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1、第八章 晶体结构 (crystal structure)8.1 晶体的内部结构 8.1.1 晶格和晶胞晶体：内部微粒做有规则排列的固体。 晶格(lattice)：晶体中微粒按一定方式有规则周期性排列构成的几何图形。 格点：晶格中排有微粒的那些格点。晶胞(unit cell) ：能够完全代表晶格特征的最小单元。 单晶体：晶体内部所有晶胞位相基本一致； 多晶体：晶胞的位相互不一致的晶体。根据晶胞的特征，可将其划分为七个晶 系(crystal system)，十四种晶格。1. 离子晶体(ionic crystals) 定义：晶格上交替排列着正、负离子，其间以离子键结合而构成的晶体叫做离子晶体。典型的
2、离子晶体：由活泼的金属元素和活泼的 非金属元素构成的化合物形成的晶体。NaCl ZnS CsCl特点：具有较高的熔点和较大的硬度，易溶于 水，熔融液和水溶液都易导电。 8.1.2 晶体的基本类型NaCl离子晶体结构示意图2. 原子晶体(covalent crystals) 定义：晶格结点上排列的微粒为原子，原子 之间以共价键结合构成的晶体。如：金刚石、单晶硅和锗、SiC、GaAs、方石 英SiO2。特点：在原子晶体中并没有独立存在的原子 或分子，化学式只代表晶体中各种元素原子数的 比例。物理性质：原子晶体一般具有很高的熔点和 硬度，一般是电的绝缘体。但有些原子型晶体如 Si、Ga、SiC、Ga
3、As等可以作成优良的半导体材 料，原子型晶体在一般的溶剂中都不溶解。 金刚石的结构定义： 晶格结点上排列着极性分子或非极性 分子。分子间有分子间力或氢键。典型的分子晶体：分子晶体通常包括非金属单 质以及由非金属之间或非金属与某些金属所形成 的共价化合物。在室温下，所有的气态物质和绝大多数的液态 物质以及易挥发的固态物质都是属于分子型的。 如：干冰CO2、Cl2、Br2、I2和H2等。 3. 分子晶体(molecular crystals)分子晶体的性质：硬度小，溶、沸点低（一 般在400以下），并具有较大的挥发性，在晶格中存在着独立的分子。分子晶体在固态和熔融态 都不导电，但有些分子晶体的水溶
4、液可以导电， 如：HAc。4. 金属晶体(metallic crystals)金属键(metallic bond) ：金属中原子的外层电 子受核的引力较小，很容易地从金属原子上脱落下 来，自由地从一个原子移向另外一个原子，成为自 由电子，原子变成正离子，似乎电子为金属中许多 原子或正离子所共有，我们把金属中自由电子与原 子或正离子之间的作用力叫做金属键。金属晶体：晶格结点上排列的微粒为金属原子 或正离子，这些原子和正离子与从金属上脱落下来 的自由电子以金属键结合构成的晶体叫做金属晶体 。绝大多数金属及其合金都属于金属晶体。铁 银 镁自由电子和金属原子间产生没有方 向性的“胶合”作用力，即金属键
5、。5. 混合型晶体定义：晶体中同时存在几种作用力。如：石墨、硅酸盐6.2 离子晶体 6.2.1 三种典型的离子晶体88 66 44NaCl型晶格：面心立方配位比：6:6(红球Na+ ， 绿球Cl-)CsCl型(红球Cs+ ， 绿球Cl-)晶格：简单立方配位比： 8:8ZnS型(立方型)晶格：面心立方(红球Zn2+ ， 绿球S2-)配位比：4:46.2.2 离子半径和配位比离子半径：假定晶体中正、负离子是互相接 触的球体，两原子核之间的核间距就等于正、负 离子半径之和。 AB型离子晶体半径与配位数的关系构型 配位数 正负离子半径比ZnS型 4 0.2250.414 NaCl型 6 0.4140.
6、732CsCl型 8 0.7321.0008.2.3 晶格能(lattice energy)定义：在标准状态下，破坏一摩尔的离子晶体使之成为气态正离子和气态负离子时所吸收的 能量称为晶格能。用符号U表示，单位kJ/mol。意义：晶格能的大小用来衡量离子键的强弱及离子晶体的稳定性。晶格能越大，离子键越强，晶体越稳定，熔、沸点及硬度皆越大。晶格能对离子晶体物理性质的影响MgOCaOSrOBaO小大高大rU熔点硬度大小低小晶格能的计算：由一些热力学数据通过 玻恩-哈伯循环(Bron-Haber cycle)法理论计算得到。利用Born-Haber循环,计算晶格能K(g)Br(g) +=KBr(s)+
7、8.2.4 离子的极化 (离子键向共价键过渡)描述一个离子对其它离子的影响能力2. 离子的极化力( f )描述离子变形性的物理量1. 离子的极化率( )（8 ）（917 ）（18 ）（18+2 ）离子的极化率（ ）的一般规律 正离子 小，负离子 大 负离子： 大， 大 R相近，但电荷不同时负离子： 大， 大正离子： 大， 小 R相近，Z相同时，与电子构型有关小大影响离子极化力f 的相关因素 Z高， 小，f 大 Z相同， 相近，与电子构型有关。（8 ）（917 ）（18 ）（18+2 ）f 小大离子间的极化作用举例：AgF AgClAgBr AgI键型 离子键 晶体类型 NaCl型 溶解度 大 化合物颜色 浅 电导率 小 金属光泽 弱共价键 ZnS型小深大强物理性质变化
