第六章：固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

第六章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)晶體非晶體自然界中絕大多數(shù)固體是晶體

第六章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)主要內(nèi)容1.晶體的特征和晶格能2.離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的特征和性質(zhì)3.三種典型離子晶體4.金屬鍵5.實(shí)際晶體的缺陷6.離子極化主要內(nèi)容

第六章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)基本要求離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體的特征和性質(zhì)2.晶格能3.離子極化對物質(zhì)性質(zhì)的影響*基本要求

第六章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)6-4金屬晶體6-3原子晶體和分子晶體6-5混合型晶體和晶體的缺陷6-6離子極化對物質(zhì)性質(zhì)影響6-1晶體和非晶體6-2離子晶體及其性質(zhì)目錄

第六章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)目錄第一節(jié)晶體與非晶體第六章固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)晶體與非晶體6-1-1晶體的特征6-1-1晶體的特征有一定的幾何外形食鹽石英方解石非晶體(無定形體)——沒有一定的幾何外形如玻璃、松香、石蠟微晶體——如碳黑有固定的熔點(diǎn)即晶體在熔化時溫度保持不變，直至全部熔化后，溫度才開始上升。如冰的熔點(diǎn)0℃非晶體無固定的熔點(diǎn)在加熱時，由開始軟化到完全熔化,整個過程中溫度不斷變化。如松香50~70℃軟化,70℃以上全部熔化6-1-1晶體的特征各向異性晶體的某些性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度、溶解性等在不同方向不同。如：云母可按紋理面方向裂成薄片非晶體各向同性6-1-1晶體的特征晶體和非晶體在性質(zhì)上的差異是兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同而造成的晶體內(nèi)部的微粒的排布是有序的，在不同方向按確定的規(guī)律重復(fù)性地排列，造成晶體的各向異性。非晶體內(nèi)部微粒的排列是無序的、不規(guī)律的石英晶體(晶體)石英玻璃()非晶體6-1-2晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6-1-2晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶格點(diǎn)陣晶體內(nèi)部的微粒的排布是有序的，在不同方向按確定的規(guī)律重復(fù)性地排列。晶格點(diǎn)陣——沿一定方向按某種規(guī)律把結(jié)點(diǎn)聯(lián)接起來的幾何圖形。Cl-Cl-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+6-1-2晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6-1-2晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶格點(diǎn)陣↙結(jié)點(diǎn)晶格點(diǎn)陣可描述晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)晶格點(diǎn)陣——沿一定方向按某種規(guī)律把結(jié)點(diǎn)聯(lián)接起來的幾何圖形晶胞晶胞——晶格中，能表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)一切特征的最小部分黑色球組成的為該晶體的晶胞Cl-Cl-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+晶格分為7個晶系14種晶格類型簡單立方體心立方面心立方簡單四方體心四方簡單六方簡單菱形簡單正交底心正交體心正交面心正交簡單單斜底心單斜簡單三斜按晶格結(jié)點(diǎn)在空間的位置分布,晶格有各種形狀。6-1-3單晶體和多晶體6-1-3單晶體和多晶體由一個晶核各向均勻生長而成,晶體內(nèi)部的粒子基本上保持其特有的排列規(guī)律。如單晶冰糖、單晶硅、寶石、金剛石晶體單晶體多晶體由很多單晶微粒雜亂無規(guī)則的聚結(jié)而成的。各向異性的特征消失，使整體一般不表現(xiàn)各向異性。多數(shù)金屬和合金都是多晶體。6-囑1-４非夕晶體喇物質(zhì)6-門1-辣4非晶鵲體物否質(zhì)非晶侄體物釀質(zhì)——結(jié)構(gòu)朵無序悼的固波體物桌質(zhì)玻璃違體為慌典型瓜的非絞晶物飽質(zhì)氧化物玻璃金屬玻璃非晶半導(dǎo)體高分子化合物玻璃體物質(zhì)在一定條件下，晶體非晶體石英晶體石英玻璃迅速冷卻如6-優(yōu)1-蘆5液晶6-歪1-葛5液晶熔點(diǎn)清亮點(diǎn)不能樸流動孝能流耐動機(jī)能旨流動各向處異性頁各向嘉異性哄各治向同見性液晶——有些具有機(jī)乒物質(zhì)梁熔化凝后在腹一定攻的溫漸度范六圍內(nèi)斥微粒燥的分蛾布仍青部分膀地保你持著碎遠(yuǎn)程碼有序草性，今因而驕仍部宏分地秀保持址各向姑異性焰，這爹種介蛾于液梯態(tài)和敞固態(tài)智之間印的各賤向異聯(lián)性凝恰聚流癥體即喪為液拼晶。第二添節(jié)離懶子晶費(fèi)體及啊其性渣質(zhì)第二命節(jié)離子歌晶體稍及其錯性質(zhì)6-情2-帳1晶體閣的特銅征6-饅2-游1離子努晶體堆的特勞征和擔(dān)性質(zhì)晶體類型結(jié)點(diǎn)粒子種類粒子間作用力一般性質(zhì)物質(zhì)示例離子晶體陽、陰離子靜電引力熔點(diǎn)較高、略硬、脆,熔體、溶液易導(dǎo)電活潑金屬氧化物、鹽類NaFNa+、F-硬度2~2.5,熔點(diǎn)993℃MgF2Mg2+、F-硬度5,熔點(diǎn)1261℃F-Na+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+6-屢2-尿2離子澡晶體歷中最靜簡單跪的結(jié)你構(gòu)類濫型6-揉2-房誠2離子斯晶體等中最帖簡單型的結(jié)貸構(gòu)類馬型AB型：Na遷Cl型、Cs不Cl型、策立方Zn油S型Cl-Na+晶格類型:面心立方陽離子配位數(shù)：6陰離子配位數(shù)：6例KI、LiF、NaBr、MgO、CaSNaCl型晶胞場類型乏：簡申單立眼方陽離扶子配帶位數(shù)亭：8陰離剪子配鮮位數(shù)斗：8例Tl艇Cl、Cs鬼Br、Cs足ICs嶄Cl型Cl-Cs+晶類型胞：面心立方陽離子配位數(shù)：4陰離子配位數(shù)：4例BeO、ZnSeZnS型S2-Zn2+晶胞紡：正群立方喜形陽離竭子配替位數(shù)掉：8陰離圍子配昆位數(shù)普：8例Tl唇Cl、Cs匠Br、Cs湯I(xiàn)Cs套Cl型ZnS型晶胞：正立方形陽離子配位數(shù)：4陰離子配位數(shù)：4例BeO、ZnSeCl-Cs+S2-Zn2+外界亂條件腎變化漿時，溪晶體飯類型栗也能注改變?nèi)鏑s緣瑞Cl常溫裙下Cs浪Cl型高溫日下Na揉Cl型同質(zhì)續(xù)多晶申現(xiàn)象調(diào)：化學(xué)趕組成鞏相同釋而晶富體構(gòu)徹型不令同的平現(xiàn)象6-汗2-廁3離子掃晶體策穩(wěn)定歡性6-今2-糠3離子倍晶體病的穩(wěn)侮定性晶格薦能——標(biāo)準(zhǔn)壞態(tài)下指，拆禽開1m員ol離子構(gòu)晶體變?yōu)閿鈶B(tài)射離子嶄所需室吸收飲的能襲量離子游晶體吧的晶你格能NaCl(s)Na+(g)+Cl-(g)298.15℃標(biāo)準(zhǔn)態(tài)Ｕ＝78倉6能kJ·m課ol-1晶格陳能越喚大，步離子霸晶體拜越穩(wěn)投定。離子撒晶體秋的穩(wěn)循定性NaCl型NaINaClNaBrNaFBaOSrOCaOMgO離子電荷11112222核間距/pm318294279231277257240210晶格能kJ·mol-17047477859233054322334013791熔點(diǎn)/℃6617478019931918243026142852硬度(金剛石=10)－－2.52~2.53.33.54.55.5電荷相同，核間距越小，晶格能越大。離子電荷數(shù)越多，晶格能越大。晶格能越大，熔點(diǎn)越高，硬度越大。第三有節(jié)原鴨子晶孝體和薦分子債晶體第三昂節(jié)原子刷晶體稅和分省子晶輩體6-居3-村1原子陜晶體6-惹3-壁1原子載晶體金剛糞石、散單質(zhì)年硅、單質(zhì)嘩硼、鴿碳化惠硅、石英士、氮冰化硼熔點(diǎn)避高硬度餓大不導(dǎo)別電共價醉鍵原子原子晶體物質(zhì)紹示例一般睜性質(zhì)粒子撿間作鳳用力結(jié)點(diǎn)帖粒子訪種類晶體類型實(shí)例硬度9.5,熔點(diǎn)2700℃共價鍵C原子Si原子金剛砂硬度10,熔點(diǎn)>3550℃共價鍵C原子金剛石

金剛石每個C原子的四個sp3雜化與相鄰四個C原子以C－C(σ鍵)結(jié)合形成正四面體。6-體3-２分荷子晶倆體6-背3-倆2分子桑晶體晶體類型結(jié)點(diǎn)粒子種類粒子間作用力一般性質(zhì)物質(zhì)示例分子晶體分子分子間力(氫鍵)熔點(diǎn)低硬度小不導(dǎo)電易揮發(fā)稀有氣體多數(shù)非金屬單質(zhì)非金屬之間化合物、有機(jī)化合物干冰CO2分子分子間力冰H2O分子分子間力氫鍵氧原子碳原子CO2第四姻節(jié)金窮屬晶藥體第四續(xù)節(jié)金屬些晶體6-偉4-讀1金屬貼晶體加的內(nèi)辛部結(jié)番構(gòu)6-提4-勵1金屬毅晶體絲式的內(nèi)壟部結(jié)畢構(gòu)晶體類型結(jié)點(diǎn)粒子種類粒子間作用力一般性質(zhì)物質(zhì)示例金屬晶體金屬原子金屬陽離子金屬鍵熔點(diǎn)、硬度差別大導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好,有金屬光澤金屬合金CuCu原子Cu離子金屬鍵熔點(diǎn)Hg-38.87℃、W3410℃

硬度Na0.4、Cr9.0金屬單質(zhì)晶體中，金屬原子采取盡可能緊密堆積方式，所以一般金屬密度較大每個原子被較多的相同原子包圍，一般配位數(shù)較大等徑圓球的三種密堆積基本構(gòu)型ABCAABAABA配位秀數(shù)=1浩2配位帶數(shù)=1葉2配位棉數(shù)=8面心近立方銜密堆絲式積兵六方亦密堆須積隱體心淋立方矮密堆療積6-眠4-尋2金屬回鍵6-查4-灑2金屬墻鍵金屬洞鍵——自由放電子辰氣把費(fèi)金屬世陽離盼子“暗膠合”爛成金事屬晶惑體的德結(jié)合捕力含義金屬原子的電負(fù)性和電離能較小，價電子容易脫離原子的束縛，在陽離子之間可以自由運(yùn)動，形成離域的自由電子氣。特征:無飽和性和方向性使金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性6-仗4-忍3金屬狂的能獵帶理左論6-朵4-駁3金屬息的能浪帶理卷論*應(yīng)用扮分子蹄軌道亭理論屈研究加金屬患晶體過中原矩子間沙的結(jié)晨合力詠，逐傍漸發(fā)習(xí)展成送金屬尚鍵的棵能帶你理論雹。把一塊金屬看作一個大分子，用分子軌道理論來描述金屬晶體內(nèi)電子的運(yùn)動狀態(tài)。假定原子核位于金屬晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上，構(gòu)成一個聯(lián)合核勢場，電子分布在分子軌道內(nèi)，而價電子作為自由電子(即離域電子)，可在晶體內(nèi)金屬原子間運(yùn)動，不屬于任何一個原子。金屬晶體塊的大分子概念能帶慌概念假如嬸一塊艱鋰金擔(dān)屬有n個原掃子組杏成，n個2s原子氣軌道疤組成n個分傅子軌損道，苦這n個分蒙子軌道第的能觸級非士常接升近，躺幾乎勒形成均能量造連續(xù)的代能帶酒。能帶——由n條能握級相盟同的氣原子劑軌道揉組成能量注幾乎擺連續(xù)露的n條分港子軌袖道2s能帶——由2s原子情軌道始組成仙的能甲帶如Li困1坊s22s11s分子俯軌道泉能帶按能籌帶的接能級永和電房誠子在秒能帶益中的延分布錫不同擔(dān)，能帶靠有多優(yōu)種：闊滿帶黎，導(dǎo)脆帶和盲禁帶能帶資種類滿帶：充滿電子的低能量能帶導(dǎo)帶禁帶滿帶n個2sn個1s半滿滿能量原子軌道能帶電子充填情況導(dǎo)帶禁帶滿帶n個2sn個1s半滿滿能量原子軌道能帶電子充填情況如Li帳1冒s22s12s分子缸軌道夏能帶有空造的分餃子軌丟道存除在，部在這足種能素帶的辭電子閑，只要潛吸收稱微小末的能株量，晃就能碼躍遷際到帶祖內(nèi)能量稍蔥高的文空軌勤道上謹(jǐn)運(yùn)動當(dāng)，從雀而使且金屬穗具有導(dǎo)電客、導(dǎo)屆熱作遠(yuǎn)用。導(dǎo)帶：未充滿電子的能帶導(dǎo)帶禁帶滿帶n個2sn個2s半滿滿能量原子軌道能帶電子充填情況如Li螺1s22s11s能帶湯和2s能帶嶄之間齡的間預(yù)隙禁帶曾是電律子的悟禁區(qū),電子鐵是不破能在番此停變留的吃。若禁巾帶不醫(yī)太寬,電子軍獲能劣量可散從滿亂帶越少過禁帶躍代遷到躲導(dǎo)帶;若禁礦帶太主寬,躍遷扣難以芳進(jìn)行。禁帶：相鄰的能帶間的間隙能帶禮的重牢疊金屬招的緊陷密堆領(lǐng)積結(jié)能構(gòu)使金挨屬原繭子核違間距絲式一般綿都很斃小，使形街成的篇能帶糠之間薯的間邁隙一拍般也絕都很懼小，甚至雜會出喪現(xiàn)重員疊現(xiàn)雞象能帶唐理論磁可解侍釋金付屬的蘋某些猜物理靈性質(zhì)導(dǎo)電能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體導(dǎo)體:在外按電場百下，謊導(dǎo)帶迷中的磁電子割在能鉛帶中蕉做定能向運(yùn)遺動，損形成早電流掌而導(dǎo)撒電絕緣蠶體:電子家都在犯滿帶省上，冶且禁脈帶較否寬，濤難以災(zāi)躍遷,不能章導(dǎo)電半導(dǎo)冒體:禁帶剪較窄,滿帶臭中的胡電子聯(lián)易被墊激發(fā),越過舌禁帶捆到導(dǎo)舅帶上煉，增冊加導(dǎo)帶電能鵲力。能帶奶理論冠可解怒釋金卡屬的漁某些峽物理男性質(zhì)金屬光澤能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體光照擋時，躬導(dǎo)帶范中的頓電子僑可吸土收光通能躍袋遷到苦能量麻較高匯的能斯帶上擦，當(dāng)宮電子佩返回召時把成吸收稈的能中量又挽發(fā)射浩出來判，使擴(kuò)金屬區(qū)具有距金屬牽光澤稀。能帶摘理論浮可解口釋金值屬的射某些姓物理顆性質(zhì)導(dǎo)熱性能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體局部彈加熱辜時，湖電子題運(yùn)動飄和核民的振工動，箭可進(jìn)應(yīng)行傳疾熱，最使金拋屬具壇有導(dǎo)謹(jǐn)熱性墳。能帶速理論足可解活釋金沃屬的淺某些枯物理饅性質(zhì)延展性能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體受力瀉作用嘆時,原子鑰在導(dǎo)魄帶中艇自由北電子設(shè)的潤邀滑下,可以善相互拿滑動,而能癢帶并督不被破牽壞。第五承節(jié)混匆合型蝕晶體遙和晶施體缺屈陷第五漏節(jié)混合壞型晶造體和確晶體陳缺陷6-拿5-自1金屬易晶體絨的內(nèi)茶部結(jié)靠構(gòu)6-盞5-蛾1混合晝型晶作體晶體見內(nèi)同哭時存畏在著嚴(yán)若干泉種不緞同的救作用麻力，氣具有悉若干陪種晶扔體的井結(jié)構(gòu)雀和性辟質(zhì)，蘇這類粱晶體熔稱為秤混合籠型晶初體。如朽石墨335pm142pmC原子煉以sp2雜化，鍵閑角為12兇0，形吉成無幼數(shù)個柴正六何邊形通組成覆的平依面，紋平面圈相互瞎平行幟。每個C原子肯剩下械的一們個p電子厲形成而大π鍵。石墨餅層與茂層之魄間的附結(jié)合炮力較梨弱，擠各層樓較易滑動蘿，因房誠而可橋用作雨鉛筆樓芯和沈潤滑嘴劑。6-擺5-紐奉2實(shí)際科晶體過的缺憤陷及靈其影蓄響6-顆5-墨2實(shí)際煩晶體子的缺馬陷及執(zhí)其影抵響如果浮晶體限內(nèi)部騾每個異粒子祖的排越列完忠全符傲合其興排列村規(guī)律陪，稱存其為有理想重晶體劈燕。但切實(shí)際匯上是薄不可婦能形芝成的翅，形牢成時肚在內(nèi)噴部結(jié)我構(gòu)上而總會大出現(xiàn)足這樣兇那樣診的缺造陷。結(jié)晶時，由于微晶體晶面取向不可能完全相同