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1、大学化学 2013年秋季 大 学 化 学晶体结构页码 2知识要点l逻辑主线l重点概念晶格、晶胞、晶胞中粒子数与化学式金属晶体、原子晶体、离子晶体、分子晶体中，粒子之间的作用 力及宏观性质离子的极化作用和变形性及对宏观性质的影响晶体的基 本概念晶体的 类型晶体的宏 观性质页码 3晶体具有：一定的几何外形固定的熔点各向异性非晶体具有： 无一定的几何外形无固定的熔点各向同性晶体的宏观特性页码 4页码 5晶格(lattice) 组成晶体的粒子有规则地排列在空间的一定的点上，这些点 的总和晶格（或点阵）l 晶格在空间的排列呈现出有规律的周期性 l 排有粒子的点称为晶格的结点晶体的微观结构页码 6HRTE
2、M micrographs of Pt electrodeposit. Lattice fringes corresponding to specific Pt crystal planes are labeled页码 7晶胞 在晶格中，能表现出其结构一切特征的最小基本单元。晶胞在空间无限重复就形成了晶体。晶胞参数由a，b，c，表示， a，b，c 为六面体边长， ， ， 分别是bc ， ca , ab 所组成的夹角。晶胞(unit cell)与晶胞参数页码 8按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系页码 9bac立方abc四方bac正交cba三方六方bac abc单斜bac三斜七种晶胞页码 10单晶
3、体：l 是由一个晶核（微小的晶体）各向均匀生长 而成的晶体。l 其内部的粒子基本上是按照某种规律整齐排 列的。多晶体：l 由多个单晶体颗粒杂乱地聚结而成的晶体， 晶体与晶体之间的界面成为晶界。l 由于单晶体的杂乱排列，使晶体的各向异性 消失。单晶体和多晶体页码 11(B)Fig. 6.2 HRTEM images of as-deposited PtRu particles prepared with the varying molar Pt:Ru ratio of (a) only Pt, (b) 1:0.5, (c) 1:2 and (d) 1:4 in the deposition ba
4、th. HRTEM micrographs of Pt electrodeposits页码 12(a) Top-view SEM image of the substrate in the initial phase of the ICP- DRIE process. (b) Cross-sectional SEM image of the resulted high-aspect- ratio submicron pillar arrays with each individual pillar dimension of 6 m 0.6 m 0.2 m.(a)(b)多晶硅的晶界页码 13晶体
5、的基本类型l金属晶体l离子晶体l原子晶体l分子晶体l混合晶体页码 14金属晶体l金属晶体的结构l金属晶体中，晶格结点上排列着金属原子，晶 格结点间以金属键相结合l金属晶体的结构可以看作等径圆球的密堆l金属晶体的特点l金属原子的配位数较大l不同的金属单质，可能有不同的晶格类型l同种金属在不同的温度下，也可能发生晶格类 型的转变页码 15金属晶体的性质l有金属光泽,对光不透明l具有较高的熔点、沸点l较大的硬度,较好的延展性l具有良好的导电和导热能力页码 16常见的有三种l体心立方堆积l在立方体的八个顶点和中心各有一个金属原子l面心立方最密堆积l在立方体的八个顶点和六个面的中心各有一个金属原子l六方
6、最密堆积l在一个六面柱体的十二个顶点上有十二个金属原子，在上、下底面的中心各有一个原子，在上下低面之间还有三个紧挨的原子 金属晶体中粒子的排列方式页码 17页码 18离子晶体l离子晶体的结构l离子晶体中，晶格结点上交替排列着正负离子 ，正负离子间以离子键相结合。l离子晶体的特点l离子晶体的堆积方式也采取紧密堆积方式l各离子周围排列的是带异号电荷的离子l阴离子：大球，密堆积，形成空隙l阳离子：小球，填充空隙规则：阴阳离子；配位数大，稳定。页码 19离子晶体的性质l离子晶体的熔点较高，硬度较大，难挥发l离子晶体在溶于水或熔融时，可以导电l离子晶体一般较脆l离子晶体物质一般较易溶于水页码 20NaC
7、l型晶胞中离子的个数：晶格：面心立方配位比：6:6(红球Na+ , 绿球Cl-)三种典型的离子晶体页码 21CsCl型晶胞中离子的个数：(红球Cs+ , 绿球Cl-)晶格：体心立方配位比： 8:8页码 22晶胞中离子的个数：ZnS型(立方型)晶格：面心立方(红球Zn2+ , 绿球S2-)配位比：4:4页码 23离子的极化作用和变形性离子的极化作用 阳离子具有正电荷，半径比较小，外层电子较少，它会对相邻的阴离子起诱导作用，使之变形，这种作用叫做离子的极化作用。离子的变形性 阴离子半径一般比较大，在外层上有较多的电子，在被诱导过程中容易变形，产生临时的诱导偶极，这种性质通常称为离子的变形性页码 2
8、4离子的极化作用和变形性一般来说，阳离子主要表现的是对阴离子的极化作用，阴离子主要表现的是自身的变形性。+ + + 正离子极化负离子离子键相互极化共价键页码 25离子的极化作用和变形性影响离子极化强弱的因素影响离子极化强弱的因素主要从离子的极化力和离子的变形性两方面来考虑。（1）阳离子的极化力 电荷高，半径小的离子极化力强。如 Mg2+ Ca2+ Sr2+ Al3+ Mg2+ 在离子电荷相同、半径相近时，离子的电子层结构对极化力的影响：18 ，18+2， 2电子型 9 17电子型 8电子型如 Ag+ K+ Pb2+ Ca2+ Bi3+ La3+ 页码 26离子的极化作用和变形性（2）阴离子的变
9、形性 (可极化性) 阴离子所带的负电荷越多,半径越大,变形性越大。如阴离子的变形性 I Br Cl FS2 O2 O2 F 复杂阴离子的变形性较小。如NO3 ,ClO4 , SO42等。 （3）相互极化作用 当阳离子也容易变形时，阴离子也会对阳离子产生极化，两种离子相互极化使极化作用增强。页码 27离子的极化作用和变形性阳离子的变形性同离子的电子层结构及离子的半径有关：18，18+2电子型 9 17电子型 8电子型离子的半径越大,越容易变形:Hg2+ , Ag+ , Cu+ , Pb2+ 等是易变形离子;变形性 Hg2+ Cd2+ Zn2+ 页码 28离子极化对物质结构和性质的影响a金属化合物
10、溶解性的变化 溶解度：AgFAgClAgBrAgI，这是由于从F到 I离子受到Ag的极化作用而变形性增大的缘故。b金属化合物熔点的变化 MgCl2CuCl2 页码 29原子晶体l原子晶体的结构l原子晶体中晶格结点上排列着原子，晶格结点 间以共价键结合l原子晶体的性质l原子晶体具有熔点高、硬度大的特点页码 30金刚石的晶体结构页码 31金刚石的晶体结构页码 32分子晶体l分子晶体的结构l在分子晶体中，晶格结点上排列着分子，晶格 结点以微弱的分子间力结合l分子晶体的性质l分子晶体物质一般熔点低，硬度小，易挥发页码 33晶体的基本类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体粒子正、负离子原子分子金属原子、
11、正离子结合力离子键共价键分子间力金属键熔、沸点 高很高低高硬度硬很硬软硬机械性能脆很脆弱有延展性导电、 导热性良好（熔融 及水溶液）非导体非导体良好实例NaCl MgO金刚石、SiC BN干冰 I2 NeW Ag Ca Cu页码 34混合晶体混合晶体 晶体内晶格结点之间存在两种或两种以上的 作用力例如，石墨晶体每一层内，存在共价键（键大键）；层与层之间，存在分子间力页码 35l 同一层：CC 键长为142pm，C 原子采用 sp2 杂化轨道 ，与周围三个 C 原子形成三个键，键角为 1200，每个 C 原子还有一个 2p 轨道，垂直于sp2 杂化轨道平面，2p 电 子参与形成了键，这种包含着很
12、多原子的键称为大 键。l 层与层间：距离为 340pm，靠分子间力结合起来。l 石墨晶体既有共价键，又有分子间力，是混合键型的晶 体。页码 36液晶l定义：具备部分晶体和液体性质过渡状态的物质l整体上表现出液体特征，即各向同性；但分子的 趋向却保持长程有序，物理性质上呈现各向异性l液晶主要有具有刚性结构有机分子组成l液晶屏幕：在电场/无电场之间表现不同的光学 性质页码 37l晶体的缺陷分为结构缺陷和化学缺陷l结构缺陷是指在晶体中，粒子排列时出现偏 离理想规则的现象l化学缺陷是指掺入杂质引起的缺陷晶体的缺陷页码 38l点缺陷：指发生在晶格中一个原子尺寸范围内的非周期性排 列，包括空位、杂质原子、
13、间隙原子、错位原子和变价原子 等。原子在晶体内移动造成的正离子空位和间隙原子称为 Frenkel缺陷；正负离子空位并存的缺陷称为Schottky缺 陷。l线缺陷：指发生在晶格中一个方向上非周期性排列，最重要 的是位错，位错是使晶体出现镶嵌结构的根源。l面缺陷：指发生在晶格中一个层面上非周期性排列，反映在 晶面、堆积层错、晶粒和双晶的界面、晶畴的界面等。l体缺陷：指三维方向上相对尺寸比较大的缺陷，反映在晶体 中出现空洞、气泡、包裹物、沉积物等。晶体的缺陷页码 39l晶体的缺陷影响晶体的性质，可使晶体的某些优良性能降低，但是从缺陷可以改变晶体的性质角度看，在晶体中造成种种缺陷，就可以使晶体的性质有着各种各样的变化，晶体的许多重要性能由缺陷产生。改变晶体缺陷的形式和数量，就可制得所需性能的晶体。l举例，半导体行业中的硅参杂：N-型，P-型晶体缺陷的影响
