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1、第一节晶体与非晶体第一节晶体与非晶体第七章第七章 固体结构与性质固体结构与性质 第一节第一节 晶体与非晶体晶体与非晶体无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案7-1-1晶体的特征晶体的特征7-1-1 晶体的特征晶体的特征有一定的几何外形有一定的几何外形食盐食盐 石英石英 方解方解石石非晶体非晶体(无定形体无定形体)没有一定的几何外形没有一定的几何外形 如玻璃、松香、石蜡如玻璃、松香、石蜡微晶体微晶体如碳黑如碳黑有固定的熔点有固定的熔点即晶体在熔化时温度保持不变，直至即晶体在熔化时温度保持不变，直至全部熔化后，温度才开始上升。全部熔化后，温度才开始上升。如如 冰的熔点冰的熔点 0非晶体无固定
2、的熔点非晶体无固定的熔点 在加热时，由开始软化到完全熔化在加热时，由开始软化到完全熔化, 整整 个过程中温度不断变化。个过程中温度不断变化。如如 松香松香 5070软化软化, ,70以上全部熔化以上全部熔化7-1-1 晶体的特征晶体的特征各向异性各向异性晶体的某些性质，如光学性质、力学晶体的某些性质，如光学性质、力学性质、导热、导电性、机械强度、溶性质、导热、导电性、机械强度、溶解性等在不同方向不同。解性等在不同方向不同。如：云母如：云母 可按纹理面方向裂成薄片可按纹理面方向裂成薄片非晶体各向同性非晶体各向同性7-1-1 晶体的特征晶体的特征晶体和非晶体在性质上的差异晶体和非晶体在性质上的差异
3、是两者内部结构不同而造成的是两者内部结构不同而造成的晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列，造成晶方向按确定的规律重复性地排列，造成晶体的各向异性。体的各向异性。非晶体内部微粒的排列是无序的非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的不规律的石英晶体石英晶体(晶体晶体)石石英英玻玻璃璃( )非非晶晶体体7-1-2晶体的内部结构晶体的内部结构7-1-2 晶体的内部结构晶体的内部结构晶格点阵晶格点阵晶体内部的微粒的排布是晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列。定的规律重复性地排列。晶格点阵晶格点
4、阵沿一定方沿一定方向按某种规律把结点联向按某种规律把结点联接起来的几何图形。接起来的几何图形。Cl- -Cl- -Na+Cl- -Cl- -Cl- -Cl- -Na+Na+Na+Na+7-1-2晶体的内部结构晶体的内部结构7-1-2 晶体的内部结构晶体的内部结构晶格点阵晶格点阵结点结点晶格点阵可描述晶体内部晶格点阵可描述晶体内部的结构的结构晶格点阵晶格点阵沿一定方向沿一定方向按某种规律把结点联接起按某种规律把结点联接起来的几何图形来的几何图形晶胞晶胞晶胞晶胞晶格中，能表现其结构一切特征晶格中，能表现其结构一切特征 的最小部分的最小部分黑色球组成的为黑色球组成的为该晶体的晶胞该晶体的晶胞Cl-
5、-Cl- -Na+Cl- -Cl- -Cl- -Cl- -Na+Na+Na+Na+晶格晶格分为分为7个晶系个晶系14种晶格类型种晶格类型简单立方简单立方 体心立方体心立方 面心立方面心立方简单四方简单四方 体心四方体心四方 简单六方简单六方 简单菱形简单菱形简单正交简单正交 底心正交底心正交 体心正交体心正交 面心正交面心正交简单单斜简单单斜 底心单斜底心单斜 简单三斜简单三斜按晶格结点在按晶格结点在空间的位置分空间的位置分布布, 晶格有晶格有各种形状。各种形状。7-1-3单晶体和多晶体单晶体和多晶体7-1-3 单晶体和多晶体单晶体和多晶体由一个晶核各向均匀生长而成由一个晶核各向均匀生长而成,
6、晶体内部的粒子基本上保持其特晶体内部的粒子基本上保持其特有的排列规律。有的排列规律。如单晶冰糖如单晶冰糖、单晶硅单晶硅、宝石宝石、金刚石金刚石晶晶体体单单晶晶体体多多晶晶体体由很多单晶微粒杂乱无规则的聚由很多单晶微粒杂乱无规则的聚结而成的。结而成的。各向异性的特征消失，使整体一各向异性的特征消失，使整体一般不表现各向异性。般不表现各向异性。多数金属和合金都是多晶体。多数金属和合金都是多晶体。7-1-非晶体物质非晶体物质7-1-4 非晶体物质非晶体物质非晶体物质非晶体物质结构无序的固体物质结构无序的固体物质玻璃体为典型的非晶物质玻璃体为典型的非晶物质氧化物玻璃氧化物玻璃金属玻璃金属玻璃非晶半导体
7、非晶半导体高分子化合物高分子化合物玻璃体物质玻璃体物质在一定条件下，晶体在一定条件下，晶体 非晶体非晶体石英晶体石英晶体 石英玻石英玻璃璃迅速冷却迅速冷却如如7-1-5液晶液晶7-1-5 液晶液晶熔点熔点 清亮点清亮点不能流动不能流动 能流动能流动 能流动能流动各向异性各向异性 各向异性各向异性 各向同性各向同性液晶液晶有些有机物质熔化后在一定的温有些有机物质熔化后在一定的温度范围内微粒的分布仍部分地保持着远程度范围内微粒的分布仍部分地保持着远程有序性，因而仍部分地保持各向异性，这有序性，因而仍部分地保持各向异性，这种介于液态和固态之间的各向异性凝聚流种介于液态和固态之间的各向异性凝聚流体即为
8、液晶。体即为液晶。7-2-1晶体的特征晶体的特征7-1-1 离子晶体的特征和性质离子晶体的特征和性质晶体晶体类类型型结结点粒点粒子种子种类类粒子粒子间间作用力作用力一般性一般性质质物物质质示例示例离子离子晶体晶体阳阳、阴阴离子离子静静电电引力引力熔点熔点较较高、高、略硬略硬、脆脆, 熔体熔体、溶液易溶液易导电导电活活泼泼金属金属氧化物、氧化物、盐类盐类NaF Na+、F- -硬度硬度22.5, 熔点熔点993MgF2Mg2+、F- -硬度硬度5, 熔点熔点1261F- -Na+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+7-3-1原子晶体原子晶体7-3-1 原子晶体原子晶体金刚石、单质硅金
9、刚石、单质硅、单质硼、碳化硅单质硼、碳化硅、石英、氮化硼石英、氮化硼熔点高熔点高硬度大硬度大不导电不导电共价键共价键原子原子原子原子晶体晶体物质示例物质示例一般性质一般性质粒子间粒子间作用力作用力结点粒结点粒子种类子种类晶体晶体类型类型实例实例硬度硬度9.5, 熔点熔点2700共价键共价键C原子原子Si原子原子金刚砂金刚砂硬度硬度10, 熔点熔点3550共价键共价键C原子原子金刚石金刚石 金刚石金刚石 每个每个C原子的四个原子的四个sp3 杂化杂化 与相邻四个与相邻四个C原子以原子以CC (键键)结合形成正四面体。结合形成正四面体。7-3-分子晶体分子晶体7-3-2 分子晶体分子晶体晶体晶体类
10、类型型结结点粒点粒子种子种类类粒子粒子间间作用力作用力一般一般性性质质物物质质示例示例分子分子晶体晶体分子分子分子分子间间力力(氢键氢键)熔点低熔点低硬度小硬度小不不导电导电易易挥发挥发稀有气体稀有气体多数非金属多数非金属单质单质非金属之非金属之间间化合化合物、有机化合物物、有机化合物干冰干冰CO2分子分子分子分子间间力力冰冰 H2O分子分子分子分子间间力力氢键氢键氧原子氧原子碳原子碳原子CO27-4-1金属晶体的内部结构金属晶体的内部结构7-4-1 金属晶体的内部结构金属晶体的内部结构晶体晶体类类型型结结点粒子点粒子种种类类粒子粒子间间作用力作用力一般性一般性质质物物质质示例示例金属金属晶体
11、晶体金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子金属金属键键熔点熔点、硬度差硬度差别别大大导电导电性性、导热导热性性、延延展性好展性好,有金属光有金属光泽泽金属金属合金合金CuCu 原子原子Cu 离子离子金属金属键键熔点熔点 Hg -38.87、W 3410 硬度硬度 Na 0.4、Cr 9.0金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧密堆积方式，所以一般金属密度较大密堆积方式，所以一般金属密度较大每个原子被较多的相同原子包围，一般配每个原子被较多的相同原子包围，一般配位数较大位数较大7-5-1金属晶体的内部结构金属晶体的内部结构7-5-1 混合型晶体混合型晶体晶体内同时
12、存在着若干种不同的作用力，晶体内同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体称为混合型晶体。称为混合型晶体。如石墨如石墨335pm142pmC原子以原子以sp2杂化，键角杂化，键角为为120 ，形成无数个，形成无数个正六边形组成的平面，正六边形组成的平面，平面相互平行。平面相互平行。每个每个C 原子剩下的一个原子剩下的一个p 电子形成大电子形成大键。键。石墨层与层之间的结合力较弱，各层较易石墨层与层之间的结合力较弱，各层较易滑动，因而可用作铅笔芯和润滑剂。滑动，因而可用作铅笔芯和润滑剂。第六节离子极化对物质性质影第六节离子极化对物质性质
13、影响响 第七章第七章 固体结构与性质固体结构与性质 第六节第六节 离子极化对物质性质影响离子极化对物质性质影响 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案有些物质，离子电荷相同，离子半径极有些物质，离子电荷相同，离子半径极为相近，性质上差别却很大。如为相近，性质上差别却很大。如离子离子电电荷荷r+/pm溶解性溶解性NaCl Na+195易溶于水易溶于水CuCl Cu+196难难溶于水溶于水说明影响离子晶体的性质说明影响离子晶体的性质除了离子电荷、离子半径外，除了离子电荷、离子半径外，还有离子的电子构型。还有离子的电子构型。7-6-1离子的电子构型离子的电子构型7-6-1 离子的电子构型离子的
14、电子构型简单阴离子的电子构型：简单阴离子的电子构型：ns2np6 8电子构型电子构型阳离子外阳离子外电电子子层层电电子分布式子分布式离子离子电电子构型子构型实实例例1s22(稀有稀有气体型气体型)Li+、Be2+ns2 np68(稀有稀有气体型气体型)Na+、Mg2+Al3+、Sc3+ 、Ti4+ns2 np6 nd1-9917Cr3+、Mn2+Fe2+、Fe3+ 、Cu2+ns2 np6 nd1018Ag+、Zn2+ 、Cd2+ Hg2+(n-1)s2(n-1)p6 (n-1)d10 ns2 18+2Sn2+、Sb3+、Bi3+7-6-2 离子极化概念离子极化概念7-6-2 离子极化概念离子
15、极化概念离子极化离子极化 +_+_对于孤立的简单离对于孤立的简单离子来说，离子电荷子来说，离子电荷分布基本上是球形分布基本上是球形对称的，离子本身对称的，离子本身的正、负电荷中心的正、负电荷中心重合重合, 不存在偶极。不存在偶极。电场中，离子的原子电场中，离子的原子核和电子受电场的作核和电子受电场的作用，离子会发生变形用，离子会发生变形, 产生诱导偶极，这种产生诱导偶极，这种过程称为离子极化。过程称为离子极化。离子极化离子极化离子晶体中离子晶体中,都是带电的粒子都是带电的粒子,本身就会在本身就会在其其周围产生电场周围产生电场,而使周围邻近的离子极化而使周围邻近的离子极化,所所以离子极化现象普遍
16、存在于离子晶体中以离子极化现象普遍存在于离子晶体中。离子晶体中的离子极化是相互极化，即阳离子晶体中的离子极化是相互极化，即阳离子的电场使阴离子极化，同时阴离子的离子的电场使阴离子极化，同时阴离子的电场也使阳离子极化。电场也使阳离子极化。离子极化的强度取决于：离子极化的强度取决于：离子的极化力、离子的变形性离子的极化力、离子的变形性离子极化力离子极化力离子的极化力是离子本身的电场使周围邻离子的极化力是离子本身的电场使周围邻近离子极化变形能力。近离子极化变形能力。离子的电荷越多，半径越小，产生的电场离子的电荷越多，半径越小，产生的电场越强，极化力越强。越强，极化力越强。离子电荷相同，半径相近时，离
17、子的电子离子电荷相同，半径相近时，离子的电子构型对极化力的影响：构型对极化力的影响： 离子离子电电子构型子构型18+2、18、29178极化力极化力实实例例Ag+、Cu+ 、Hg2+Sn2+、Pb2+、Bi3+Li+ 、Be2+Cr3+、 Fe2+ Mn2+、Cu2+Na+、Sc3+Mg2+Al3+ 离子极化率离子极化率离子在单位电场中被极化离子在单位电场中被极化 所产生的诱导偶极矩所产生的诱导偶极矩(诱导偶极矩诱导偶极矩)= =E(电场强度电场强度)离子离子/(10-40Cm2V-1)离子离子/(10-40Cm2V-1)Li+0.034OH1.95Na+0.199F1.16Ca2+0.52C
18、l4.07B3+0.0033Br5.31Ag+1.91O2-4.32Hg2+1.39S2-11.3E一定时一定时,越大越大,越大越大, ,即离子变形性越大即离子变形性越大变形性变形性 体积大的阴离子半径小、多电荷体积大的阴离子半径小、多电荷 18、18+2构型构型 稀有气体构型稀有气体构型 电荷少的阳离子阳离子电荷少的阳离子阳离子离子极化规律离子极化规律一般来说，一般来说，阳离子由于带正电荷，外电子层电子少，阳离子由于带正电荷，外电子层电子少，所以极化力较强，变形性不大。所以极化力较强，变形性不大。阴离子半径一般较大，外电子层电子多，阴离子半径一般较大，外电子层电子多，所以容易变形，极化力较弱
19、。所以容易变形，极化力较弱。因此，当阳阴离子相互作用时，多数的情因此，当阳阴离子相互作用时，多数的情况下，仅考虑阳离子对阴离子的极化作用况下，仅考虑阳离子对阴离子的极化作用一般规律一般规律1、离子的极化作用、离子的极化作用(1)离离子子正正电电荷荷数数越越大大，半半径径越越小小，极极化化作作用用越越强。强。(2)不不同同外外壳壳电电子子层层的的离离子子，离离子子极极化化作作用用依依次次为：为：8电子电子917电子电子18电子和电子和182电子电子(3)外外壳壳电电子子层层结结构构相相似似，所所带带正正荷荷相相同同的的离离子子，半径愈小，极化作用越大，如：半径愈小，极化作用越大，如：Mg2+Ba
20、2+2、离子的变形性、离子的变形性(1)简简单单阴阴离离子子的的负负电电荷荷数数越越高高，半半径径越越大大，变变形性越大。如形性越大。如S2-O2-F-Cl-Na+,K+；Hg2+Mg2+,Ca2+。(3)对对于于一一些些复复杂杂的的无无机机阴阴离离子子，因因为为形形成成结结构构紧紧密密、对对称称性性强强的的原原子子集集团团，变变形形性性通通常常是是不不大大的的。而且复杂阴离子中心离子氧化数越高，变形性越小。而且复杂阴离子中心离子氧化数越高，变形性越小。(4)(4)电电子子层层不不同同的的离离子子，层层数数越越多多半半径径越越大大，变变形性越大。如形性越大。如F FClClBrBrI I 常常
21、见见一一些些一一价价和和二二价价阴阴离离子子并并引引入入水水分分子子对对比比，按按照照变变形形性性增增加加的顺序对比如下：的顺序对比如下：ClO4-F-NO3-II2OOH-CN-Cl-Br-I-SO42-H2OCO32-O2-S2-离子的附加极化作用离子的附加极化作用当阳离子易变形时，除要考虑阳离子对阴当阳离子易变形时，除要考虑阳离子对阴离子的极化作用外，还需考虑阴离子对阳离子的极化作用外，还需考虑阴离子对阳 离子的附加极化作用离子的附加极化作用 。 阳离子的诱导偶极加强对阴离阳离子的诱导偶极加强对阴离子的极化作用，使阴离子的诱子的极化作用，使阴离子的诱导偶极增大。导偶极增大。阴离子被极化产
22、生的诱导偶极阴离子被极化产生的诱导偶极使阳离子变形使阳离子变形, 产生诱导偶极产生诱导偶极。阳离子产生的诱导偶极加强了对阴离子的阳离子产生的诱导偶极加强了对阴离子的极化作用，使阴离子的诱导偶极增大，这极化作用，使阴离子的诱导偶极增大，这种效应叫做附加极化作用。种效应叫做附加极化作用。7-6-3 离子极化对物质结构和离子极化对物质结构和性质的影响性质的影响7-6-3 离子极化对物质结构和性质的影响离子极化对物质结构和性质的影响1.离子极化对键型的影响离子极化对键型的影响离子相互极化作用加强离子相互极化作用加强键的极性减小键的极性减小极化力强极化力强、变形性大的阳离子变形性大的阳离子变形性大的阴离
23、子变形性大的阴离子相互接触时相互接触时阳、阴离子相互极化作用显著，致使阳、阳、阴离子相互极化作用显著，致使阳、阴离子外层轨道发生重叠，使离子键过渡阴离子外层轨道发生重叠，使离子键过渡到共价键。到共价键。卤卤化化银银AgFAgCl AgBrAgI卤卤素离子半径素离子半径/pm136181195216阳阳、阴离子半径和阴离子半径和/pm262307321342实测键长实测键长/pm246277288299键键型型离子离子键键过过渡渡键键型型共价共价键键X- -半径增大，变形性增大半径增大，变形性增大与与Ag+相互极化作用增强相互极化作用增强, ,键的极性减弱。键的极性减弱。Ag+为为18电子构型，
24、极化力强、变形性大电子构型，极化力强、变形性大化合物的溶解度降低化合物的溶解度降低离子的相互极化改变了彼此的电荷分布，导致离离子的相互极化改变了彼此的电荷分布，导致离子间距离的缩短和轨道的重叠，离子键逐渐向共价键子间距离的缩短和轨道的重叠，离子键逐渐向共价键过渡，使化合物在水中的溶解度变小。过渡，使化合物在水中的溶解度变小。由于偶极水分子的吸引，由于偶极水分子的吸引，离子键结合的无机化合离子键结合的无机化合物一般是可溶于水的，而共价型的无机晶体，却难溶物一般是可溶于水的，而共价型的无机晶体，却难溶于水于水，如，如:氟化银易溶于水而氟化银易溶于水而AgCl、AgBr、Agl的溶解度依的溶解度依次
25、递减。这主要因为次递减。这主要因为F-离子半径很小，不易发生变形，离子半径很小，不易发生变形，Ag+和和F-的相互极化作用小，的相互极化作用小，AgF属于离子晶型物质，属于离子晶型物质，可溶于水。银的其他卤化物，随着可溶于水。银的其他卤化物，随着ClBrI的顺序，的顺序，共价程度增强，它们的溶解性就依次递减了。共价程度增强，它们的溶解性就依次递减了。2.离子极化对物质性质的影响离子极化对物质性质的影响 Question:为什么为什么Cu+和和Ag+的离子半径和的离子半径和Na+、K+近似，它们的卤化物溶解性的差别很大呢？近似，它们的卤化物溶解性的差别很大呢？这是由于这是由于Cu+和和Ag+离子
26、的最外电子层构型与离子的最外电子层构型与Na+、K+不同不同，造成了它们对原子核电荷的屏蔽效应有很，造成了它们对原子核电荷的屏蔽效应有很大的差异。大的差异。Cu+、Ag+对阴离子的电子云作用的有对阴离子的电子云作用的有效核电荷要比效核电荷要比Na+、K+大的多。因而它们的卤化物、大的多。因而它们的卤化物、氢氧化物等都很难溶。氢氧化物等都很难溶。影响无机化合物溶解度的因素是很多的，但离子影响无机化合物溶解度的因素是很多的，但离子的极化往往起很重要的作用。的极化往往起很重要的作用。卤卤化物化物NaClCuClM+离子离子电电荷荷+1+1r+/pm9596M+离子离子电电子构型子构型818M+的极化力的极化力小小大大溶解度溶解度易溶于水易溶于水难难溶于水溶于水导致化合物颜色的加深导致化合物颜色的加深 同一类型的化合物离子相互极化越强，颜色越深同一类型的化合物离子相互极化越强，颜色越深AgF(乳白乳白)、AgCl(白白)、AgBr(浅黄浅黄)、Agl(黄黄)PbCl2(白白)、PbBr2(白白)、PbI2(黄黄)HgCl2(白白)、HgCl2(白白)、HgCl2(红红)在某些金属的硫化物、硒化物、硫化物以及氧化在某些金属的硫化物、硒化物、硫化物以及氧化物与氢氧化之间，均有此种现象。物与氢氧化之间，均有此种现象。
