固體物質(zhì)的分類和宏觀特征

固體物質(zhì)的分類和宏觀特征第一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、晶體的特征(1)具有規(guī)則的幾何外形晶面角守恒定律第二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五(2)有固定的熔點(3)各向異性(4)晶體內(nèi)部粒子的周期性排列及其理想的外形都具有特定的對稱性第三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.6晶體的微觀點陣結(jié)構(gòu)1、晶體與空間點陣NaCl的晶體結(jié)構(gòu)晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)單元（分子、原子、原子團或離子等）在空間作有規(guī)則的周期性排列，構(gòu)成空間點陣（晶格）(crystallattice)第四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、晶胞(unitcell)構(gòu)成晶體的平行六面體的最小的基本單元稱為晶胞。

整個晶體是由晶胞無間隙地堆砌而成。第五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五晶胞參數(shù)(unitcellparameters)

構(gòu)成晶胞的六面體的三個邊長a、b、c（稱為晶軸）及三個夾角α、β、γ稱為晶胞參數(shù)。它們決定了晶胞的大小和形狀。第六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五晶胞的分類—晶系

晶系晶軸軸間夾角實例

立方a=b=cα=β=γ=900Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=900Sn,SiO2正交a=≠b≠cα=β=γ=900I2,BaCO3三方a=b=cα=β=γ≠900As,Al2O3a=b≠cα=β=900，γ=1200單斜a≠b≠cα=γ=900，β≠900KClO3三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠900K2CrO7六方a=b≠cα=β=900，γ=1200Mg,CuS第七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五第八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五立方晶系(a=b=c,α=β=γ=900)簡單立方型體心立方型面心立方型第九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.7金屬晶體1、金屬鍵(Metallicbond)(1)自由電子氣模型

在金屬晶體中，金屬元素的價電子為所有原子（或離子）所共有，可以在整個金屬晶格的范圍內(nèi)自由運動，稱為自由電子(freeElectrons)。金屬借助這些自由電子與金屬離子之間的作用力而結(jié)合成晶體，此作用力則稱為金屬鍵。第十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五（2）能帶理論（Energybandtheory)第十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五（1）由于晶體中原子之間的相互作用，而使原子某個軌道的能級分裂成一組能量非常相近的能級，稱為能帶。

一個能級中所含能級的數(shù)量與晶體中原子的個數(shù)相同。(2)電子在能帶中的排布仍然遵守能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則。第十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五(3)能級分為滿帶、導(dǎo)帶和空帶：全部被電子充滿的能帶稱為滿帶。部分被電子充滿的能帶稱為導(dǎo)帶。在電場的作用下，導(dǎo)帶中的電子可以從較低能級躍遷到較高能級，形成電流。沒有電子的能帶稱為空帶。

第十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五(4)能帶之間的區(qū)域稱為禁帶。禁帶寬度：金屬：0～1eV半導(dǎo)體：<3eV絕緣體：>5eV空帶金屬半導(dǎo)體絕緣體第十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、晶體類型及結(jié)構(gòu)（1）簡單立方堆積第十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五（2）體心立方堆積第十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五（3）面心立方堆積第十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五（4）六方密堆積第十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.8離子晶體(ioniccrystal)1、離子晶體的性質(zhì)具有較高的熔點和沸點；大多數(shù)固體不導(dǎo)電；一般易溶于極性溶劑決定晶格類型的因素：①離子所帶電荷的數(shù)量；②正、負離子的半徑；③離子的極化。第十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、離子半徑與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系離子在空間排布時，在滿足電中性和能量最低原理的前提下，每個離子周圍將盡可能多地排列異電荷離子配位數(shù)：

每個離子周圍鄰接的異電荷離子的數(shù)目。第二十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五+++半徑比r+/r-<0.4140.414>0.414(0.225～0.414)(0.414～0.732)(0.732～1)配位數(shù)468晶體構(gòu)型ZnS型NaCl型CsCl型第二十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五3、幾種簡單的離子晶體類型(1)CsCl型（簡單立方晶型）：第二十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五(2)NaCl型（面心立方晶型）第二十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五(3)ZnS型（面心立方晶型）:第二十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4、離子極化對晶體結(jié)構(gòu)的影響離子的極化(polarizationofions)

在外電場的作用下，離子最外層的電子云發(fā)生變形，稱為離子的極化。當帶相反電荷的離子相互接近時，會互相引起極化作用，但一般正離子的極化能力大于負離子，而負離子由于極化而產(chǎn)生的電子云的變形大于正離子。第二十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五影響離子極化能力的因素離子半徑越小，所帶電荷數(shù)越多，極化能力越強；(2)與最外層電子構(gòu)性有關(guān)極化能力：18，18+2，2>9～17>8影響離子變形性的因素(1)離子半徑越大，變形性越大(2)負離子價數(shù)越高，變形性越大；正離子價數(shù)越高，變形性越小。第二十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五離子極化對晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響離子的極化使離子鍵向共價鍵轉(zhuǎn)化，使晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)向共價化合物轉(zhuǎn)變（如熔點和沸點降低，在水中的溶解度減小，顏色發(fā)生變化等）第二十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.9原子晶體和分子晶體在晶體中，原子以共價鍵相互連接而組成晶格點陣，晶體構(gòu)型取決于共價鍵的性質(zhì)（方向性和飽和型），一般比離子型晶體配位數(shù)低，硬度和熔點比離子晶體高，溶解度和延展性差。1、原子晶體（共價晶體covalentcrystals)第二十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、分子晶體（molecularcrystals)在晶體中，分子通過分子間作用力而構(gòu)成晶格點陣，形成晶體。分子性晶體一般也采取緊密堆積方式，配位數(shù)較大，熔點和沸點都較低，固態(tài)及液態(tài)均不導(dǎo)電。第二十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五3、混合鍵型晶體石墨：同層碳原子：3個σ鍵（sp2雜化軌道）--共價鍵1個大π鍵（p自由電子）--金屬鍵不同層碳原子：

分子間力第三十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.10晶體缺陷(crystaldefect)

具有完整空間點陣結(jié)構(gòu)的晶體稱為理想晶體。

晶體結(jié)構(gòu)偏離理想點陣結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱為晶體缺陷。缺陷種類點缺陷線缺陷面缺陷體缺陷第三十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.11現(xiàn)代材料1、液晶(liquidcrystal)1881年，奧地利植物學家F.Reinitzer發(fā)現(xiàn):膽甾醇苯甲酸酯C6H5CO2C27H45加熱時，在419–452K之間熔化成為混濁的，光學、電學性質(zhì)各向異性液體，稱為液晶。第三十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五液晶的相變固體液晶液體熔點清亮點第三十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五液晶分子的特點：

大多為含有極性基團的棒狀有機化合物活或聚合物分子。第三十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五應(yīng)用：顯示材料，檢測第三十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、富勒烯第三十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五1、相和相變

系統(tǒng)內(nèi)物理性質(zhì)及化學性質(zhì)完全均勻的一部分稱為一相。H2O(l)糖水糖水糖

均相系統(tǒng)（homogeneoussystem)多（復(fù)、非均）相系統(tǒng)heterogeneoussystem

4.11相變及相圖(Phasetransitionandphasediagrams)第三十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五相平衡

若在一個多相系統(tǒng)中，各相的組成及數(shù)量均不隨時間而變化，則稱該系統(tǒng)處于相平衡

相變：

體系從一種相向另一種相的轉(zhuǎn)變，或指物質(zhì)從一相向另一相的轉(zhuǎn)移（通常也就是物質(zhì)的聚集態(tài)的變化）。

對純物質(zhì)而言，相平衡的溫度與壓力互為依賴關(guān)系。第三十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五

相圖：

描述體系的相態(tài)隨溫度、壓力及組成變化的圖稱為相圖。

相圖可以從理論計算得到，但更多的是從實驗獲得。相圖是研究多相體系性質(zhì)的重要工具。第三十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五1.Phasediagramsofone-componentsystemsOABCGLSpTOA,OB,OC:----兩相線OA:L-G平衡線OB:L-S平衡線OC:S-G平衡線O:三相點(273.16K,610Pa)C:臨界點(647K,22.06Mpa)第四十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五水的冰點:

在101.325kPa下,被空氣所飽和了的水的凝固點(273.15K)。水的三相點:

純水三相平衡的溫度。H2O(l)H2O(g)H2O(s)H2O(l)H2O(s)空氣P=101.325kPa第四十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五臨界現(xiàn)象第四十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五200040006000P/atmT冰的相圖第四十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五

S(正交硫)

S(單斜硫)LGpT硫的相圖第四十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五4.11現(xiàn)代材料1、液晶(liquidcrystal)1881年，奧地利植物學家F.Reinitzer發(fā)現(xiàn):膽甾醇苯甲酸酯C6H5CO2C27H45加熱時，在419–452K之間熔化成為混濁的，光學、電學性質(zhì)各向異性液體，稱為液晶。第四十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五液晶物質(zhì)的相變固體液晶液體熔點清亮點

液體向列相近晶相A近晶相B第四十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五膽甾相第四十七頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五熱致型液晶分子的結(jié)構(gòu)特點：

大多為含有極性基團的剛性棒狀有機化合物或聚合物分子。第四十八頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五應(yīng)用：

顯示材料（LCD)，第四十九頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五溶致型液晶

由符合一定結(jié)構(gòu)要求的化合物（如雙親分子）與溶劑（如水）組成的有序體系。雙親分子：由憎水基團（非極性基團）和親水基團（極性基團）構(gòu)成的分子如：C12H25SO3Na第五十頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五2、C60的發(fā)現(xiàn)和Fullerene化學1996年，Robert.F.Curl,Harold.W.Kroto,RichardESmalley因發(fā)現(xiàn)C60而獲諾貝爾化學獎發(fā)現(xiàn)C60的裝置(1985,828-9,11)第五十一頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五C60的結(jié)構(gòu)由60個碳原子構(gòu)成的球形32面體，由12個五邊形和20個六邊形組成；每個碳原子以sp2雜化軌道與相鄰的三個碳原子連結(jié)，剩余的P軌道在C60的外圍和內(nèi)腔形成球面π鍵。第五十二頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五

包括在內(nèi)的所有含有偶數(shù)個碳原子所形成的分子稱為Fullerene第五十三頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五第五十四頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五C60OsO4{[(C2H5)3P]2Pt}6C60C60的化合物第五十五頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五3、納米材料和納米結(jié)構(gòu)尺度范圍在1–100nm（10-7–10-9m）之間的材料，稱為納米材料。氮化硅納米絲γ-Al2O3TiO2第五十六頁，共六十頁，編輯于2023年，星期五納米結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)：（1）量子尺寸效應(yīng)：當體系尺寸下降到某一數(shù)值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)能級（能帶）