13晶体结构.ppt

1、第13章 晶体结构,13.1 晶体的特征,13.2 晶体的基本类型及其结构,13.3 化学键键型和晶体构型的变异,13.4 晶体的缺陷.非晶体,作 业,主讲：胡宗球,1、一定的外形 2、固定的熔点 3、有各向异性,一、晶体的特征和性质,二、晶体内部结构,晶体的特征,1、晶格晶胞 2、密堆积 3、两类空穴,三、晶体的分类,NEXT,1、金属晶体：硬度大，熔沸点高，导电。 2、离子晶体：硬度较大，熔沸点较高，性脆，熔融导电 3、分子晶体：分子间力，硬度小，mp,bp低 4、原子晶体：硬度大，熔沸点高，键能大，金刚石，BN,七大晶系,离子极化,一、离子的电子构型 外层电子结构 电子构型 阳离子实例

2、ns2np6 8 Na+, Mg2+,Al3+,Ti4+ ns2np6 nd1-9 9-17 Cr3+,Mn2+,Fe3+,Cu2+ ns2np6 nd10 18 Ag+,Zn2+,Cd2+,Hg2+ (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2 18+2 Sn2+,Pb2+,Bi3+,Sb3+ 二、极化力与变形性 极化率 =/E 如： CdS 三、离子极化对物质性质的影响,返回,混合型晶体及晶体缺陷,混合型晶体（石墨等）,晶体缺陷 1、点缺陷 2、面缺陷 3、体缺陷,返回,晶体点缺陷,GO,极化力与变形性,返回,1、极化力与变形性大小常用极化率表示。 即离子在单位电场中被极化产生的诱导

3、偶极矩。 2、阳离子 （1） r+ 越大，极化力越弱。 （2） Z，r+ 相近时取决于离子的电子构型。 极化力：2 8 9-17 18 (18+2) （3） r+越大离子的变形性越大 变形性：Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ 3、阴离子 （1）电子层结构相同时，Z 越大，r- 越大，变形性越大 如 F- Cl- Br- I-, O2- S2- Se2- Te2- （2）对称性强，结构紧密的复杂阴离子变形性不大。 极化力大的是电荷高半径小的阳离子，如Al3+,Fe3+ 变形性大的是体积大的阴离子和 18，18+2 电子构型的阳离子. 极化作用和相互极化作用较强的有CdS, PbS, HgS

4、等。,常见离子的极化率(10-4Cm2V-1),返回,离子极化对物质性质的影响,1、对键型的影响,2、其它卤化物、硫化物的颜色,返回,晶格与晶胞,（一）晶格（Crystal lattice）（几何概念） 指组成晶体的质点，（原子、分子、离子、原子团等）在空间作有规则的周期性排列所组成的格子。 共14种晶格（见上），分属于7种晶系 （二）晶胞（Cell） 能表达晶体结构的最小重复单位。 换言之：胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶体。 （三）结点 即晶格结构中固定的点。,NaCl晶格和晶胞,晶格 晶胞,晶胞的结构,返回,1、离子半径表 共价半径 范德华半径 金属半径2、半径比与半径比规则 3、

5、NaCl型、CsCl型 ZnS型 4、离子晶体的性质 mp,bp大，易溶，性脆，导电,一、离子晶体的结构和性质,二、离子晶体稳定性,离子晶体及其性质,返回,晶格能,离子晶体的半径比,设 r-=1, ac=4r- ab=bc=2r-+2r+ ac2=ab2+bc2=2ab2 (4r- )2 =2(2r+2r-)2 解之得 r+=0.414 r+/r-=0.414,r+/r-0.414 负-负离子紧密接触 正-负离子接触不好 构型不稳定，将转为低配位数的构型,r+/r-0.414 正-负离子紧密接触 负-负离子接触不好 本构型稳定,返回,半径比规则,配位数的大小与正负离子的半径之比有关，,注意：半

6、径比规则只是一个理论计算结论，实际应用时应考虑到离子并非刚性球体，电子云重叠，离子极化和离子的变形性均会使结果有一定的出入。 如：CsCl晶体，常温下CsCl型，高温下NaCl型 又如：CdS,r+/r-=0.53 应属NaCl型，实属ZnS型,返回,常见离子半径表,返回,三种典型的离子晶体,返回,ZnS型 CsCl型 NaCl型 CN= 4 8 6 晶型 简单立方 体心立方 面心立方,面心立方,返回,体心立方,返回,金刚石的结构,此外，还有Si，B，SiC，SiO2，B4C，BN，AlN 等物质属于原子晶体。,返回,固体二氧化碳晶体结构,返回,晶体的外形,非晶体：玻璃，松香，石蜡，沥青等无固

7、定外形。 单晶与多晶的区别：某些固体表面上看不是晶体，结构分析仍是由极小的晶体组成的称为微晶、混晶或多晶。 晶体与非晶体可在一定条件下互相转化。如石英玻璃。液晶是一类特殊的晶体，有机物质熔化后在一定温度范围内的部分长程有序，介于液态和晶态之间的各向异性。 晶态比非晶态稳定，非晶态本质上是一种亚稳态，如弹性硫。,固体-自然界的矿石,返回,晶体的各向异性,返回,在不同方向上晶体表现出来的某些物理性质（磁、光、电、热、 力学）各不相同的性质叫各向异性。 云母、方解石的解理性 石墨的导电性、导热性,金属晶体的三种密堆积方式,六方紧密堆积 ABAB,面心立方紧密堆积 ABCABC,体心立方紧密堆积,金属键：金属原子价电子可以完全失去成为自由电子在晶格中运动。金属键无饱和性和方向性。金属有良好的导电导热性和延展性。由于结构复杂，其熔点硬度规律性不强。,返回,四面体空穴和八面体空穴,返回,七大晶系,返回,晶体的分类,按占据晶格结点在质点种类及质点互相间作用力划分为4类。 晶格类型 例 占据结点的质点 质点间作用力 金属晶体 Na, Fe 金属原子、阳离子 金属键 （不