1、第七章第七章固体结构与性质固体结构与性质 第一节第一节 晶体与非晶体晶体与非晶体7-1-1 晶体的特征晶体的特征有一定的几何外形有一定的几何外形食盐食盐 石英石英 方解石方解石非晶体非晶体(无定形体无定形体)没有一定的几何外形没有一定的几何外形 如玻璃、松香、石蜡如玻璃、松香、石蜡微晶体微晶体如碳黑如碳黑有固定的熔点有固定的熔点即晶体在熔化时温度保持不变，直至即晶体在熔化时温度保持不变，直至全部熔化后，温度才开始上升全部熔化后，温度才开始上升。如如 冰的熔点冰的熔点 0非晶体无固定的熔点非晶体无固定的熔点 在加热时，由开始软化到完全熔化在加热时，由开始软化到完全熔化,整整 个过程中温度不断变化
2、个过程中温度不断变化。如如 松香松香 5070软化软化,70以上全部熔化以上全部熔化7-1-1 晶体的特征晶体的特征各向异性各向异性晶体的某些性质，如光学性质、力学晶体的某些性质，如光学性质、力学性质、导热、导电性、机械强度、溶性质、导热、导电性、机械强度、溶解性等在不同方向不同解性等在不同方向不同。如：云母如：云母 可按纹理面方向裂成薄片可按纹理面方向裂成薄片非晶体各向同性非晶体各向同性7-1-1 晶体的特征晶体的特征晶体和非晶体在性质上的差异晶体和非晶体在性质上的差异是两者内部结构不同而造成的是两者内部结构不同而造成的晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同
3、方向按确定的规律重复性地排列，造成晶方向按确定的规律重复性地排列，造成晶体的各向异性体的各向异性。非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的石英晶体石英晶体(晶体晶体)石石英英玻玻璃璃()非非晶晶体体7-1-2 晶体的内部结构晶体的内部结构晶格点阵晶格点阵晶体内部的微粒的排布是晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列定的规律重复性地排列。晶格点阵晶格点阵沿一定沿一定方向按某种规律把结方向按某种规律把结点联接起来的几何图点联接起来的几何图形形。Cl-Cl-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+7-1-
4、2 晶体的内部结构晶体的内部结构晶格点阵晶格点阵结点结点晶格点阵可描述晶体内部晶格点阵可描述晶体内部的结构的结构晶格点阵晶格点阵沿一定方向沿一定方向按某种规律把结点联接起按某种规律把结点联接起来的几何图形来的几何图形晶胞晶胞晶胞晶胞晶格中，能表现其结构一切特征晶格中，能表现其结构一切特征 的最小部分的最小部分黑色球组成的为黑色球组成的为该晶体的晶胞该晶体的晶胞Cl-Cl-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+晶格晶格分为分为7个晶系个晶系14种晶格类型种晶格类型简单立方简单立方 体心立方体心立方 面心立方面心立方简单四方简单四方 体心四方体心四方 简单六方简单六方 简单菱形简单
5、菱形简单正交简单正交 底心正交底心正交 体心正交体心正交 面心正交面心正交简单单斜简单单斜 底心单斜底心单斜 简单三斜简单三斜按晶格结点在按晶格结点在空间的位置分空间的位置分布布,晶格有各晶格有各种形状种形状。7-1-3 单晶体和多晶体单晶体和多晶体由一个晶核各向均匀生长而成由一个晶核各向均匀生长而成,晶体内部的粒子基本上保持其特晶体内部的粒子基本上保持其特有的排列规律。有的排列规律。如单晶冰糖如单晶冰糖、单晶硅单晶硅、宝石宝石、金刚石金刚石晶晶体体单单晶晶体体多多晶晶体体由很多单晶微粒杂乱无规则的聚由很多单晶微粒杂乱无规则的聚结而成的。结而成的。各向异性的特征消失，使整体一各向异性的特征消失
6、，使整体一般不表现各向异性。般不表现各向异性。多数金属和合金都是多晶体多数金属和合金都是多晶体。7-1-4 非晶体物质非晶体物质非晶体物质非晶体物质结构无序的固体物质结构无序的固体物质玻璃体为典型的非晶物质玻璃体为典型的非晶物质氧化物玻璃氧化物玻璃金属玻璃金属玻璃非晶半导体非晶半导体高分子化合物高分子化合物玻璃体物质玻璃体物质在一定条件下，晶体在一定条件下，晶体 非晶体非晶体石英晶体石英晶体 石英玻璃石英玻璃 迅速冷却迅速冷却如如7-1-5 液晶液晶熔点熔点 清亮点清亮点不能流动不能流动 能流动能流动 能流动能流动各向异性各向异性 各向异性各向异性 各向同性各向同性液晶液晶有些有机物质熔化后在
7、一定的温有些有机物质熔化后在一定的温度范围内微粒的分布仍部分地保持着远程度范围内微粒的分布仍部分地保持着远程有序性，因而仍部分地保持各向异性，这有序性，因而仍部分地保持各向异性，这种介于液态和固态之间的各向异性凝聚流种介于液态和固态之间的各向异性凝聚流体即为液晶体即为液晶。第二节第二节 离子晶体及其性质离子晶体及其性质7-1-1 离子晶体的特征和性质离子晶体的特征和性质晶体晶体类型类型结点粒结点粒子种类子种类粒子间粒子间作用力作用力一般性质一般性质物质示例物质示例离子离子晶体晶体阳阳、阴阴离子离子静电静电引力引力熔点较高、熔点较高、略硬略硬、脆脆,熔体熔体、溶液易导电溶液易导电活泼金属活泼金属
8、氧化物、氧化物、盐类盐类NaF Na+、F-硬度硬度22.5,熔点熔点993MgF2Mg2+、F-硬度硬度5,熔点熔点1261F-Na+NaCl晶格7-1-1 离子晶体的特征和性质离子晶体的特征和性质晶体晶体类型类型结点粒结点粒子种类子种类粒子间粒子间作用力作用力一般性质一般性质物质示例物质示例离子离子晶体晶体阳阳、阴阴离子离子静电静电引力引力熔点较高、熔点较高、略硬略硬、脆脆,熔体熔体、溶液易导电溶液易导电活泼金属活泼金属氧化物、氧化物、盐类盐类NaF Na+、F-硬度硬度22.5,熔点熔点993MgF2Mg2+、F-硬度硬度5,熔点熔点1261F-Na+_+_+_+_+_+_+_+_+_+
9、_+_+_+第三节第三节 原子晶体和原子晶体和分子晶体分子晶体7-3-1 原子晶体原子晶体金刚石、单质硅金刚石、单质硅、单质硼、碳化硅单质硼、碳化硅、石英、氮化硼石英、氮化硼熔点高熔点高硬度大硬度大不导电不导电共价键共价键原子原子原子原子晶体晶体物质示例物质示例一般性质一般性质粒子间粒子间作用力作用力结点粒结点粒子种类子种类晶体晶体类型类型实例实例硬度硬度9.5,熔点熔点2700共价键共价键C原子原子Si原子原子金刚砂金刚砂硬度硬度10,熔点熔点3550共价键共价键C原子原子金刚石金刚石 金刚石金刚石 每个每个C原子的四个原子的四个sp3 杂化杂化 与相邻四个与相邻四个C原子以原子以CC (键
10、键)结合形成正四面体结合形成正四面体。7-3-2 分子晶体分子晶体晶体晶体类型类型结点粒结点粒子种类子种类粒子间粒子间作用力作用力一般一般性质性质物质示例物质示例分子分子晶体晶体分子分子分子间力分子间力(氢键氢键)熔点低熔点低硬度小硬度小不导电不导电易挥发易挥发稀有气体稀有气体多数非金属单质多数非金属单质非金属之间化合非金属之间化合物、有机化合物物、有机化合物干冰干冰CO2分子分子分子间力分子间力冰冰 H2O分子分子分子间力分子间力氢键氢键氧原子氧原子碳原子碳原子CO2第四节第四节金属晶体金属晶体 7-4-1 金属晶体的内部结构金属晶体的内部结构晶体晶体类型类型结点粒子结点粒子种类种类粒子间粒
11、子间作用力作用力一般性质一般性质物质物质示例示例金属金属晶体晶体金属原子金属原子金属阳离子金属阳离子金属键金属键熔点、硬度差别大熔点、硬度差别大导电性导电性、导热性导热性、延延展性好展性好,有金属光泽有金属光泽金属金属合金合金CuCu 原子原子Cu 离子离子金属键金属键熔点熔点 Hg-38.87、W 3410 硬度硬度 Na 0.4、Cr 9.0金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧金属单质晶体中，金属原子采取尽可能紧密堆积方式，所以一般金属密度较大密堆积方式，所以一般金属密度较大每个原子被较多的相同原子包围，一般配每个原子被较多的相同原子包围，一般配位数较大位数较大等径圆球的三种密堆积基本构型
12、等径圆球的三种密堆积基本构型ABCAABAABA配位数配位数=12 配位数配位数=12 配位数配位数=8面心立方密堆积面心立方密堆积 六方密堆积体心立方密堆积六方密堆积体心立方密堆积7-4-2 金属键金属键金属键金属键自由电子气把金属阳离子自由电子气把金属阳离子“胶胶 合合”成金属晶体的结合力成金属晶体的结合力含义含义金属原子的电负性和电离能较小，价电子金属原子的电负性和电离能较小，价电子容易脱离原子的束缚，在阳离子之间可以容易脱离原子的束缚，在阳离子之间可以自由运动，形成离域的自由电子气自由运动，形成离域的自由电子气。特征特征:无饱和性和方向性无饱和性和方向性使金属具有良好的导电性、导热性和
13、使金属具有良好的导电性、导热性和延展性延展性第五节混合型晶体第五节混合型晶体和晶体缺陷和晶体缺陷 7-5-1 混合型晶体混合型晶体晶体内同时存在着若干种不同的作用力，晶体内同时存在着若干种不同的作用力，具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体具有若干种晶体的结构和性质，这类晶体称为混合型晶体称为混合型晶体。如石墨如石墨335pm142pmC原子以原子以sp2杂化，键角杂化，键角为为120，形成无数个正，形成无数个正六边形组成的平面，平六边形组成的平面，平面相互平行。面相互平行。每个每个C 原子剩下的一个原子剩下的一个p 电子形成大电子形成大键。键。石墨层与层之间的结合力较弱，各层较易石墨层与层之间
14、的结合力较弱，各层较易滑动，因而可用作铅笔芯和润滑剂滑动，因而可用作铅笔芯和润滑剂。第六节离子极化对第六节离子极化对物质性质影响物质性质影响 有些物质，离子电荷相同，离子半径有些物质，离子电荷相同，离子半径极为相近，性质上差别却很大。如极为相近，性质上差别却很大。如离子电荷离子电荷r+/pm溶解性溶解性NaCl Na+195易溶于水易溶于水CuCl Cu+196难溶于水难溶于水说明影响离子晶体的性质说明影响离子晶体的性质除了离子电荷、离子半径外除了离子电荷、离子半径外，还有离子的电子构型还有离子的电子构型。7-6-1 离子的电子构型离子的电子构型简单阴离子的电子构型简单阴离子的电子构型：ns2
15、np6 8电子构型电子构型阳离子外电子层阳离子外电子层电子分布式电子分布式离子电离子电子构型子构型实例实例1s22(稀有稀有气体型气体型)Li+、Be2+ns2 np68(稀有稀有气体型气体型)Na+、Mg2+Al3+、Sc3+、Ti4+ns2 np6 nd1-9917Cr3+、Mn2+Fe2+、Fe3+、Cu2+ns2 np6 nd1018Ag+、Zn2+、Cd2+Hg2+(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10 ns2 18+2Sn2+、Sb3+、Bi3+7-6-2 离子极化概念离子极化概念离子极化离子极化 +_+_对于孤立的简单离对于孤立的简单离子来说，离子电荷子来说，离子电荷分布基
16、本上是球形分布基本上是球形对称的，离子本身对称的，离子本身的正、负电荷中心的正、负电荷中心重合重合,不存在偶极不存在偶极。电场中，离子的原子电场中，离子的原子核和电子受电场的作核和电子受电场的作用，离子会发生变形用，离子会发生变形,产生诱导偶极，这种产生诱导偶极，这种过程称为离子极化过程称为离子极化。离子极化离子极化离子晶体中离子晶体中,都是带电的粒子都是带电的粒子,本身就会在其本身就会在其周围产生电场周围产生电场,而使周围邻近的离子极化而使周围邻近的离子极化,所所以离子极化现象普遍存在于离子晶体中以离子极化现象普遍存在于离子晶体中。离子晶体中的离子极化是相互极化，即阳离子晶体中的离子极化是相
17、互极化，即阳离子的电场使阴离子极化，同时阴离子的离子的电场使阴离子极化，同时阴离子的电场也使阳离子极化电场也使阳离子极化。离子极化的强度取决于离子极化的强度取决于：离子的极化力、离子的变形性离子的极化力、离子的变形性离子极化力离子极化力离子的极化力是离子本身的电场使周围邻离子的极化力是离子本身的电场使周围邻近离子极化变形能力近离子极化变形能力。离子的电荷越多，半径越小，产生的电场离子的电荷越多，半径越小，产生的电场越强，极化力越强越强，极化力越强。离子电荷相同，半径相近时，离子的电子离子电荷相同，半径相近时，离子的电子构型对极化力的影响构型对极化力的影响：离子电子构型离子电子构型18+2、18
18、、29178极化力极化力实例实例Ag+、Cu+、Hg2+Sn2+、Pb2+、Bi3+Li+、Be2+Cr3+、Fe2+Mn2+、Cu2+Na+、Sc3+Mg2+Al3+离子极化率离子极化率离子在单位电场中被极化离子在单位电场中被极化 所产生的诱导偶极矩所产生的诱导偶极矩(诱导偶极矩诱导偶极矩)=E(电场强度电场强度)离子离子/(10-40Cm2V-1)离子离子/(10-40Cm2V-1)Li+0.034OH1.95Na+0.199F1.16Ca2+0.52Cl4.07B3+0.0033Br5.31Ag+1.91O2-4.32Hg2+1.39S2-11.3E一定时一定时,越大越大,越大越大,即离
19、子变形性越大即离子变形性越大变形性变形性 体积大的阴离子体积大的阴离子半径小半径小、多电荷多电荷 18、18+2构型构型 稀有气体构型稀有气体构型 电荷少的阳离子电荷少的阳离子阳离子阳离子离子极化规律离子极化规律一般来说，一般来说，阳离子由于带正电荷，外电子层电子少，阳离子由于带正电荷，外电子层电子少，所以极化力较强，变形性不大。所以极化力较强，变形性不大。阴离子半径一般较大，外电子层电子多，阴离子半径一般较大，外电子层电子多，所以容易变形，极化力较弱。所以容易变形，极化力较弱。因此，当阳阴离子相互作用时，多数的情因此，当阳阴离子相互作用时，多数的情况下，仅考虑阳离子对阴离子的极化作用况下，仅
20、考虑阳离子对阴离子的极化作用一般规律一般规律A.阴离子半径相同时阴离子半径相同时,阳离子电荷越多阳离子电荷越多,阴阴离子越容易被极化离子越容易被极化,产生的诱导偶极越大产生的诱导偶极越大。B.阳离子电荷相同时阳离子电荷相同时,阳离子半径越大阳离子半径越大,阴离阴离子被极化的程度越小子被极化的程度越小,产生的诱导偶极越小产生的诱导偶极越小。C.阳离子电荷相同阳离子电荷相同,半径大小相近时半径大小相近时,阴离子阴离子越大越大,越容易被极化越容易被极化,产生的诱导偶极越大产生的诱导偶极越大。B+-+-+-+C-+-+-+离子的附加极化作用离子的附加极化作用当阳离子易变形时，除要考虑阳离子对阴当阳离子
21、易变形时，除要考虑阳离子对阴离子的极化作用外，还需考虑阴离子对阳离子的极化作用外，还需考虑阴离子对阳 离子的附加极化作用离子的附加极化作用。阳离子的诱导偶极加强对阴离阳离子的诱导偶极加强对阴离子的极化作用，使阴离子的诱子的极化作用，使阴离子的诱导偶极增大导偶极增大。阴离子被极化产生的诱导偶极阴离子被极化产生的诱导偶极使阳离子变形使阳离子变形,产生诱导偶极产生诱导偶极。阳离子产生的诱导偶极加强了对阴离子的阳离子产生的诱导偶极加强了对阴离子的极化作用，使阴离子的诱导偶极增大，这极化作用，使阴离子的诱导偶极增大，这种效应叫做附加极化作用种效应叫做附加极化作用。7-6-3 离子极化对物质结构和性质的影
22、响离子极化对物质结构和性质的影响离子极化对键型的影响离子极化对键型的影响离子相互极化作用加强离子相互极化作用加强键的极性减小键的极性减小极化力强极化力强、变形性大的阳离子变形性大的阳离子变形性大的阴离子变形性大的阴离子相互接触时相互接触时阳、阴离子相互极化作用显著，致使阳、阳、阴离子相互极化作用显著，致使阳、阴离子外层轨道发生重叠，使离子键过渡阴离子外层轨道发生重叠，使离子键过渡到共价键到共价键。离子极化对键型的影响离子极化对键型的影响卤化银卤化银AgFAgCl AgBrAgI卤素离子半径卤素离子半径/pm136181195216阳阳、阴离子半径和阴离子半径和/pm262307321342实测
23、键长实测键长/pm246277288299键型键型离子键离子键过渡键型过渡键型共价键共价键X-半径增大，变形性增大半径增大，变形性增大与与Ag+相互极化作用增强相互极化作用增强,键的极性减弱键的极性减弱。Ag+为为18电子构型，极化力强、变形性大电子构型，极化力强、变形性大离子极化对晶体构型的影响离子极化对晶体构型的影响A.晶体中的离子在其平衡位置附近不断振动晶体中的离子在其平衡位置附近不断振动。B.当离子偏向异电荷离子时，产生诱导偶极当离子偏向异电荷离子时，产生诱导偶极,若阳若阳离子极化力不强、阴离子变形性不大时离子极化力不强、阴离子变形性不大时,在热运在热运动作用下，又返回原位置动作用下，
24、又返回原位置。A B CC.若阳离子极化力强、阴离子变形性大时若阳离子极化力强、阴离子变形性大时,诱导偶诱导偶极产生的附加引力极产生的附加引力,破坏了原有振动破坏了原有振动,缩短了离子缩短了离子间距离间距离,使晶体向配位数减小的晶体构型转变使晶体向配位数减小的晶体构型转变。离子极化对晶体构型的影响离子极化对晶体构型的影响卤化银卤化银AgClAgBrAgIr+/r-值值0.6960.6460.583理论晶体构型理论晶体构型NaCl型型NaCl型型NaCl型型实际晶体构型实际晶体构型NaCl型型NaCl型型ZnS型型配位数配位数4离子极化对物质性质的影响离子极化对物质性质的影响卤化物卤化物NaClCuClM+离子电荷离子电荷+1+1r+/pm9596M+离子电子构型离子电子构型818M+的极化力的极化力小小大大溶解度溶解度易溶于水易溶于水难溶于水难溶于水
