《【2017年整理】串讲5-6章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】串讲5-6章（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 原子结构与键合1. 描述一个电子的空间位置和能量的四个量子数分别为：主量子数 n、轨道角动量量子数 li、磁量子数 mi、自旋角动量量子数 si。2. 原子核核外电子的排布应遵循的三个原则为：能量最低原理、泡利不相容原理、洪德定则。3. 泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即不能有四个量子数都相同的两个电子。因此，主量子数为 n 的壳层，最多容纳2n2个电子。4. 洪德定则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整个原子的能量最低。5. 元素周期表在同一个周期中，各元素的
2、原子核外电子层数虽然相同，但从左到右，核电荷数依次增多，原子半径逐渐减小，电离能趋于增大，失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强，因此，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；而在同一主族的元素中，由于从上到下电子层数增多，原子半径增大，电离能一般趋于减小，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，所以元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。由于同一元素的同位素在周期表中占据同一位置，尽管其质量不同，但它们的化学性质完全相同。6. 物质中的结合键主要有：金属键、离子键、共价键、氢键、范德瓦耳斯力。金属键：由金属中自由电子与金属正离子相互作用所构成的结合键。离子键：金属原子将自己最外层的价电子给予非金属
3、原子，金属原子、非金属原子分别转变成正离子、负离子，其依靠静电引力结合在一起而形成的键。共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。范德瓦耳斯力：借助微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来具有稳定结构的原子或分子结合为一体的键合。氢键：分子中氢的唯一的电子已被其他原子所共有，结合的氢端就裸露出带正电荷的原子核。其与邻近分子的负端相互吸引而构成的中间桥梁，又称为氢桥。离子键没有饱和性和方向性。离子键无方向性和饱和性，一般具有较高的配位数。离子晶体都具有良好的电绝缘性。但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，此时即呈现离子导电性。共价键具有方向性和
4、饱和性。共价晶体要有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，一般是绝缘体，其导电能力较差。范德瓦耳斯力属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱和性。其键能通常比化学键的小 1-2 个数量级。氢键具有方向性和饱和性，也属于次价键，键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。7. 例 5-1 求质量为 1g 的 Al 中所包含的价电子数。查元素周期表：原子量 26.981价电子 3S23P1解：Al 的摩尔质量为 M=26.98gmol-11gAl 所包含的原子数为例 5-2 铬的原子序数为 24，共有四种同位数：4.31%的 Cr 原子含有 26 个中子，83.76%含有 28 个中子，9.55%含有 29 个中子
5、，且 2.38%含有 30 个中子。试求铬的原子量。例 5-3 铜的原子序数为 29，原子量为 63.54，它共有两种同位素 Cu63 和Cu65，试求两种铜的同位素之含量百分比。 . 例 5-4 铟的原子序数为 49，除了 4f 亚层之外其它内部电子亚层均已填满。试从原子结构角度来确定铟的价电子数。 例 5-5 铂的原子序数为 78，它在 5d 亚层中只有 9 个电子，并且在 5f 层中没有电子，请问在 Pt 的 6s 亚层中有几个电子？ 例 5-2 M=00431(24+26)+0.8376(24+28)+0.0955(24+29)+0.0238(24+30)=52.0569 例 5-3
6、73% (Cu63); 27% (Cu65) 例 5-4 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1 例 5-5 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d96s1 第六章 固体结构1. 晶体、非晶体的主要区别：晶体熔化时具有固定的熔点，而非晶体却无固定熔点，存在一个软化温度范围；晶体具有各向异性，而非晶体却为各向同性。2. 晶胞：具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。3. 晶胞选取的原则选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性；平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；当平行六面体的棱边夹角存在直角
7、时，直角数目应最多；当满足上述条件的情况下，晶胞应具有最小的体积。4. 晶向指数、晶面指数的确定。在面心立方晶胞中画出012和1 3晶向。2在面心立方晶胞中画出（012）和（1 3）晶面。写出立方晶胞中晶向族、所包含的晶向指数。写出立方晶胞中晶面族111、100、110所包含的晶面指数。5. fcc 结构的密排方向是_，密排面是_111_，密排面的堆垛顺序是_ABCABC_致密度为_0.74_配位数是_12_晶胞中原子数为_4_，把原子视为刚性球时，原子的半径是_ _；bcc 结构的密排方向a42是_，密排面是_110_致密度_0.68_配位数是_8_ 晶胞中原子数为_2_，原子的半径是_ _
8、；hcp 结构的密排方向是a43_，密排面是_0001_，密排面的堆垛顺序是_ABAB_，致密度为_0.74_配位数是_12_，晶胞中原子数为_6_，原子的半径是_ _。4321a2c6. 简单立方晶系，晶面间距公式是_ _。22lkhadkl7. Al 的点阵常数为 0.4049nm，其结构原子体积是_ _。348. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_（ ）_。239. 在 fcc 晶胞中，八面体间隙中心的坐标是_（ ）_。110. 空间点阵只可能有_14_种。Al 的晶体结构是 _面心立方_， -Fe的晶体结构是_体心立方_ , Cu 的晶体结构是_面心立方_ 。11. 晶胞中每个原子平
9、均占有的体积分数称为_致密度_。12. 面心立方结构每个晶胞中八面体间隙数为_4_，四面体间隙数为_8_。13. Zn 室温的点阵常数 a=2.6649A，c=4.9468A，其轴比为_c/a_，配位数为_12_。14. 纯铁冷却时在 912 度 发生同素异晶转变是从_体心立方_结构转变为_面心立方_结构，其体积发生_膨胀_变化。15. 固溶体按溶质溶解度可分为_有限_ 固溶体和_无限_ 固溶体。固态合金相基本上可分为_固溶体_ 和 _金属化合物_ 两大类。16. 同素异晶转变，点阵常数，晶面指数，晶面族，晶向指数，晶向族，晶带和晶带轴，配位数，致密度17. 体心立方、面心立方、密排六方的晶胞
10、：晶胞组成原子数、含有原子数、致密度、性能特点、常用金属例 6-1 体心单斜点阵是不是一个新的点阵？可见， 体心单斜点阵可以连成底心单斜点阵，因而不是新的点阵。例 6-2 写出立方晶系的123晶面族和112晶向族中的全部等价晶面和晶向的具体指数。 24 个 24 个例 6-3 已知铜是面心立方结构的金属，其原子半径为 0.1278nm，摩尔质量为63.54g/mol。求铜原子所占的体积密度（单位体积质量） 。例 6-4 石英（SiO2）的密度为 2650kg/m3，求： 1cm3 中有多少个 Si 原子与 O 原子？ 若 Si 与 O 的半径分别为 0.038nm 与 0.114nm，其堆积因
11、子为多少？ 将 SiO2 看做一个整体单元 堆积因子即致密度 Si 摩尔质量 28.085 O 摩尔质量 15.999例 6-5 在 FCC 铁中，碳原子位于晶胞的八面体间隙位置，即每条棱的中心如（1/2,0,0）和晶胞中心处（1/2,1/2,1/2） ；在 BCC 铁中，碳原子占据四面体间隙位置，如（1/4,1/2,0）处。FCC 铁的点阵常数为 0.3571nm，BCC 铁为0.2866nm。设碳原子的半径为 0.071nm。问： 在 FCC、BCC 两种铁中，由间隙碳原子所产生的晶格畸变哪一种更明显？ 如果所有间隙位置都被碳原子填充，则每种金属中的碳原子的含量各是多少？ BCC 晶胞中
12、铁原子半径 RBCC FCC 晶胞中FCC 的间隙较大，晶格畸变较小。间隙碳原子在 BCC 中所产生的晶格畸变较大。在 BCC 中（1/4,1/2,0）类型的间隙总数为 24 个，但间隙位于晶胞的表面，晶胞只占有一半。例 6-6. 氧化镁（MgO）与氯化钠（NaCl）具有相同的结构。已知 Mg 的离子半径为 0.066nm，氧的离子半径为 0.140nm。 （1）试求氧化镁的晶格常数。 （2）试求氧化镁的密度。解答：氧化镁为离子化合物，计算时必须使用离子半径而不能使用原子半径 (1) 氯化钠（NaCl）晶体的结构如图 2.52（P59）nmaMg 412.0.06.(2)(201 ）(2) 氧
13、化镁（MgO）与氯化钠（NaCl）具有相同的结构。每一晶胞中含有4 个 Mg2+及 4 个 O2-；1mol 的 Mg2+具有 24.31g 的质量，1mol 的 O2-具有 16.00g的质量，则密度为3233732 /8.10.6)42.01(0.6.1 cmga 例 6-7. 某一原子的配位数（CN）为此原子之邻接原子的数目。以共价键结合的原子其最大的配位数是由其原子所具有的价电子数来决定；而离子键结合的原子其最大的配位数是受其离子半径比所限制。试证明当配位数为 6 时，其最小半径比为 0.41。解答：当配位数为 6 时，其可能的最小半径值如图（a） ，第五和第六个离子正好位于中心原子的
14、正上方和正下方如图（b） ；一个 Mg2+最多被六个 O2-包围。由图（a） （2r2R） 2 =（2R 22R 2）（rR） 2 =（R 2R 2） )1(4.0/CN=6 时的 r 和 R 之比为 0.41。例 6-8. 已知 Cu 的原子直径为 2.56 ，求 Cu 的晶格常数，并计算 1mm3Cu 的原A子数。解答 D（）为 Cu 的原子直（半）径，n 为 1mm3Cu 的原子数，晶胞体积 a3，致密度为 0.74。. 个193043.8 247.0)( 62.5.22 2 .CufcnDnVDa62.35.2 4 a327.0Dn 个19043.8n例 6-9. 已知 Al 相对原子质量 Ar（Al）=26.97，原子半径 =0.143nm，求 Al晶体的密度。解答 3372330 /69.2)1045.(10.6491)( .2 fcAl. cmgcgaNlr nm例 6-10. bcc 铁的单位晶胞体积，在 912时是 0.02464nm3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是 0.0486nm3。当铁由 bcc 转变为 fcc 时，其密度改变的百分比为多少？解答. %4.1053.76 /63.7862.41./5.02106/85.)Ar(Fe 3233 cmgcgcmgfcb
