《无机化学 教学课件 ppt 作者 胡伟光 张桂珍 主编第八章 晶体结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机化学 教学课件 ppt 作者 胡伟光 张桂珍 主编第八章 晶体结构（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章 晶体结构,学习要求： 1.了解晶体的类型、特征、结构。 2.掌握离子晶体的特性，常见的离子晶体。 3.了解离子极化对物质性质的影响。,目录：,第一节 晶体的基本概念 第二节 离子晶体 第三节 原子晶体和分子晶体 第四节 金属键及金属晶体 第五节 混合型晶体 第六节 离子极化,物质通常有三种聚集状态：气态、液态、固态 固态又分为晶体和非晶体两大类。自然界中绝大多 数都是晶体，有极少数属非晶体。,第一节 晶体的基本概念,一、晶体与非晶体 晶 体 非 晶 体 1 规则的几何外形（如食盐） 无定形体（如沥青） 2 一定压力下，熔点一定（如冰） 无固定熔点（松香5070） 3 各向异性 各向同性
2、,晶体的特征：,晶体有一定规则的几何外形。不论在何种条件下结晶，所得的晶体表面夹角（晶角）是一定的。 晶体有一定的熔点。晶体在熔化时，在未熔化完之前，其体系温度不会上升。只有熔化后温度才上升。 晶体有各向异性。有些晶体，因在各个方向上排列的差异而导致各向异性 。各向异性只有在单晶中才能表现出来。,二、晶体的内部结构,1晶格（点阵） 构成晶体的质点以一定的规则排列在空间固定的点上，这些质点的空间排列称为晶格(或点阵)。 结晶学上，把晶体中的微粒抽象为几何点。这 些点称为晶格结点，这些点的总和称为晶格。,最常见的三种晶格：,最常见的为：简单立方晶格、面心立方晶格和体心 立方晶格。,2晶格结点：结晶
3、学上，把晶体中的微粒抽象为几何点。这些点称为晶格结点。 3晶胞：构成晶体的最小重复单位称为晶胞。即晶体中能 代表晶格特征的最小部分。 4*点阵形式（晶格类型）选讲 根据晶胞的特征，可以划分为七个晶系：立方晶系、四方晶 系六方晶系、菱形晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系， 包含14种晶格。 最常见的为简单立方晶格、面心立方晶格和体心立 方晶格三种。,第二节 离子晶体,一、离子晶体 晶格结点上交替排列着正、负离子，两者之间以离子键相结 合的晶体叫做离子晶体。 1.质点间作用力：离子键 2.性质 有较高的熔点和较大的硬度，但较脆，延展性差，多数溶 于极性溶剂，水溶液或熔融状态下能导电。 晶格能 熔点
4、，硬度 如 r(Mg2+) r(Ca2+) MgO CaO 熔点 2800 2592 硬度 6.5 4.5,3离子晶体中没有独立的小分子，异号离子互相吸引，故用化学式表示晶体中正、负离子的比例。如NaCl 4常见的离子晶体结构（1：1型化合物的晶格类型） CsCl型 NaCl型 立方ZnS型 配位数 8：8 6：6 4：4,晶胞,晶体类型的描述,NaCl型：晶胞为面心立方；阴阳离子均构成面心立方且相互穿插而形成；每个阳离子周围紧密相邻有6个阴离子，每个阴离子周围也有6个阳离子，均形成正八面体；每个晶胞中有4个阳离子和4个阴离子，组成为1：1。 CsCl型：晶胞为体心立方；阴阳离子均构成空心立方
5、体，且相互成为对方立方体的体心；每个阳离子周围有8个阴离子，每个阴离子周围也有8个阳离子，均形成立方体；每个晶胞中有1个阴离子和1个阳离子，组成为1：1。 ZnS型：晶胞为立方晶胞；阴阳离子均构成面心立方且互相穿插而形成；每个阳离子周围有4个阴离子，每个阴离子周围也有4个阳离子，均形成正四面体；晶胞中有4个阳离子和4个阴离子，组成为1：1。,影响晶体配位数的因素,离子半径的相对大小 离子间的相互影响（指离子的极化、变形） 温度。温度升高，配位数降低。,第三节 原子晶体和分子晶体,一、原子晶体：晶格结点上为原子，微粒间靠共价键相结合的晶体叫做原子晶体。 1.性质：结合力强，熔点高，硬度大，在固态
6、及 熔融状态下均不导电（有些是优良的半导体材 料），无延展性，不溶于常见的溶剂。 如 金刚石 C 石英SiO2等,2.特征 （1）原子晶体为巨型分子，基本微粒为原子， 用化学 式表示组成。只有平均每个原子的形成键数目超过两 个时才可能形成原子晶体。故在周期表中只能是： IIIA,IVA,IVB,VA,VB,VIA,VIB或至少有它们参与再与可成链 元素成键。 （2）质点间作用力：共价键 作用力的大小可由共价键的强弱来判断。共价键的强弱 由原子的成键半径，成键数目，成键轨道来判断。成键 半径越小越强，成键数目越多越强，成键轨道主量子数 越小越强。,二、分子晶体,分子晶体：晶格结点上为分子，微粒间
7、靠分子间结 合起来的晶体叫分子晶体。 1性质：结合力弱，熔点、沸点较低。 固态、液态时不导电，有些溶于水，发生电离，可导电。 一般，分子量大或分子极性大时，分子间力强，熔、 沸点高。,2.特征 （1）分子晶体的基本微粒为小分子，用分子式表示组成。大多为非金属间形成的小分子，平均每个原子形成键数目不多于两个。 （2）质点间作用力：分子间力、氢键 分子间作用力大小可由色散力、取向力和诱导 力来判断，但一般只要判断其色散力大小即可。 故一般由分子量的大小可大致判断分子间力的大 小 。,第四节 金属键及金属晶体,在一百多种化学元素中，金属元素约占80% 。它们都具有金属光泽、有很好的传热导电性，有延展
8、性，熔点较高金属的这些性质是它们内部结构的反映。金属元素很多，大致可分为两大类，一类为简单金属，另一类为过渡金属，稀土和锕系金属。 简单金属主要指碱金属、碱土金属等。在这类金属中，元素的电负性较小，电离能也较小，最外层价电子容易脱离原子核的束缚，在金属中运动。这样原子实和价电子可截然分开。前者原子实对金属整体来说，它的影响是局域的，而后者价电子则是整体公有的。,这类金属用近自由电子模型，获得了与实验大致相符的结果。 另一类金属包括d壳层未填满的过渡金属、4f壳层未填满的稀土金属，5f壳层未填满的锕系金属，这些未填满的次层电子能级和外层S,P电子相近，这些d电子或f电子介于公有化与局域化状态之间
9、，所以要有特殊的理论处理。 贵金属介于两者之间，它们部分性能和简单金属相似，而另一部分性质与过渡金属相似。,1.金属键特征 金属键：依靠自由电子的运动，把金属原子或金属离 子结合在一起的化学键。 （1）金属键本质：静电引力 （2）金属晶体中的电子是自由的 金属晶体中的自由电子为整个金属中的离子和原子所 共有，无方向性和饱和性（改性共价键） （3）晶格结点上的微粒是金属原子或金属离子，微 粒间靠金属键结合的晶体叫金属晶体。,2金属晶体的性质,（1）金属光泽：自由电子吸光 辐射 光泽 （2）导电性：自由电子作定向运动 由于金属原子或离子的振动或离子对电子的吸引作用，阻碍了电子的运动，是金属具有电阻
10、，并且温度升高，电阻增大。 （3）导热性：自由电子运动时，与金属原子及金属离子不断碰撞，传递能量。 （4）延展性：原子或离子在发生相对位移时，金属键没有被破坏。 （5）熔点和硬度：金属键越强，金属的熔点越高，硬度越大。如：Cr 、 w金属的价电子数较多，原子半径较小，因此，有较高的熔点和较大的硬度。,第五节 混合型晶体,晶体内晶格结点间包括两种以上键型的为混合型晶 体或过渡型晶体，介与离子型晶体和分子型晶体之 间。【例】石墨：片层结构,（1）片层内为C C键，C均为sp2杂化。 （2）片层间存在类似于金属键的结构，非定域键，存在游离的电子，片层间存在范德华力。,石墨的用途,1.石墨是非金属，自
11、由电子的存在具有导电性 常用来作电极材料。 2.金属键的存在使石墨具有金属光泽具有良好导热性。 3.同层的碳原子间的共价键 石墨具有较高的熔点。 4.层与层间的较弱的范德华力使石墨易滑动，工业 上常作润滑剂及铅笔芯。,离子晶体,原子晶体,分子晶体,金属晶体,第六节 离子极化,离子晶体中，正、负离子相互靠近时，会发生相互 影响。 离子可作为异号离子的外电场使异号离子产生诱导 偶极，导致正、负离子的电子云发生重叠，使化学 键的性质发生变化，从而影响化合物的性质。,一、离子极化作用和变形性,1极化作用和变形性 离子的极化作用：是指离子使异号离子产生诱导偶极的作用。,离子极化示意图,（a）表示正离子对
12、负离子的极化作用,（b）表示负离子对正离子的极化作用,（c）表示正负离子 的相互极化作用,变形性：是指在异号离子的作用下，离子产生诱导偶极的作用，也称为该离子的可极化性。,2极化作用和变形性大小,（1）极化作用大小 一般地，正离子半径较小，以极化作用为主。正离子的电子构型相同时，电荷数越高、半径越小，离子的极化作用越强；电荷数相同，半径相近时，电子构型与极化作用的关系为： 182、18 917 8,（2） 变形性大小,一般地，负离子半径较大，以变形性为主。阴离子的电荷数越高、半径越大，变形性越大。复杂阴离子的变形性一般小于简单阴离子的变形性。 如：I- Br- Cl- F- （3）附加极化 具
13、有182、18电子构型的正离子除有极化作用外还有变形性，在负离子的作用下，正离子发生变形，使双方的诱导偶极进一步拉长，这部分增加的极化称为附加极化。附加极化的大小随离子半径的增大而增大。,二、离子极化对化合物性质的影响,1离子极化对化学键的影响 离子相互极化的结果使键的离子性成分减少，键的共 价性成分增加即键的极性减弱。如AgI为共价分子。 2离子极化对晶体结构的影响 离子极化的结果使正负离子的电子云相互重叠，缩短 了正负离子的核间距，即改变了正、负离子的半径 比，使晶体结构发生变化。 一般地，随离子极化增强，晶体的配位数减小，晶型发生变化。,3离子极化对物质性质的影响,（1）分子的极性越强，溶解度越大。离子极化的结果导致键 的共价性成分增加，使化合物的极性减弱，从而使其在水中的 溶解度降低。如卤化银系列溶解度随离子极化的变化较典型。 如25时： AgF AgCl AgBr AgI 溶解度mol/L 0.15 210-4 2.910-5 2.710-7 想一想：有上述溶解度的数据说明了什么问题？,结论：极化作用越强，化合物的溶解度越低。,（2）离子极化作用还可使物质的颜色加深极化作用越强，颜色越深。,化合物 ZnI2 CdI2 HgI2 颜 色 无色 红色 黄绿色 化合物 AgF AgCl AgBr AgI 颜 色 无色 白色 淡黄色 黄色,知识网络：,
