11第十一章 固体结构

第十一章 固体结构§11.1 §11.2 §11.3 §11.4 §11.5 晶体结构和类型 金属晶体 离子晶体 分子晶体 层状晶体

重点难点： 重点难点：晶体中离子的堆积方式与空隙(六方密堆积、 晶体中离子的堆积方式与空隙(六方密堆积、面心立 方密堆积和体心立方堆积)。 方密堆积和体心立方堆积)。 根据组成晶体的粒子种类及粒子之间作用力的不同， 根据组成晶体的粒子种类及粒子之间作用力的不同， 可将晶体分为金属晶体 离子晶体、分子晶体和 金属晶体、 可将晶体分为金属晶体、离子晶体、分子晶体和原子 晶体。 晶体。 离子半径和离子晶体的类型。 离子半径和离子晶体的类型。 的类型 离子晶体中离子间作用力的大小可用晶格能来量度。 离子晶体中离子间作用力的大小可用晶格能来量度。 离子间作用力的大小可用晶格能来量度 离子极化作用的大小取决于离子的极化力和变形性。 离子极化作用的大小取决于离子的极化力和变形性。 的大小取决于离子的极化力和变形性

学习要求： 学习要求：熟悉晶体的类型、特征和组成晶体的微粒间的作用力。 熟悉晶体的类型、特征和组成晶体的微粒间的作用力。 了解金属晶体的三种密堆积结构及其特征； 了解金属晶体的三种密堆积结构及其特征；理解金属键 的形成和特征。 的形成和特征。 熟悉三种典型离子晶体的结构特征； 熟悉三种典型离子晶体的结构特征；理解晶格能的概念 和离子电荷、半径对晶格能的影响，熟悉晶格能对离子 和离子电荷、半径对晶格能的影响， 化合物熔点、硬度的影响； 化合物熔点、硬度的影响；了解晶格能的热化学计算方 法。 了解离子半径及其变化规律、离子极化及其对键型、 了解离子半径及其变化规律、离子极化及其对键型、晶 格类型、溶解度、熔点、颜色的影响。 格类型、溶解度、熔点、颜色的影响。 了解分子的偶极矩和变形性及其变化规律； 了解分子的偶极矩和变形性及其变化规律；了解分子间 力的产生及其对物性的影响；了解氢键的形成条件、 力的产生及其对物性的影响；了解氢键的形成条件、特 点及其对某些物性的影响。 点及其对某些物性的影响。

§11.1 晶体结构和类型Mouse5.ico

11.1.1 晶体结构的特征与晶格理论 11.1.2 晶体缺陷* 晶体缺陷

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11.1.3 非晶体 准晶体 准晶体* 11.1.4 晶体类型

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11.1.1 晶体结构的特征与晶格理论1. 晶体结构的特征晶体：由原子、 晶体：由原子、离子或分子在空间按一定规律周期 性地重复排列构成的固体。 性地重复排列构成的固体。

具有规则的几何外形； 具有规则的几何外形； 呈现各向异

性； 呈现各向异性； 具有固定的熔点。 具有固定的熔点。

天然水晶石 天然金刚石

2.晶格理论 晶格理论晶格：几何概念， 晶格：几何概念，是从实际晶体中抽象出来的，用点和线表示晶体周期性结构的规律。 用点和线表示晶体周期性结构的规律。

晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移 无隙地堆砌而成晶体。 无隙地堆砌而成晶体。

晶胞的两个要素： 晶胞的两个要素： 晶胞的大小与形状： 1. 晶胞的大小与形状： 由晶胞参数a, , , 由晶胞参数 ，b,c, 表示， , , α,β,γ表示， a,b,c 表示 ， 为六面体边长， , 为六面体边长， α,β,γ 分别是bc 分别是 ， ca , ab 所组 成的夹角。 成的夹角。

z

cβ a γxα α

by

晶胞参数

晶胞的内容： 2. 晶胞的内容： 粒子的种类， 粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对 位置。 位置。

按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系晶系立方晶系 三方晶系 四方晶系 六方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系

边长a=b=c a=b=c a=b≠c a=b≠c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c

夹角α=β=γ=90 α=β=γ≠90 α=β=γ=90 α=β=90 ,γ=120 , α=β=γ=90 α=γ= 90 ,β≠ 90 , α≠β≠γ≠ 90

晶体实例NaClAl2O 3

SnO 2

SiO2H 2 gCl KClO3

CuSO4 5H2O

按带心型式分类，将七大晶系分为14种 按带心型式分类，将七大晶系分为14种 14 型式。例如，立方晶系分为简单立方、 型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心 立方和面心立方三种型式。 立方和面心立方三种型式。

简单立方

体心立方

面心立方

简单四方

体心四方

简单三斜

简单六方

简单菱形

简单正交

底心正交

体心正交

简单单斜

底心单斜

面心正交

高分子化合物的晶态结构高分子物也有晶态和非晶态， 高分子物也有晶态和非晶态，但是与低分 子物不同的是， 子物不同的是，同一化学结构的高分子物 会因合成条件和加工条件的不同， 会因合成条件和加工条件的不同，形成不 同的晶体，从而导致高分子物性能的差异。 同的晶体，从而导致高分子物性能的差异。 聚对苯二甲酸乙二酯(称聚酯纤维， 如：聚对苯二甲酸乙二酯(称聚酯纤维， 商品名为涤纶，属合成纤维) 商品名为涤纶，属合成纤维)即可做成高 强度低伸长的纤维， 强度低伸长的纤维，也可以做成低强度高 伸长的纤维。 伸长的纤维。

纤维中既含有结晶部分，也含有非晶( 纤维中既含有结晶部分，也含有非晶(无 定形)部分。 定形)部分。纤维的晶态结构是晶区与非晶 区同时存在、不可分割的两相结构。 区同时存在、不可分割的两相结构。 在纤维中， 结晶度：在纤维中，结晶部分

在整个聚集体 中所占的比例。用来衡量结晶的程度。 中所占的比例。用来衡量结晶的程度。 随着结晶度的增高，纤维的强度、硬度、 随着结晶度的增高，纤维的强度、硬度、 尺寸稳定性等提高，而延伸度、吸湿性、 尺寸稳定性等提高，而延伸度、吸湿性、染色 性能等下降。 性能等下降。

11.1.4 晶体类型晶体类型 组成 粒子 原子 离子 原子 离子 分子 粒子间 作用力 金属键 共价键 离子键 分子间 力 物理性质 熔沸点 硬度 熔融导 电性 好 差 好 差 例子

金属晶体 原子晶体 离子晶体 分子晶体

高或低 大或小 高 高 低 大 大 小

Cr,K

SiO 2NaCl 干冰

§11.2 金属晶体Mouse5.ico

11.2.1 金属晶体的结构 11.2.2 金属键理论

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11.2.1

金属晶体结构

金属晶体是金属原子或离子彼此靠金属键 结合而成的。金属键没有饱和性和方向性， 结合而成的。金属键没有饱和性和方向性，最 紧密的堆积形成最稳定的结构。 紧密的堆积形成最稳定的结构。

金属晶体中粒子的排列方式： 金属晶体中粒子的排列方式：六方密堆积(Hexgonal Close Packing); 六方密堆积 ； 面心立方密堆积(Face-centred Cubic Close Packing); 面心立方密堆积 ； 体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。 体心立方堆积 。

六方密堆积： 六方密堆积：在同一层中，每个球周围 同一层中 可排6个球构成密堆积， 可排6个球构成密堆积， 第二层中每个球放入第一 第二层中每个球放入第一 层的三个球所形成的空隙 上， 第三层的球与第一层的球 第三层的球与第一层的球 对齐， 对齐，以ABAB...方式排 方式排 配位数为12, 列，配位数为 ，原子空 间利用率为74%。 间利用率为 。

面心立方密堆积： 面心立方密堆积：与六方密堆积的区别： 与六方密堆积的区别： 第三层与第一层有错 位，以ABCABC...方式 方式 排列，配位数是12, 排列，配位数是 ，空 间利用率是74%。 间利用率是 。