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1、第三章 晶体结构,3-1 晶体的类型 3-2 共价型物质的晶体 3-3 离子型晶体 3-4 多价型晶体,3-1 晶体的类型,固体,晶体,非晶体（无定形体）,自然界中的多数固体物质,例：玻璃、橡胶、石蜡、沥青等,3-1-1 晶体的特征,晶体 非晶体 1. 有一定的几何外形 无定形 2. 有固定熔点 无固定熔点 3. 各向异性 各向同性,3-1-2 晶格与晶胞,组成晶体的质点（分子、原子、离子）以确定位置的点在空间作有规则的排列，这些点群具有一定的几何形状，称为结晶格子（简称晶格）。每个质点在晶格中所占有的位置称为晶格结点。,晶体中一个能代表晶格一切特征的最小部分（显然也是一个六面体），这个最小部
2、分称为晶胞。 晶胞的特征通常用六个参数来描述，它们是：a, b, c 和, , ,3-1-3晶体的类型,按照晶格上质点的种类和质点间作用力的实质（化学健的健型）不同，晶体可分为四种基本类型。 1、离子晶体：晶格上的结点是正、负离子。,2、原子晶体；晶格上的结点是原子。,3、分子晶体：晶格结点是极性分子或非极性分子。,4、金属晶体：晶格上结点是金属的原子或正离子。,3-2 共价型物质的晶体,二、电子气理论 经典的金属键理论叫做“电子气理论”。电子气理论认为：在固态或液态金属中，价电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子，好像价电子为许多原子或离子（指原子脱落电子以后，便成为离子）所共有。这样，这些
3、公用电子就把许多原子或离子粘合在一起，这种许多原子或离子共用一些能自由流动的电子所组成的化学键称为金属键。,一、金属键 金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键。金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。金属晶体是以金属键为基本作用力的晶体。,3-2-1 金属晶体,对于金属键有两种形象化的说法： 金属原子（或离子）之间有“电子气”在自由流动。 金属离子沉浸在电子的海洋中。,电子气理论定性地解释金属的性质：例如：金属具有延展性和可塑性；金属有良好的导电性；金属有良好的导热性；等等。电子气理论的缺点是定量关系差。,三、金属键能带理论,要点： 在固体中原子十分靠近，相邻原子的价层轨道可以线性组合，形成许
4、多分子轨道。n个原子轨道可以组合成n个分子轨道，能量相近分子轨道的集合称为能带； 一定能量范围内的许多能级，彼此相隔很近而形成一条带，在能带中各轨道间能量相差极小，电子很容易从一个分子轨道进入另一个分子轨道； 不同原子轨道组成不同的能带，各种固体的能带数目和能带宽度都不相同；,三、金属键能带理论,相邻量能带间的能量范围称为禁带，在禁带中电子不能占据； 完全被电子占满的能带称满带，在满带中的电子无法移动，不会导电； 部分被电子占满的能带称导带，导带中的电子很容易吸收微小能量而跃迁到稍高能量的轨道上，从而具有导电能力； 由原子的价电子组合而成的价电子轨道，被价电子占据称为价带，价带可以是满带也可以
5、是导带； 完全未被电子占据的能带称为空带。,（a） (b) (c) 半导体的能带结构示意图 (a)本征半导体, (b) n-型半导体，(c) p-型半导体,能隙 ( band gap),杂质产生的局域能级,价带 (满带),导带 (空带),四、金属晶体的堆积模型 把金属晶体看成是由直径相等的圆球状金属原子在三维空间堆积构建而成的模型叫做金属晶体的堆积模型。 金属晶体堆积模型有三种基本形式体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方最密堆积。 1、体心立方堆积 体心立方堆积的晶胞。金属原子分别占据立方晶胞的顶点位置和体心位置。每个金属原子周围原子数(配位数)是8。,2、六方最密堆积 我们将第一层球称为A球
6、，第二层球称为B球）。得到ABABAB的垛积（配位数为12）。这是两层为一个周期的垛积。,3、立方面心最密堆积 如果上述三维垛积取ABCABCABCABC三层为一周期的垛积方式（配位数为12），这种三层为一周期的最密堆积被称为面心立方最密堆积。,五、金属晶体的特征和性质,1、特征 晶格结点上的粒子 中性原子或离子 粒子间的作用力 金属键,2、性质 有金属光泽 有良好的导电、导热性 有良好的延展性 熔点较高（也有较低），硬度一般不大。 如： Ta W Hg Ga m.p.（ ）2996 3410 -38.87 9.87 Al Cr 硬度 1.5 9.0,二、性质 1. m.p. 8电子构型 例如
7、：Na+ , Mg2+ ; 817电子构型 例如：Fe3+ , Mn2+ ; 18+2电子构型 例如：Pb2+ , Sn2+ 。,（3）离子的半径 离子的真实半径难以确定。可以将形成离子晶体的正、负离子看成是两个球体，两原子核间的平衡距离（核间距d）就等于两个离子半径之和。如图所示。,3-3-3 离子晶体,一、 离子晶体的特征和性质 1、特征： 1. 晶格结点上的粒子 阴、阳离子（交替排列在结点上）。 2. 粒子间的作用力 离子键(即静电引力),例如：NaCl晶体,Na+和Cl的配位数都是6， Na+和Cl数目比为1:1，“NaCl”是最简式，NaCl是无限分子，即晶体有多大，分子就有多大。
8、晶格中，与任一原子处于相等距离并相距最近的原子数目称为配位数。,2、 性质,2. 质脆，延伸性差; 3. 易溶解于极性溶剂中; 4. 其水溶液和熔融状态都导电。,离子化合物硬度mp NaF22.5993 MgF251261,相似者相溶,1. 熔点（mp.）高，硬度大，难挥发；,受力后，结点上离子易移动，使本来阴阳离子相间排列的稳定状态变成阳阳、阴阴同性离子相邻接触的排斥状态，晶体结构被破坏。,二、离子晶体的基本类型,CsCl型,二、离子晶体的基本类型,NaCl型,二、离子晶体的基本类型,ZnS型,三、 离子的极化和变形,1. 离子的极化力和变形性 离子的极化力,电荷越大，半径越小，极化力越大。
9、如：Al3+Mg2+Na+,18e (18+2)e (917)e 8e Cu+,Cd2+ Pb2+, Sb3+ Mn2+, Fe3+, Na+, Ca2+ Fe2+, 离子的变形性,离子的电荷（Z） 离子半径(r) 外电子层结构,离子半径大， 离子的变形性大。如：I- Br- Cl-,3. 离子极化对化合物性质的影响 晶型的转化 化合物的溶解度 晶体的熔点,2. 离子极化对化学键型的影响,离子相互极化程度越大，共价键成份越多，离子键就逐渐向共价键过渡。,3-4 原子晶体,一、特征： 1. 晶格结点上的粒子 中性原子 2. 粒子间的作用力 共价键,配位数： 一般为4，有饱和性。 晶体中没有单个分
10、子，整个晶体成一体。 如：SiO2，意味着 Si:O=1:2。 典型的原子晶体： 金刚石（C）、晶体硅（Si） 、单质硼 SiO2 、SiC、B4C、BN、GaAs等。,二、性质 熔点高，硬度大 如： 金刚石 m.p. 3570, 硬度最大(10) 金刚砂 (SiC) m.p. 2700 9.5 性质非常稳定，几乎不溶于任何溶剂 晶体或熔融体均不导电、不导热。 (但在一定条件下，可作优良的半导体材料，如：Si, Ge, GaAs),3-5 多键型晶体,石墨晶体,基本要求,1掌握晶体的特征。 2理解分子间力和氢键。 3掌握四种晶体类型的特征及其性质。 4理解离子极化的概念及其应用。,习题：P246 1、3、4、5、7、10、11、12/,回首页,下一章,莫氏硬度表： 1级 2级 3级 4级 5级 滑石 石膏 方解石 萤石磷灰石 硅酸盐 CaSO4.H2O CaCO3 CaF2 Ca3F(PO4) 6级7级8级 9级 10级 正长石石英黄玉 刚玉 金刚石 KAlSi3O4SiO2 Al2(FOH)2SiO4 Al2O3 C,
