晶体结构.ppt
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1、第3章 晶体结构,3.1 晶体的基本知识,3.2 离子晶体,3.3 原子晶体和分子晶体,3.4 金属晶体,3.5 混合晶体,3.6 离子的极化,非晶体(无定型体、玻璃态)新材料,固体是具有一定体积和形状的物质。,晶体半导体、固体激光、计算机、 空间技术、信息技术等,3.1晶体的基本知识,3.1.1晶体的宏观特性,晶体的外形,3.1.2晶体的微观结构,1. 晶格 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),晶格在空间的排列呈现出有规律的周期性。,排有粒子的点称为晶格的结点。,晶格结点在空间的排列方式不同,晶格就有不同的 形状。最简单的是立方晶格,它有三种类型:,2.
2、 晶胞,在晶格中,能表现出其结构一切特征的最小部分称为晶胞。 晶胞在空间无限重复就形成了晶格。,晶胞是一个平行六面体,其特征可用六个常数(晶胞参数)来描述: 边长:a,b,c 夹角:,,根据晶胞的特征,可划分成七个晶系,3.1.3单晶体和多晶体,单晶体:(一个晶粒,如雪花、单晶硅) 由一个晶核(微小的晶体)各向均匀生长而成的晶体。 其内部的粒子基本上是按照某种规律整齐排列的。,多晶体:(多个晶粒,如大块食盐、金属晶体) 由多个单晶体颗粒杂乱地聚结而成的晶体。 由于单晶体的杂乱排列,使晶体的各向异性消失。,3.1.4 晶体的基本类型,3.2 离子晶体,3.2.1离子键和离子晶体的性质,3.2.2
3、离子晶体中最简单的结构类型,3.2.3半径比规则,3.2.1离子键和离子晶体的性质,1.离子键,离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子, 正、负离子之间的静电作用力,就是离子键。,离子键的强弱用晶格能的大小来衡量。,标准态下,拆开单位物质的量的离子晶体,使其变为无限远离的气态离子时,体系所吸收的能量。 用符号U表示。,NaCl(s)Na+(g)+Cl-(g) U=785.4kJmol-1,晶格能是指,利用“玻恩-哈伯循环法”计算晶格能,金属钠升华: Na(s) Na(g) rHm1 = SH = 106 kJmol1,氯分子离解: 1/2Cl2(g) Cl(g); rHm2 = 1/2D(C
4、l-Cl)=121.3 kJmol1,钠原子电离: Na(g)- e Na(g); rHm3 = I1 = 495.8 kJmol1,氯原子加合电子:Cl(g)+e Cl(g); rHm4 =-Y1= -348.7 kJmol1,钠离子与氯离子结合成氯化钠晶体 Na(g)+Cl(g) NaCl(s); Hm5= - U,根据盖斯定律: fHm =rHm1+Hm2+ Hm3+ Hm4+ Hm5 = SH+ 1/2D(Cl-Cl)+I1 - Y1-U,其中fH,SH, D(Cl-Cl),I1, Y1等可从化学手册中查到。,U = 106+121.3+495.8-348.7-(-411) kJmol
5、1 = 785.4 kJmol1,对晶体结构相同的离子化合物,离子电荷越多,核间距越短,晶格能就越大,相应物质的熔点就高,硬度就大。,2.离子晶体的性质,(1)离子晶体的熔点较高,硬度较大,难挥发。,(2)离子晶体在溶于水或熔融时,可以导电。,(3)离子晶体一般较脆。,(4)离子晶体物质一般较易溶于水。,3.2.2离子晶体中最简单的结构类型,NaCl型、CsCl型、ZnS型,1. NaCl型 面心立方晶格 每个晶胞中含4个分子。 正、负离子的配位数均为6 。 属于NaCl型的晶体有NaF、MgO、NaBr、KI等。,2. CsCl型 简单立方晶格。 每个晶胞中含1个分子。 正、负离子的配位数均
6、为8。 属于CsCl型的晶体有TlCl、CsBr、CsI等。,3. ZnS型 由Zn2+组成的面心立方晶格,和由S2-组成的面心立方 晶格,在三个轴向的1/4处互相穿插形成。 每个离子均处于4个异号离子四面体包围之中。 每个晶胞中含4个分子。 正、负离子的配位数均为4。 属于ZnS型的晶体有BeO、ZnSe等。,最简单的离子晶体的结构类型,离子的堆积规则半径比规则 影响离子的结构类型的因素有 离子半径 离子的电荷 离子的电子构型 其中离子半径起着主要作用。,3.2.3半径比规则,1.离子半径,两原子核间距离=正离子半径+负离子半径,d = r- + r+,一般,r- r+,确定离子半径的方法:
7、 哥德施密特 鲍林,一般,负离子的半径 正离子的半径,在离子晶体中,正离子位于负离子 形成的多面体的空隙中。,2. 半径比规则,以正、负离子配位数为6的晶体的一层为例。,即 r+/r- =0.414,当r+/r- 0.414时, 负离子接触,正、负离子彼此不接触。 体系的排斥力大于吸引力,该构型不稳定。 趋向于形成配位数少的构型。,当r+/r- 0.414时, 负离子彼此不接触,正、负离子之间接触, 此时,吸引力大于排斥力,该构型可以稳定存在。,当r+/r- 0.732时,正离子表面可以接触更多的负离子,晶体的配位数增大。,3.3 原子晶体和分子晶体,3.3.1原子晶体,3.3.2分子晶体,3
8、.3.1 原子晶体,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。,原子晶体具有熔点高、硬度大的特点。,C:2s22p2,金刚石晶体,3.3.2 分子晶体,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。,分子晶体物质一般熔点低,硬度小,易挥发。,3.4 金属晶体,3.4.1 金属晶体的结构,3.4.2 金属键,3.4.1金属晶体的结构,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。,金属晶体的结构可以看作等径圆球的密堆积。,金属晶体中,金属原子的配位数较大。,不同的金属单质,可能有不同的晶格类型; 同种金属在不同的温度下,也可能发生晶格 类
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