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1、固体物质的分类和宏观特征Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望2、晶体的特征、晶体的特征(1) 具有规则的几何外形晶面角守恒定律(2) 有固定的熔点(3) 各向异性(4) 晶体内部粒子的周期性排列及其理想的外 形都具有特定的对称性对称性4.6 晶体的微观点阵结构晶体的微观点阵结构1、晶体与空间点阵、晶体与空间点阵NaCl的晶体结构晶体内部的结构单元（分子、原子、原子团或离子等）在空间作有规则的周期性排列，构成空间点阵空间点阵（晶格）（晶格）(crystal lattice)
2、2、晶胞、晶胞(unit cell) 构成晶体的平行六面体的最小的基本单元称为晶胞晶胞。 整个晶体是由晶胞无间隙地堆砌而成。晶胞参数晶胞参数( unit cell parameters) 构成晶胞的六面体的三个边长a、b、c（称为晶轴）及三个夹角、称为晶胞参数晶胞参数。它们决定了晶胞的大小和形状。晶胞的分类晶胞的分类 晶系晶系 晶系晶系 晶轴晶轴 轴间夹角轴间夹角 实例实例 立方立方 a = b = c = 900 Cu, NaCl 四方 a = b c = 900 Sn, SiO2 正交 a = b c = 900 I2, BaCO3 三方 a = b = c = 900 As, Al2O3
3、 a = b c = 900 ， = 1200 单斜 a b c = = 900 ， 900 KClO3 三斜 a b c 900 K2CrO7 六方 a = b c = 900， =1200 Mg,CuS立方晶系立方晶系 (a = b = c ,=900 )简单立方型简单立方型 体心立方型体心立方型 面心立方型面心立方型4.7 金属晶体金属晶体1、金属键、金属键( Metallic bond )(1) 自由电子气模型自由电子气模型 在金属晶体中，金属元素的价电子为所有原子（或离子）所共有，可以在整个金属晶格的范围内自由运动，称为自由电子自由电子(freeElectrons )。 金属借助这些
4、自由电子与金属离子之间的作用力而结合成晶体，此作用力则称为金金属键。属键。（2）能带理论（）能带理论（Energy band theory ) （1）由于晶体中原子之间的相互作用，而使 原子某个轨道的能级分裂成一组一组能量非 常相近的能级，称为能带能带。 一个能级中所含能级的数量与晶体中原 子的个数相同。(2) 电子在能带中的排布仍然遵守能量最低原 理、泡利原理和洪特规则。(3) 能级分为满带、导带和空带： 全部被电子充满的能带称为满带满带。 部分被电子充满的能带称为导带导带。在电 场的作用下，导带中的电子可以从较低能 级跃迁到较高能级，形成电流。 没有电子的能带称为空带。空带。 (4) 能带
5、之间的区域称为禁带禁带。 禁带宽度：金属：01eV 半导体：5 eV空 带 金属半导体绝缘体2、晶体类型及结构、晶体类型及结构（1）简单立方堆积（2）体心立方堆积（3）面心立方堆积（4）六方密堆积4.8 离子晶体离子晶体 ( ionic crystal )1、离子晶体的性质、离子晶体的性质(1) 具有较高的熔点和沸点；(2) 大多数固体不导电；(3) 一般易溶于极性溶剂决定晶格类型的因素：决定晶格类型的因素： 离子所带电荷的数量； 正、负离子的半径； 离子的极化。2、离子半径与晶体结构的关系、离子半径与晶体结构的关系 离子在空间排布时，在满足电中性和能量最低原理的前提下，每个离子周围将尽可能多
6、地排列异电荷离子配位数：配位数： 每个离子周围邻接的异电荷离子的数目。+半径比半径比 r+/r- 0.414(0.2250.414) (0.414 0.732) ( 0.732 1 )配位数配位数 4 6 8晶体构型晶体构型 ZnS型型 NaCl型型 CsCl型型3、几种简单的离子晶体类型、几种简单的离子晶体类型(1) CsCl 型（简单立方晶型）： (2) NaCl型（面心立方晶型）(3) ZnS型（面心立方晶型）:4、离子极化对晶体结构的影响、离子极化对晶体结构的影响离子的极化离子的极化 (polarization of ions) 在外电场的作用下，离子最外层的电子云发生变形，称为离子的
7、极化。 当带相反电荷的离子相互接近时，会互相引起极化作用，但一般正离子的极化能力大于负离子，而负离子由于极化而产生的电子云的变形大于正离子。影响离子极化能力的因素影响离子极化能力的因素(1)离子半径越小，所带电荷数越多，极化能 力越强；(2) 与最外层电子构性有关 极化能力： 18，18+2，2 9 17 8影响离子变形性的因素影响离子变形性的因素(1) 离子半径越大，变形性越大(2) 负离子价数越高，变形性越大； 正离子价数越高，变形性越小。离子极化对晶体结构和性质的影响离子极化对晶体结构和性质的影响 离子的极化使离子键向共价键转化，使晶体的结构和性质向共价化合物转变（如熔点和沸点降低，在水
8、中的溶解度减小，颜色发生变化等）4.9 原子晶体和分子晶体原子晶体和分子晶体 在晶体中，原子以共价键相互连接而组成晶格点阵，晶体构型取决于共价键的性质（方向性和饱和型），一般比离子型晶体配位数低，硬度和熔点比离子晶体高，溶解度和延展性差。1、原子晶体（共价晶体、原子晶体（共价晶体 covalent crystals)2、分子晶体（、分子晶体（molecular crystals ) 在晶体中，分子通过分子间作用力而构成晶格点阵，形成晶体。 分子性晶体一般也采取紧密堆积方式，配位数较大，熔点和沸点都较低，固态及液态均不导电。3、混合键型晶体、混合键型晶体石墨：石墨：同层碳原子同层碳原子： 3个键
9、（sp2杂化轨道）- 共价键共价键 1个大键（p自由电子）- 金属键金属键不同层碳原子： 分子间力分子间力4.10 晶体缺陷晶体缺陷( crystal defect) 具有完整空间点阵结构的晶体称为理想理想晶体。晶体。 晶体结构偏离理想点阵结构的现象称为晶体缺陷晶体缺陷。缺缺陷陷种种类类点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷4.11 现代材料现代材料1、液晶、液晶( liquid crystal )1881年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现:胆甾醇苯甲酸酯C6H5CO2C27H45加热时，在419 452K之间熔化成为混浊的，光学、电学性质各向异性液体，称为液晶液晶。液晶的相变液晶的相变固体 液晶
10、 液体熔点清亮点液晶分子的特点：液晶分子的特点： 大多为含有极性基团的棒状有机化合物活或聚合物分子。应用：应用： 显示材料，检测显示材料，检测2、富勒烯、富勒烯1、相和相变、相和相变 系统内物理性质及化学性质完全均匀的一部分称为一相。H2O(l)糖水糖水糖 均相系统（homogeneous system)多（复、非均）相系统heterogeneous system 4.11 相变及相图相变及相图 ( Phase transition and phase diagrams)相平衡相平衡 若在一个多相系统中，各相的组成及数量均不随时间而变化，则称该系统处于相平衡 相变：相变： 体系从一种相向另一种
11、相的转变，或指体系从一种相向另一种相的转变，或指物质从一相向另一相的转移（通常也就是物物质从一相向另一相的转移（通常也就是物质的聚集态的变化）。质的聚集态的变化）。 对纯物质而言，相平衡的温度与压力互为依赖关系。 相图：相图： 描述体系的相态随温度、压力及组成变化的图称为相图。 相图可以从理论计算得到，但更多的是从实验获得。相图是研究多相体系性质的重要工具。1. Phase diagrams of one-component systemsOABCGLSpTOA,OB,OC:-两相线OA: L-G 平衡线OB: L - S 平衡线OC: S - G 平衡线O: 三相点(273.16 K, 61
12、0 Pa)C: 临界点(647 K, 22.06 Mpa)水的冰点水的冰点: 在101.325kPa下,被空气所饱和了的水的凝固点(273.15K)。水的三相点水的三相点: 纯水三相平衡的温度。H2O(l)H2O(g)H2O(s)H2O(l)H2O(s)空气P = 101.325 kPa临界现象临界现象200040006000P/atmT冰的相图 S(正交硫) S(单斜硫)LGpT硫的相图4.11 现代材料现代材料1、液晶、液晶( liquid crystal )1881年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现:胆甾醇苯甲酸酯C6H5CO2C27H45加热时，在419 452K之间熔化成为
13、混浊的，光学、电学性质各向异性液体，称为液晶液晶。液晶物质的相变液晶物质的相变固体 液晶 液体熔点清亮点 液体 向列相 近晶相A 近晶相B胆甾相热致型液晶分子的结构特点：热致型液晶分子的结构特点： 大多为含有极性基团的刚性棒状有机化合物或聚合物分子。应用应用： 显示材料（显示材料（LCD)，溶致型液晶溶致型液晶 由符合一定结构要求的化合物（如双亲分子）与溶剂（如水）组成的有序体系。双亲分子：双亲分子：由憎水基团（非极性基团）和亲水基团（极性基团）构成的分子如： C12H25SO3Na2、C60的发现和的发现和Fullerene化学化学1996年，Robert.F.Curl, Harold.W.
14、Kroto, Richard E Smalley 因发现C60而获诺贝尔化学奖发现C60的装置(1985,828-9,11)C60的结构的结构由60个碳原子构成的球形32面体，由12个五边形和20个六边形组成；每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子连结，剩余的P轨道在C60的外围和内腔形成球面键。 包括在内的所有含有偶数个碳原子所形成的分子称为FullereneC60OsO4 (C2H5)3P2Pt6C60C60的化合物的化合物3、纳米材料和纳米结构、纳米材料和纳米结构 尺度范围在1 100nm（10-7 10 -9 m）之间的材料，称为纳米材料。氮化硅纳米丝-Al2O3TiO2纳米结构
15、的特殊性质：纳米结构的特殊性质：（1）量子尺寸效应）量子尺寸效应： 当体系尺寸下降到某一数值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续能级（能带）变为离散能级，能级间隙变宽的现象，称为量子尺寸效应。（2）表面效应）表面效应 由于纳米材料具有巨大的表面积，因此体系具有巨大的表面能和表面活性。纳米材料的应用：纳米材料的应用：纳米陶瓷：纳米陶瓷： 具有良好的韧性，在180 0C下弯曲而不断裂，“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”。纳米半导体材料：纳米半导体材料： 光电化学电池的电极（纳米晶电极） 纳米传感器 纳米稀土材料（发光材料，永磁材料） 分子电子器件和纳米器件纳米催化剂纳米催化剂 加氢、脱氢反应催
16、化剂 光解催化剂高能储氢材料高能储氢材料生物医学应用生物医学应用 细胞分离（早期遗传缺陷诊断，早期癌 症诊断） 磁性纳米粒子作为药物载体的“靶向药物”传统材料的改性传统材料的改性 正象正象20世纪世纪70年代微电子技术产生的信年代微电子技术产生的信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。信息时代的核心。 Armstrong(IBM首席科学家） 纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是将是21世纪又一次产业革命。世纪又一次产业革命。 钱学森钱学森
