第三章晶体结构

1、第三章 晶体结构3.1晶体与晶胞3.2离子晶体3.3分子晶体、原子晶体3.1 晶体一、晶体的特征固态物质分为晶体及非晶体，与非晶体相比，晶 体具有如下特征：1、有一定的几何外形2、有固定的熔点3、各向异性NaCl二、术语1. 晶体 (Crystal)由原子、离子或分子（质点）在空间按一定规律周期性重复排列所构成的固体物质叫晶体。2. 晶格 (Lattice)晶体中每一个质点抽象为一个点，把点连成线，构成的空间格子叫晶格。3. 晶格结点 (Lattice Crunode)。晶格上排列的微粒叫晶格结点4. 晶胞 (Unit Cell)晶体的最小重复单位。或是晶格中所含具有代表性的基本单元。晶胞在三

2、维空间无限重复，就产生晶格。三、晶胞的特征1. 晶胞的大小与形状z由晶胞参数a，b，c，表示， a，b，c 为六面体边c长， ， 分别是bc ，ca ,bab 所组成的夹角。aOyx2. 晶胞的内容按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。晶系边长夹角晶体实例立方晶系a = b = c= 90NaCl三方晶系a = b = c=90Al2O3四方晶系a = bc= 90SnO2六方晶系a = bc= 90, = 120AgI正交晶系abc= 90HgCl2单斜晶系abc= 90, 90KClO3三斜晶系abc 90CuSO45H2O按带心型式分类，又可将七大晶系分为14种型式。例如，立方晶系分为简单

3、、体心和面心立方三种形式(At,7J ，丫J. 、.l; j-.J纠S 心志、-I JI二_丁斗L飞了;1:l I1; .ob。( .) ”兀心 立 一 人 长(d；f； j ”“丿J（心休 4 : 、I JU Ijr?，力 1 勹、力 。 。 。(hrra ,y,-主 令 (i血） 4 4 ; 、LE 交 。 。 ？ 芍 J(l. 、,I I L 余斗m ，, 氐C,.众斗n)ji) .tI (I J 八；、U- .:k二 余斗四、晶体分类组成粒子粒子间作用力物理性质实例熔沸点硬度熔融导电性金属晶体原子离子金属键高*大*好*Cr K原子晶体原子共价键高大差SiO 2离子晶体离子离子键高大好N

4、aCl分子晶体分子分子间力低小差干冰*大部分有此性质3.2 离子晶体一、离子晶体的特点、性质NaCl特点：晶格结点上排列的粒子是正负离子，正负离子之间的结合力是离子键。性质：熔沸点高，硬度大；晶体无延展性。二、离子键 1. 离子键的形成eNaClCl -Na+Na+Cl - 2. 离子键的本质离子键是由原子得失电子后，生成的正负离子之 间通过静电作用力形成的化学键。 3.离子键的特点离子键既没有饱和性，又没有方向性。没有方向性：是指离子化合物中被看作是带电小圆球的正、负离子在空间任何方向吸引相反电荷离子的能力都是等同的。没有饱和性：包含两个含义：正、负离子周围邻接的异电荷离子数主要取决于正、负

5、离子的相对大小，而与各自所带电荷的多少无直接关系；一个离子除吸引最邻近的异电荷离子外，还可吸引远层异电荷离子。三、离子晶体的结构1. NaCl型晶格：面心立方组成：每一个Na+的周围有6个Cl-，每一个Cl-周围有6个 Na+。通常将晶体内某一粒子周围最接近的（异号）粒子数目称为该粒子的配位数。配位比： 6:6范畴：NaBr，KI，LiF，MgONaCl离子晶体的结构 晶胞中离Na+ : 12 14+ 1 = 4个子的个数Cl- : 8 18+ 6 12= 4个2. CsCl晶体晶格：简单立方组成：每一个Cs+的周围有8个Cl-； 每一个Cl-周围有8个Cs+。配位比：8:8范畴：TlClCs

6、BrCsICsCl离子晶体的结构晶胞中离子的个数 Cs+1个Cl- : 8 18= 1个3. ZnS晶体晶格：面心立方（闪锌矿）组成：每一个Zn2+的周围有4个S2-； 每一个S2-周围有4个Zn2+。配位比：4:4范畴：MnSZnOAgIZnS 离子晶体的结构Zn2+S2- 晶胞中离子的个数 Zn2+:4个S2- : 6 12+ 8 18= 4个四、 晶格能1、晶格能理论基本要点当电负性小的活泼金属原子与电负性大的活泼非金属原子相遇时，它们之间容易发生电子的得失而产生正、负离子。在标准状态下，1mol离子晶体变成气态正离子和气态负离子时所吸收的能量叫晶格能,用 U 表示( 0 )。晶格能越大

7、的离子晶体，硬度越大，熔点越高。（2） 晶格能的计算Born-Haber循环：实验数据求晶格能Na(s)+DH11DH6DH52 F2(g)NaF(s)DH3Na(g)DH 2Na+(g)+F(g)DH 4F-(g)DrHm6 = DrHm1+DrHm2+DrHm3+DrHm4+ DrHm5Dr Hm6= S（升）+I（电离能）+1 D（键能）2+ A（电子亲和能）+(-U（)晶格能）Born-Lande (波恩-朗德) 公式U = 138490 AZ1Z2(1- 1 )离子构型CsClA1.763NaClZnS1.7481.638A：常数：R+ + R-nn：波恩指数：结构类型 HeNeAr

8、KrXen5791012Z1, Z2：正负离子电荷的绝对值R+R-：正负离子半径和（3） 影响因素UZ+ Z-R+ + R-（4） 适用范围典型的离子晶体晶格能对离子晶体物理性质的影响：离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能大, 相应表现为熔点高、硬度大等性能。NaCl型离子晶体Z1Z2r+/pmr-/pmU/(kJmol-1 )熔点/oC硬度NaF11951369209923.2NaCl11951817708012.5NaBr11951957337472.5NaI11952166836629-17 8关于离子的电子构型的说明： 简单负离子一般最外层具有稳定的8电子构型。 正离子的电子构型则

9、较为复杂： 2电子构型：Li+Be2+ 8电子构型： Na+K+Ca2+ 18电子构型： Cu+、 Ag+、 Zn2+ 、 Cd2+、 Hg2+ 18+2电子构型： Pb2+ 、 Sn2+ 、 Bi3+ 9-17电子构型： Fe2+、Fe3+、 Cr3+、 Mn2+ 离子的变形性离子可被极化的程度；通常考虑负离子的变形性。 负离子变形性大的标志 高负电荷 大半径 构型：2，18，18+2 9-178对键型、溶解度、熔沸点的影响（3） 离子极化对物质结构和性质的影响卤化银Ag+电子构型Ag+极化力AgF 18AgClAgBr1818很大AgI18rx-/pmX-变形性136181195216增大离子极化增大键型离子键混合键混合键共价键溶解度大较大较小小熔沸点高较高较低低3.3 分子晶体、原子晶体分子晶体：依靠分子间作用力（取向力、诱导力、色散力，氢键）结合而成的晶体。分子晶体的结构特点：晶格质点就是分子（晶 体里有分子，而且是独立的分子）。分子之间 的的结合是范德华力。分子内原子之间是共价键。原子晶体：晶格节点上排列的是原子，原