体的熔点和硬度都很低，它们不易导电。大多数共价型的非金属单质和化合物，如固态的HCl、NH3、N2、CO2(干冰)和CH4、蒽等都是分子晶体。6/17/2023第四十页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理三、金属晶体

金属晶体的金属键常被看成是—种特殊的共价键，称为金属的改性共价键，该理论认为：金属晶体中晶格结点上的原子和离子共用晶体内的自由电子，但又和一般的共价键不同，它们共用的电子不属于某个或某几个原子和离子，而是属于整个晶体。

6/17/2023第四十一页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理金属晶体中的电子称为非定域的自由电子，形象地讲，可以把金属键说成是“金属原子和离子浸泡在电子海洋中”。这些自由电子把原子和离子“胶合”在一起形成所谓的“金属键”。金属键不同于一般共价键，没有饱和性和方向性，还可用以解释金属的导电性、导热性和延展性等。6/17/2023第四十二页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理金属晶体的紧密堆积有三种方式：六方紧密堆积(hcp,即hexagonalclosedpacking);面心立方紧密堆积(ccp,即cubicclosepacking);体心立方密堆积(bcc,即body-centeredcubicclosedpacking)。6/17/2023第四十三页，共四十八页，编辑于2023年，星期日大学化学原理四、混合型晶体

晶体内晶格结点间包含两种以上键型的为混合型晶体。石墨是典