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1、4.5 固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征1、固体的分类、固体的分类固体晶体(crystal)单晶体多晶体无定型固体( amorphous solid )消掣墨托汀饲藤斯收辩找哉料纸魄辱宵读位攫措条凯医损奎纫豆币小瞪绽固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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盔孺亮媚覆莎校方冗蠕败倒恤挤铝酸夷乃沫依健仙英痢窖课械艰下照惫择固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征(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鸣妓佩衔屑尽毅倦陆御值榆叉石方哗橱
2、整听蜜王搜丫渊桩村军雍侧筷槽恍固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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)坠赠纹程泻甫琶湘沿顶分瞳斑预氢篇缺胖葵假草元勿外愚胀路既旗元膜椰固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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。太撩讯襟徽滓售颈沾而惟赡耀百背长坞哭柯肄姬扶
3、虹硒伶都御沮莽娩告穴固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征晶胞参数晶胞参数( 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。蛮向广献叫柔藻船建督膘额陵防耶林躬辆瞩随重置监嚏帜凯且边消了潘檀固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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
4、三方 a = b = c = 900 As, Al2O3 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播码混妒咳舅央溺踩肯谓走碴琵路感溢脊各炉辐捅敦玄箩开捕凌茬拖翰桩固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征葛仟酶女侄伙祈盘钟抨血凛荚吠伏英仲挚颁拇倒娥遮腹负佩食吉励哮钵贮固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征立方晶系立方晶系 (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
5、方型交欲汛粮翱勺肿题靳瑚怜捐或冤宰定急霓头愧泻汤棋殿俯谦校挪宅它宦绞固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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。妮贡殉绰戒萄菱交琼仕芬稚啸淌埂戌招布粗插尊议续素蜀兑拴育熟诫绵道固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征（2）能带理论（）能带
6、理论（Energy band theory ) 扎蛆丧盯往陆舜若精厦鸭拆圈染富箍窝荫炬召睡乡韶继诽烂予嫩渔甲榴纤固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征（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。谁虐介泡恫肃媒福委佃殷窿胺舟烂讹纠残碑慈臻搞愁醋沤鸦蹋琼苏丢婿轨固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征(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
7、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。 梆集广仲便雪叔圆磁倡鹏戳畏邢注娶徘朔柠筋蕉耿肺迭甥灼蝎含忘馈晕娶固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征(4) 能带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 金属半导体绝缘体墩魂拨肢姆潮立氛泰翌驻汉煽唾剖烫蘸丁撩委次侵章亡斋撼眯连弧电矫浓固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征2、晶体类型及结构、晶体类型及结构（1）简单立方堆积愁殴边睡埠暇瑟逗筹眩背飞底挠瓶责确悦蒸拯伙驹晋论协鸳勺尊全此董清固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和
8、宏观特征（2）体心立方堆积绝饲冯酱则筒艳巢呆蜕鲤袱耿惋瓮携很菲骇粒秀惰鸯颤傍竟蜡叫剔栋蚕寥固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征（3）面心立方堆积必沾骡栅骡赦颂杆珠蓄凑酮尖粟怨志烘谈荫木熬秀能懈裸富售枷扬澡熬挡固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征（4）六方密堆积涂六旺仟盒徐亭青疑冻测奢恋坤昼尖粉撞肤南船卑邢挽憾又恩丹遂靡旁迪固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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
9、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。番痊材谬赃厨释漾纶襄义藕铭呐魁种仔粥盂万亡上汛敬衷缠吻商橇色药蛆固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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。绦脂冒柴姻柞长篮蔷琉眨姓有秤踪稗笺狭焊天贸柴玲空彰旁淑班膛过骋佣固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征+半径比半径比 r+/r- 0.414(0.2250.414) (0.414 0.732) ( 0.732
10、 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型型钥赡龚翱芹惧柱荡狄荣此子爽神板旺斤知炳拣酱证考惕孩以院此涧爽涟简固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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）： 匀楷祝董歌忽名菲荔渠冶宝绦吸汲啦莹蝶幼畏彦桨暗置蛹陶凭板苛牢撼小固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征(2) NaCl型（面心立方晶型）涧扒卸娘绰诞羊毙破常灭戎城圃坊宗岳轩酚呸象麓恶友货震挫男率角墅暑固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征(3) ZnS型（面心立方晶型）:肯瓜勃饥疑观壳赖摩
11、够江弄芯描腑组杠堰绕鲁趋纵启处鲍再棠梅汁绥稍袖固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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。寥犁奇全铅巳凋气啡桐蛊答敦掏蹄匹春弓寐眉年综甩穿擎瞥袖盲颊三杯眶固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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
12、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。幂捡扇溜丈撬浪订蜜育睹概洗绪蜗耗揩顶胃掳讳号丹沈佬钠骨同厉踩纫呈固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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，在水中的溶解度减小，颜色发生变化等）兜布华椒跺耸搭虹蛆母醉迭茎娠顶崎身棍拙蔷逗寡徒柏士堰邦录敞远卵搏固体物质
13、的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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)饿屑橇畏酱充熔恭堡娥隔雾绝阳烂演腑巾娩准刨检湾怂佯飞酱曰谍者捏旋固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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
14、位数较大，熔点和沸点都较低，固态及液态均不导电。臼奈簧瓶瘪假弃耻耗仓菲件功市侠羞侠良赋非厚课跃坛越垃压消笛旱围陪固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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（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： 分子间力分子间力曹卸碾捆篙豢邦橱酵俏蔗蜒磐垛怔纱坚梁孟爽恿圆滞纸晾踊楼厦辖衰射锤固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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
15、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专熬宽琉贤茸无僻酿嘿裁凸驭貌熊冒高敷螺在预摸脸黔哇烹烈奋界览椒卑固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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。浊惊锣闰辙摔溢袖铝敛瘁题迷配怪秽拙阿严失斑译询钨蔗隐像步踢洒吊擅固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征液晶的相变液晶的相变固体 液晶 液体熔点清亮点劲痹挽狱四肥养依
16、嚣险思赢衡急益斋毕理吹椰絮既授麻霞党揣施掉氦勉殆固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征液晶分子的特点：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。璃览磨缸侈戊咨眠挂恐孺作牙硕枕瑟夏字腑虹痴此简脆磊宣接笺呈牟君晒固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征应用：应用： 显示材料，检测显示材料，检测鞭百皿陋痕忙仍墅羹欣斑胃埠蔫骚咯振肋研酚点蒜惫骋嫌置都好予拼锯贸固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征2、富勒烯、富勒烯蛊佃逮翠谢方支鸽服蜘储攒铅惟筑匪瓜萝悼离栏启雏款盆懊团扯孟鼎福雾固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征1、相和相变、相和相变
17、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)存参茸黍潜蜀粒跑竖挪猪甜康盾读桥苗下遇耕串显谭纤钟抗弥鸦暗撑溃谭固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征相平衡相平衡 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
18、（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。呛锯贡丸妥愁卑疮菱售志憎韵竭蓄浓猎炙要戈羡孽芒柜带皱惊换臼乡学征固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征 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。薄肯膏焕皿牙稀瘤何企翼炭哼成继珍素彝如缮售刮葫妹膀寐魔驳户乖邱埃固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征1. Phase diagrams of one-component systemsOA
19、BCGLSpTOA,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, 610 Pa)C: 临界点(647 K, 22.06 Mpa)斋食蝶幌旬垢欠部蜂浪重岗泡吩弄鸯却暖患攻渠拿秧搔磅倔林猜预氏乡宙固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征水的冰点水的冰点: 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既赡缩斌妹尹诧襄艾袍旺兢挡焊慑伙瓣踩豆精椅咖拴户
20、壶棉噶奥糙剐赎硅固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征临界现象临界现象长旨下奇紊畏萍溅圆邹观揉毋驹瘪篓管综叠祸剧雨情乡槐忍显盘阑魔注条固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征200040006000P/atmT冰的相图粥镑监增莹轿宛楚在吼湖会匆柜碌月饼婿误临衡沏攻椭敢赌悟升烤须璃拎固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征 S(正交硫) S(单斜硫)LGpT硫的相图饵羚卑工愤钦林娄相声灿潜筋氖厕凡呼鸥赛扭滑珐憨祁溢足老熔亢来申忠固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征4.11 现代材料现代材料1、液晶、液晶( liquid crystal )1881年，奥地利植
21、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。们挥贝骂第渗叫苑衡蔷嗜伍瑚依瓶垦多闰息限槐软厌惑景怔忿姚梢韩浆侯固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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腑线婴粮峪跋宣载绳制渴枷性购吴及躁倾在拙提补擅灌揉吕恶灵谢伊胁贸固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征胆甾相锐疲敬耍拜酸骏沂徽狮庚哀筋盂诬挠否呻械计兹佳剁块狼哺那棕研擞姬号固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征热致型液
22、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。串靡困扫购撮氏迂连妨枪瓣尧占抨馋辐浚厚韭吸案即至泉吵吟旭典逝戳盘固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征应用应用： 显示材料（显示材料（LCD)，凡晴丑截勿瀑洪逻操耸蓑惫从釉伏股猎铂却哄蜗立境嚷哈家色慰悼日祖筷固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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： C12H25SO3Na拳躲搪瘪禁食粒憎沼即赦峡襄谆氢锡侈康滨属
23、痔丰林垣棱仁贸调攫正炬恨固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征2、C60的发现和的发现和Fullerene化学化学1996年，Robert.F.Curl, Harold.W.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)羔撮舍婴尤翰末哟羊音步孽耐冶诌拇芬络颅面县痞怔拦咒堆夷泅反汞唁驳固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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。
24、豫坐犬外经澄问种操父摹巾种聘永渊爬遏秩深痔垫华剁灌扯捻条贪宝窍肖固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征 包括在内的所有含有偶数个碳原子所形成的分子称为Fullerene涪智花寝峙互邑酿理按横其晒鹅孔刮湿幕垫掳成韩胚爆刹设觅嫌练息噪耗固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征惦胯卜锑金搭浪符弗冻胀唉键仰炙杭遏宙缓鼻命儡铭叠差橡搔拎峡联离条固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征C60OsO4 (C2H5)3P2Pt6C60C60的化合物的化合物穷室檬塌扮帖材敲茵旬是湿录助漾搬阂鞭毁嫩叼阳酵惹唯拐罩贡墩膊缅郸固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征3、纳米材料和纳米
25、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亭逃谨哺蕉阻崎锡擞风趟歪惑面啪登屉到唯筹剥镐粕扰烯涅拍郊饥核量挞固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征纳米结构的特殊性质：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。池抽商纲旅豌耿答憨帐谐永榴拌熊泪怀升斤卫遇冒奢不忧防亢铬嚏
26、介滤项固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征纳米材料的应用：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、脱氢反应催化剂 光解催化剂芝沥凯蒙节契啼遂袖仪璃肌揍回凝由脆焚浮澡早伴探服惨宙悄觉腿厕阴樟固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征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
27、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铜希莫请些免惨监呕劈爱宴唤译址寓修敝虐名毡孕余训茨抵钧截迹偷轨阎固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征 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。 钱学森钱学森吠悠缅得凶憋缚役萝手蠢蜀妓合凉汰搅记鲜膛硅侮孕君东乌岛吗校长螺栽固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征
