結(jié)構(gòu)化學(xué)第三四節(jié)

結(jié)構(gòu)化學(xué)第三四節(jié)1第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日第三節(jié)分子的極性、分子間的作用力和氫鍵

離子鍵、共價鍵、配位鍵和金屬鍵，這幾種化學(xué)鍵都是原子間較強(qiáng)的相互作用，鍵能約為100～800kJ·mol-1。此外，在分子間還存在著一種較弱的相互作用，其結(jié)合能大約只有幾個到幾十個kJ·mol-1，這種分子間的作用力叫做范德華力，是由范德華首先提出的。氣體分子能凝聚成液體和固體，主要就靠這種分子間作用力。分子間的范德華力是決定物質(zhì)熔點、沸點、溶解度等物理化學(xué)性質(zhì)的一個重要因素。而分子間作用力又是與分子的極性密切相關(guān)。2第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日一、分子的極性和偶極矩

1．分子的極性

任何一個分子都是由帶電的核和帶負(fù)電的電子所組成的體系。分子中正、負(fù)電荷可認(rèn)為各集中于一點，形成正電荷重心和負(fù)電荷重心。若正電荷重心和負(fù)電荷重心不互相重合，就形成了一個小的電偶極子，具有了極性。這樣的分子稱為極性分子。若兩個電荷重心互相重合的分子則稱為非極性分子。3第三頁，共六十一頁，2022年，8月28日

對于多原子分子而言，分子是否有極性，不僅取決于所形成的鍵是否有極性，而且還與分子的空間構(gòu)型有關(guān)。例如，CO2分子中C=O鍵雖為極性鍵，CO2是非極性分子；SO2分子中S=O鍵為極性鍵，SO2是極性分子。4第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日如：H-HO-O

H-ClO-C-OH2OCH45第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日2．偶極矩分子極性的強(qiáng)弱，可由實驗方法測得的偶極矩來量度。偶極矩等于正負(fù)電荷重心間的距離d和偶極上一端所帶電量q的乘積，用符號μ表示，單位為C·m（庫侖·米）。

μ=q·d偶極矩是一個矢量，其方向是從正電荷指向負(fù)電荷。

非極性分子的偶極矩等于零。偶極矩不等于零的分子是極性分子，偶極矩越大，分子的極性越強(qiáng)。6第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日二、分子間力

分子間作用力是分子與分子之間的一種弱的相互作用力，是一種短程吸引力，與分子間距離的6次方成反比，且隨分子間距離的增大將很迅速減小。根據(jù)力產(chǎn)生的特點，分子間力可分為色散力、誘導(dǎo)力和取向力三種類型。7第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日(1)取向力（orientationforce）：當(dāng)極性分子相互靠近時，除存在色散力和誘導(dǎo)力作用外，由于它們固有偶極之間同性相斥、異性相吸的靜電作用，而使它們在空間按異極相鄰形式定向排列。這種在極性分子固有偶極間產(chǎn)生的吸引力稱為取向力。取向力與分子的偶極矩的平方成正比，即分子的極性越大，取向力越大。但與絕對溫度成反比，溫度越高，取向力越弱。極性分子間的相互作用8第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日由此可知：分子的極性愈大，取向力也愈大。取向力源自極性分子間固有偶極。極性分子的固有偶極間因取向而產(chǎn)生的引力叫取向力。9第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日(2)誘導(dǎo)力（inducedforce）：當(dāng)極性分子和非極性分子相互靠近時，除存在色散力外，非極性分子在極性分子的固有偶極的電場影響下也會產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極（induceddipole）。在誘導(dǎo)偶極和極性分子的固有偶極之間產(chǎn)生的吸引力稱為誘導(dǎo)力。誘導(dǎo)力也會出現(xiàn)在離子和分子、離子和離子之間。非極性分子與極性分子間的相互作用10第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日極性分子或非極性分子發(fā)生變形極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，使分子的極性增加。電場撤去，誘導(dǎo)偶極消失。誘導(dǎo)力極性分子與非極性分子、極性分子之間的作用力固有偶極和誘導(dǎo)偶極間的吸引力也是誘導(dǎo)力。

極性分子可作為電場使非極性分子變形而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。11第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日(3)色散力（dispersionforce）：對任何一個分子，，原子核與電子云間的相對位移是經(jīng)常發(fā)生的，這使得分子中的正、負(fù)電荷中心會不斷出現(xiàn)暫時的偏移，分子產(chǎn)生了瞬時偶極（instantaneousdipole）。分子中原子數(shù)越多、原子半徑越大或原子中電子數(shù)越多，則分子變形越顯著。當(dāng)兩個分子相互接近時，一個分子產(chǎn)生的瞬時偶極會誘導(dǎo)鄰近分子的瞬時偶極采取異極相鄰的狀態(tài)。這種瞬時偶極與瞬時偶極間產(chǎn)生的作用力稱為色散力。雖然每種瞬時偶極狀態(tài)存在的時間極短，但任何分子或原子中，這種由于電子運動造成的正負(fù)電荷重心的相互分離的狀態(tài)卻是時刻存在的。因而分子間始終存在著色散力。任何二分子，不管是極性分子或非極性分子，相互接近時都會產(chǎn)生色散力。12第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日變形變形發(fā)生在：非極性分子和非極性分子之間極性分子和非極性分子之間極性分子和極性分子之間瞬時偶極之間產(chǎn)生的相互作用力13第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日

取向力只存在于極性分子之間，而誘導(dǎo)力存在于極性分子間或極性分子與非極性分子之間，而色散力則在所有分子中，包括極性分子、非極性分子中都存在。對大多數(shù)分子而言，色散力是主要的分子間力。14第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日三、氫鍵在許多分子間還存在著與分子間力大小相當(dāng)?shù)牧硪环N作用力——氫鍵（hydrogenbond）。與某一電負(fù)性大的原子X以共價鍵相結(jié)合的氫原子，可與另一個電負(fù)性大的原子Y之間形成一種弱鍵，這種鍵稱為氫鍵。氫鍵通?？捎肵—H…Y表示，其中X，Y代表F、O、N等電負(fù)性大、原子半徑較小的原子。X和Y可以是同一種元素（如O—H…O，F(xiàn)—H…F等），也可以是兩種不同元素（如N—H…O等）。15第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日

在X-H……Y中，H—與電負(fù)性大、半徑小的元素(X)成強(qiáng)極性共價鍵的氫；Y——有孤對電子、電負(fù)性大、半徑小的元素(F、O、N)。于是在H與Y間以靜電引力結(jié)合，形成氫鍵，較弱。氫鍵也可在分子內(nèi)形成。分子內(nèi)氫鍵往往不在同一直線上，多見于有機(jī)化合物16第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日17第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日只有與電負(fù)性大、半徑小、且有孤對電子的元素的原子化合的氫才能形成氫鍵。例如，H2O、NH3、HF等分子都可在同類分子間或異類分子間形成氫鍵。氫鍵在生物體系中是普遍存在的。對生物分子的性質(zhì)及生化反應(yīng)的特性有重大的影響。因而是一種十分重要的分子間作用。

18第十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日氫鍵的主要特點

(1)氫鍵的鍵能一般在40kJ·mol-1以下，比化學(xué)鍵弱，與分子間力具有相同的數(shù)量級，屬分子間力的范疇，故把氫鍵劃入分子間作用力，而不看作化學(xué)鍵。(2)氫鍵具有飽和性和方向性。氫鍵具有飽和性和方向性的示意圖19第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日四、分子間力和氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響1．物質(zhì)的熔點和沸點對于同類型的單質(zhì)和化合物，其熔點和沸點一般隨相對分子質(zhì)量的增加而升高。這是由于物質(zhì)分子間的色散力隨相對分子質(zhì)量的增加而增強(qiáng)的緣故。對于含氫鍵的物質(zhì)，其熔點、沸點較同類型無氫鍵的物質(zhì)要高。20第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日第Ⅳ～Ⅶ主族氫化物的沸點變化規(guī)律21第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日2．物質(zhì)的溶解性物質(zhì)的溶解性也與分子間作用力有關(guān)，主要表現(xiàn)為：

(1)相似相溶：分子極性相似的物質(zhì)易于互相溶解。如I2易溶于CCl4、苯等非極性溶劑，但難溶于水。這是由于I2為非極性分子，與苯、CCl4等非極性溶劑有著相似的分子間力（色散力）。而水為極性分子，分子間除色散力外，還有取向力、誘導(dǎo)力以及氫鍵。要使非極性分子能溶于水，必須克服水的分子間力和氫鍵，需要消耗能量，因而較為困難。

(2)分子間能形成氫鍵的物質(zhì)易互相溶解。例如乙醇、羧酸等有機(jī)物都易于溶于水，因為它們與H2O分子之間能形成氫鍵，使分子間互相締合而溶解。22第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日解：⑴C6H6-CCl4—色散力；

⑵CH3OH-H2O—色散力、誘導(dǎo)力、取向力、氫鍵；

⑶He-H2O—色散力、誘導(dǎo)力；

⑷H2S-H2O

—取向力、誘導(dǎo)力、色散力。例題：下列每組物質(zhì)中，不同物質(zhì)間分子之間存在著何種成分分子間力。23第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日第四節(jié)晶體結(jié)構(gòu)

一、晶體的特征1．規(guī)整的幾何外形和周期性的晶格結(jié)構(gòu)規(guī)整的幾何外形是晶體內(nèi)部原子、分子或離子等微觀粒子有規(guī)則排列的宏觀表現(xiàn)。若把晶體內(nèi)部的微觀粒子抽象成幾何學(xué)上的點，它們在空間有規(guī)則的排列所成的點群稱為晶格，或稱為點陣（lattice）。2．具有確定的熔點3．具有各向異性的特征。例如云母，特別容易裂成薄片，石墨不僅容易分層裂開，而且其導(dǎo)電率在平行于石墨層的方向比垂直于石墨層的方向要大得多。晶體在不同方向上具有不同的物理、化學(xué)性質(zhì)，這種特性稱為各向異性（anisotropy）。非晶體則是各向同性的。24第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日晶格25第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日4．單晶和多晶晶體可分為單晶和多晶。單晶（singlecrystal）是由一個晶核沿各個方向均勻生長形成的，其晶體內(nèi)部粒子基本上按單一規(guī)則整齊排列。如單晶硅、單晶鍺等。單晶必須在特定條件下才能形成，自然界較為少見。通常天然晶體是由很多單晶顆粒無序聚集而成，盡管每一晶粒是各向異性的，但由于晶粒排列雜亂，各向異性互相抵消，使整個晶體失去了各向異性的特征，這種晶體叫做多晶體（polycrystal）。金屬及其合金大多為多晶體。26第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日二、晶體的基本類型

按照晶格結(jié)點上粒子的種類及其作用力的不同，從結(jié)構(gòu)上可把晶體分為離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體四種基本類型。27第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日1．離子晶體（ioniccrystal）

在離子晶體的晶格結(jié)點上交替排列著正離子和負(fù)離子，正、負(fù)離子通過離子鍵相互結(jié)合。由于離子鍵沒有飽和性和方向性。因此，在空間因素允許的條件下，正離子將與盡可能多的負(fù)離子接觸，負(fù)離子與盡可能多的正離子接觸，形成不等徑圓球的緊密堆積，此時體系處于能量最低、結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的狀態(tài)?；顫娊饘俚柠}類和氧化物的晶體都屬離子晶體。例如，氯化鈉、溴化鉀，氧化鎂，碳酸鈣晶體等等。28第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日（a）晶體中離子的密堆積（b）晶格氯化鈉離子晶體結(jié)構(gòu)29第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日RocksaltandZnSstructureNaClstructureZnSstructure30第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日離子晶體常表現(xiàn)出以下一些共性：具有較高的熔點、沸點和硬度，但比較脆，延展性差；在熔融狀態(tài)或在水溶液中時，由于離子被限制在晶格的一定位置上振動，因此具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，但在固體狀態(tài)幾乎不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性也差。由于組成離子晶體的離子電荷、離子半徑和離子的價層電子結(jié)構(gòu)的不同，晶體的性質(zhì)也有明顯的差別。例如，MgO和CaO這兩種典型的離子晶體，離子的電荷數(shù)相等，但鎂離子的離子半徑（66pm）比鈣離子的半徑（99pm）小，Mg2+離子對O2－離子的作用比Ca2＋離子強(qiáng)，因而氧化鎂的晶格更加牢固，具有更高的熔點和更大的硬度（熔點：MgO2852℃，CaO2614℃）。31第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日2．原子晶體（atomiccrystal）以中性原子作為組成晶體的基本微粒，占據(jù)晶格的結(jié)點位置，彼此間以共價鍵相互結(jié)合成晶體，就稱為原子晶體。以典型的金剛石晶體為例，每個碳原子能形成4個sp3雜化軌道，最多可與4個碳原子形成共價鍵，組成正四面體，每個碳的配位數(shù)為4。碳原子構(gòu)成的四面體在空間上重復(fù)排列，即組成了金剛石晶體結(jié)構(gòu)。屬于原子晶體的物質(zhì)并不多。C、Si、Ge等單質(zhì)是原子晶體，周期系的第ⅣA、ⅤA、ⅥA族元素之間形成的化合物也常形成原子晶體，如SiC、GaAs、SiO2、BN等。32第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日金剛石的晶體結(jié)構(gòu)33第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日原子晶體一般具有很高的熔點和很大的硬度，在工業(yè)上常被選為磨料或耐火材料。金剛石的熔點可高達(dá)3550℃，是所有單質(zhì)中最高的，硬度也很大，是所有物質(zhì)中最硬的。無論固態(tài)或熔融態(tài)都不能導(dǎo)電，所以一般是電絕緣體。但某些原子晶體如Si、Ge等，在高溫下可表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性，是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料。34第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日3．分子晶體（molecularcrystal）

在分子晶體的晶格結(jié)點上排列著分子（極性分子或非極性分子），分子之間以范德華力或氫鍵相結(jié)合（分子內(nèi)的原子之間則以共價鍵結(jié)合）。由于范德華力沒有方向性和飽和性。分子組成晶體時可作緊密堆積。但共價鍵分子本身具有一定的幾何構(gòu)型，所以分子晶體一般不如離子晶體堆積得緊密。35第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日

CO2的晶體結(jié)構(gòu)36第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日由于分子間力比共價鍵、離子鍵弱得多，分子晶體一般具有較低的熔點、沸點和較低的硬度；這類晶體無論在固態(tài)或是在熔化時都不導(dǎo)電。只有當(dāng)極性很強(qiáng)的分子所組成的晶體，如HCl晶體等，溶解在水中，才會因電離而導(dǎo)電。大部有機(jī)化合物和CO2，SO2，HCl，H2，Cl2，N2等絕大多數(shù)共價化合物以及稀有氣體元素Ne，Ar，Kr，Xe等在低溫下形成的晶體都是分子晶體。37第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日4．金屬晶體（metalliccrystal）

金屬原子只有少數(shù)的價電子能用于成鍵，價電子的數(shù)量不足以使金屬晶體中原子間形成正常的共價鍵或離子鍵。因此，金屬在形成晶體時傾向于組成極為緊密的結(jié)構(gòu)，即密堆積，使每個原子擁有盡可能多的相鄰原子（通常是8或12個原子），從而形成“少電子多中心”鍵。

38第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日

金屬原子密堆積的結(jié)構(gòu)形式，已為X射線衍射結(jié)果所證實。在金屬中最常見的緊密堆積方式有三種。①立方最密堆積：這種堆積方式中可找出面心立方晶胞，每個原子配位數(shù)為12。②六方最密堆積：這種堆積方式可劃出六方晶格，每個原子配位數(shù)也為12。③體心立方密堆積：這種堆積方式中可找出體心立方晶胞。39第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日（a）六方最密堆積（b）立方最密堆積（c）體心立方密堆積金屬晶體中的緊密堆積方式

40第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日金屬鍵和金屬的共性由于金屬元素的電負(fù)性小，電離能也較小，外層價電子易脫離金屬原子的約束，形成“自由電子”或“離域電子”，在金屬晶體中，由于金屬原子（或正離子）緊密堆積在一起，它們的價層電子并不固定在個別金屬原子（或離子）的附近，而是為整個晶體中的全部原子（或離子）所共有，因而稱為自由電子或離域電子。這些共用電子起到把許多原子或離子“粘合”在一起的作用，形成了所謂的金屬鍵。這種鍵可以看作是改性的共價鍵，即是由多個原子共用在整個金屬晶體內(nèi)流動的自由電子所組成的共價鍵。41第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日在金屬晶體中，由于自由電子的存在和晶體的緊密堆積結(jié)構(gòu)，使金屬具有以下一些共同性質(zhì)：①金屬光澤：金屬中的自由電子很容易吸收可見光，使金屬晶體不透明，當(dāng)被激發(fā)的電子跳回低軌道時又可發(fā)射出各種不同波長的光，因而具有金屬光澤。②良好的導(dǎo)電性：金屬的導(dǎo)電性與自由電子的流動有關(guān)。在外加電場的影響下，自由電子將在晶體中定向流動，形成電流。不過，在晶格內(nèi)的原子和離子不是靜止的，而是在晶格結(jié)點上作一定幅度的熱振動，這種振動對電子的流動起著阻礙的作用，同時，正離子對電子具有吸引力，這些因素產(chǎn)生了金屬特有的電阻。受熱時原子和離子的振動加強(qiáng)，電子的運動受到更多的阻力，因此，一般隨著溫度升高，金屬的電阻增大。42第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日③良好的導(dǎo)熱性：金屬的導(dǎo)熱性也與自由電子的運動密切相關(guān)。電子在金屬中運動，會不斷地與原子或離子碰撞而交換能量。因此，當(dāng)金屬的某一部分受熱時，原子或離子的振動得到加強(qiáng)，并通過自由電子的運動把熱能傳遞到鄰近的原子和離子，很快使金屬整體的溫度均一化。因此，金屬具有良好的導(dǎo)熱性。④良好的機(jī)械性能：金屬的緊密堆積結(jié)構(gòu)，允許在外力下使一層原子相對于相鄰的一層原子滑動而不破壞金屬鍵，這使金屬顯示良好的延展性等機(jī)械性能的原因。43第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日

固體能帶理論現(xiàn)代金屬鍵理論之一是在分子軌道理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的能帶理論。在金屬晶體中，金屬原子靠得很近，它們的部分原子軌道可組合成分子軌道。一塊金屬中包含數(shù)量極多的原子，這些原子的原子軌道可組成極多的分子軌道。例如，1g鈉中約有3×1022個原子，每個鈉原子用一個3s軌道參與組合，可得到約3×1022個分子軌道，其中一半為成鍵軌道，一半為反鍵軌道。因此，分子軌道的數(shù)目巨大，使得各相鄰分子軌道間的能級非常接近。它們實際上連成一片，構(gòu)成了一個具有一定能量界限（即一定寬度）的能帶。44第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日按能量最低原理，金屬的價層電子將優(yōu)先排入晶體的成鍵分子軌道，即將優(yōu)先在能帶下半部的低能軌道中排布，使整個體系能量降低。這就形成了金屬鍵。這樣解釋即為金屬鍵的能帶理論。能帶的下半部充滿電子，叫做滿帶，其中的電子無法自由流動、躍遷；而能帶上半部分子軌道能量較高，可部分埴充電子或是全空的能帶，稱做導(dǎo)帶或空帶。通常有兩種情況，一種情形是金屬的價電子能帶是半滿的，另一半空著（如金屬鈉）；另一種情形是金屬的價電子能帶雖滿，但與上面一個能級的空帶部分重疊，形成了一個未滿的導(dǎo)帶（如在金屬鎂中3s能帶與3p能帶的部分重疊）。導(dǎo)帶中的電子在外電場作用下，可在整個晶體范圍內(nèi)運動而形成電流，這就是自由電子。因此，金屬是電、熱的良導(dǎo)體。

45第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日在半導(dǎo)體和絕緣體中，滿帶與空帶并不直接相聯(lián)，其間還隔有一段空隙，被稱為禁帶。半導(dǎo)體的禁帶能量寬度小于3eV，電子容易獲得能量從滿帶越過禁帶而被激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶，造成導(dǎo)電條件。溫度越高，半導(dǎo)體受到的熱激發(fā)越強(qiáng)，電子躍遷到空帶中的幾率越大，電導(dǎo)率也隨之增大。絕緣體禁帶能量寬度通?！?eV，滿帶中的電子難以被激發(fā)躍遷到空帶，因此，通常不能導(dǎo)電

46第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日Na和Mg的能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)特征47第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日5．混合鍵型晶體

還有相當(dāng)多的晶體是由不同的鍵型混合組成的，稱為混合鍵型晶體，或混合型晶體。混合型晶體的典型例子是石墨晶體。石墨晶體中既有共價鍵又有金屬鍵的作用，而層間結(jié)合又是靠范德華力，因此石墨是混合鍵型晶體。因此，石墨既有金屬光澤，在層平面方向又有很好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。且由于層間結(jié)合力較弱，容易滑動，兼有金屬晶體和分子晶體的特性。石墨的層狀結(jié)構(gòu)48第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日石墨49第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日晶體的基本類型

離子晶體原子晶體

分子晶體 金屬晶體晶格結(jié)點上的粒子

陰、陽離子 中性原子

中性分子金屬原子陽離子結(jié)點上粒子間作用力

離子鍵共價鍵

分子間力(氫鍵)金屬鍵有無獨立分子

無

無

有無熔、沸點

高很高

很低較高

硬度

大很大 小 較大機(jī)加性

差

差 差延展性好溶解性

溶于水不溶

極性分子可溶

差

導(dǎo)電性

溶、熔可導(dǎo)電絕緣，半導(dǎo)差良好

物例

活潑金屬的

C、Si、Ge常溫液、氣態(tài)金屬單質(zhì)鹽和氧化物SiC、B4C、物質(zhì)和易升華和合金。BN、SiO2固體。

50第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日三、晶體缺陷和晶體材料

晶體中一切偏離理想的點陣結(jié)構(gòu)都稱為晶體的缺陷?！叭毕荨币辉~是貶詞，晶體的缺陷確實影響到晶體的性質(zhì)，使晶體的某些優(yōu)良性能下降。例如金屬晶體中存在位錯，原子間的結(jié)合力減弱，使金屬的機(jī)械強(qiáng)度降低。但是，缺陷可以改變晶體的性質(zhì)，在晶體中存在種種缺陷，就可以使晶體的性質(zhì)有著各種各樣的變化，這一點也可以為人類所利用。晶體的許多重要應(yīng)用正是人們有意識的利用晶體缺陷產(chǎn)生的。改變晶體缺陷的種類和數(shù)量，可制得某些特殊性能的晶體。所以，晶體缺陷正是人們改造晶體使之具有特定性能材料的用武之地。51第五十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日①晶體缺陷的種類

晶體缺陷的種類繁多，若按幾何形式分類有：點缺陷（如雜原子置換、空位、填隙原子）、線缺陷（如位錯）、面缺陷（如堆垛層錯、晶粒邊界等）和體缺陷（如包裹雜質(zhì)、空洞等）等。若按缺陷的形成和結(jié)構(gòu)分類有：本征缺陷——指不是由外來雜質(zhì)原子形成而是晶體結(jié)構(gòu)本身偏離點陣結(jié)構(gòu)造成的；雜質(zhì)缺陷——指雜原子進(jìn)入基質(zhì)晶體中所形成的缺陷。52第五十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日②晶體缺陷造成晶體性質(zhì)的變化

晶體缺陷使得晶體在光、電、磁、聲、熱學(xué)上出現(xiàn)新的特性。例如，單晶硅、鍺都是優(yōu)良半導(dǎo)體材料，而人為地在硅、鍺中摻入微量砷、鎵形成的有控制的晶體缺陷，便成為晶體管材料，是集成電路的基礎(chǔ)。離子晶體的缺陷有時可使絕緣性發(fā)生變化，如在AgI中摻雜+1價陽離子后，室溫下就有了較強(qiáng)的導(dǎo)電性，這類固體電解質(zhì)能在高溫下工作，可用于制造燃料電池、離子選擇電極等。雜質(zhì)缺陷還可使離子型晶體具有絢麗的色彩。如α-Al2O3中摻入CrO3呈現(xiàn)鮮艷的紅色，常稱“紅寶石”，而且可用于激光器中作晶體材料。53第五十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日離子極化的本質(zhì)離子的極化本質(zhì)是由于分子內(nèi)正、負(fù)離子相互接近時發(fā)生的誘導(dǎo)作用，由于陰離子的極化力不強(qiáng)，陽離子的變形性又較小，所以通?？紤]離子極化時，一般總是考慮陽離子對陰離子的極化力和考慮陰離子被極化的程度。但當(dāng)陽離子也容易變形時（例如Ag+、Hg2+、Pb2+等），則要考慮兩種離子的相互極化作用或稱為附加極化作用。54第五十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日離子極化作用，可使分子內(nèi)正、負(fù)離子之間發(fā)生一種額外的吸引力，使兩個離子更靠近，甚至有可能使正、負(fù)離子之間發(fā)生電子云相互重疊，即可能使兩個離子結(jié)合成共價鍵，形成極性共價分子。55第五十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日離子極化對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響對化學(xué)鍵型的影響例第三周期元素Na、Mg、Al、Si、P的相應(yīng)氯化物NaCl、MgCl2、AlCl3、SiCl4、PCl5中可見，NaCl是典型的離子型的化合物，而SiCl4和PCl5為典型的共價型化合物，其中MgCl2、AlCl3則為過渡性化合物（含有部分共價鍵成份的離子型化合物），而且共價成份AlCl3多于MgCl2。用離子極化來解釋：由于這些氯化物中的陽離子極化力從Na+→Mg2+→Al3+→“Si4+”→“P5+”逐漸增大，是由于陽離子的電荷增大所致。故分子中，陰陽離子之間電子云重疊程度增大，使化學(xué)鍵從典型的離子鍵向共價鍵過渡

56第五十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日對晶體結(jié)構(gòu)類型的影響例如NaCl是典型的離子型晶體，而SiCl4、PCl5卻是典型的分子型晶體，而AlCl3為過渡型晶體。由于離子極化作用的增強(qiáng)，可使分子化學(xué)鍵的鍵型發(fā)生由離子鍵逐漸向共價鍵過渡，那么物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)也可由離子晶體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡型晶體結(jié)構(gòu)（混合型晶體結(jié)構(gòu)），最后轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿泳w。晶體的結(jié)構(gòu)類型發(fā)生改變，從而導(dǎo)致物質(zhì)的性質(zhì)，如熔點、沸點、硬度等發(fā)生相應(yīng)的變化57第五十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日對化合物溶解度及顏色的影響例如從AgF→AgCl→AgBr→AgI可見，由于分子中陰離子從F-→I-離子半徑是逐漸增大，故陰離子的變形性也增大，導(dǎo)致被極化的程度加大。所以AgF分子中離子極化最弱，是典型的離子型化合物，AgF是無色，易溶于水。而其余三種從AgCl→AgI。其分子中共價鍵成份不斷增多，溶解性下降，顏色也加深。A