天津大学无机化学ppt课件第七章固体的结构与性质.ppt
2022/12/27,无机化学,体,第七章 固体结构与性质,第一节 晶体与非晶体,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,7-1-1 晶体的特征,食盐 石英 方解石,非晶体(无定形体)没有一定的几何外形 如玻璃、松香、石蜡,微晶体如碳黑,2022/12/27,无机化学,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。,如 冰的熔点 0,非晶体无固定的熔点 在加热时，由开始软化到完全熔化, 整 个过程中温度不断变化。 如 松香 5070软化,70以上全部熔化,7-1-1 晶体的特征,2022/12/27,无机化学,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 解性等在不同方向不同。,如：云母 可按纹理面方向裂成薄片,非晶体各向同性,7-1-1 晶体的特征,2022/12/27,无机化学,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,晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列，造成晶体的各向异性。,非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的,2022/12/27,无机化学,7-1-2 晶体的内部结构,晶格点阵,晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列。,晶格点阵沿一定方向按某种规律把结点联接起来的几何图形。,2022/12/27,无机化学,7-1-2 晶体的内部结构,晶格点阵,结点,晶格点阵可描述晶体内部的结构,晶格点阵沿一定方向按某种规律把结点联接起来的几何图形,2022/12/27,无机化学,晶胞,晶胞晶格中，能表现其结构一切特征 的最小部分,黑色球组成的为 该晶体的晶胞,2022/12/27,无机化学,晶格,分为7个晶系 14种晶格类型,简单立方 体心立方 面心立方,简单四方 体心四方 简单六方 简单菱形,简单正交 底心正交 体心正交 面心正交,简单单斜 底心单斜 简单三斜,按晶格结点在空间的位置分布, 晶格有各种形状。,2022/12/27,无机化学,7-1-3 单晶体和多晶体,2022/12/27,无机化学,7-1-4 非晶体物质,非晶体物质结构无序的固体物质,玻璃体为典型的非晶物质,2022/12/27,无机化学,7-1-5 液晶,不能流动 能流动 能流动 各向异性 各向异性 各向同性,液晶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体即为液晶。,2022/12/27,无机化学,第一节 结束,第七章 固体结构与性质,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,第七章 固体结构与性质,第二节 离子晶体及其性质,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,7-1-1 离子晶体的特征和性质,2022/12/27,无机化学,7-2-2 离子晶体中最简单的结构类型,AB型：NaCl型、 CsCl型、立方ZnS型,NaCl型,2022/12/27,无机化学,晶胞类型：简单立方,阳离子配位数：8 阴离子配位数：8,例TlCl、CsBr、CsI,CsCl型,Cl-,Cs+,2022/12/27,无机化学,晶胞：正立方形,阳离子配位数：8 阴离子配位数：8,例TlCl、CsBr、CsI,CsCl型,Cl-,Cs+,外界条件变化时，晶体类型也能改变 如CsCl 常温下CsCl型 高温下 NaCl型 同质多晶现象： 化学组成相同而晶体构型不同的现象,2022/12/27,无机化学,7-2-3 离子晶体的稳定性,晶格能标准态下，拆开1mol离子晶体 变为气态离子所需吸收的能量,离子晶体的晶格能,786 kJmol-1,晶格能越大，离子晶体越稳定。,2022/12/27,无机化学,离子晶体的稳定性,2022/12/27,无机化学,晶格能的计算,H 6,H 1 = S = 108.8 kJmol1 ，Na ( s ) 的升华热S ； H 2 = 1/2 D = 119.7 kJmol1 ，Cl 2 ( g ) 的离解能 D 的一半；,H 5,+,波恩-哈勃循环,2022/12/27,无机化学,H 6,H 3 = I1 = 496 kJmol1 ，Na的第一电离能 I 1 ； H 4 = -E = -348.7 kJmol1，Cl 的电子亲合能 E 的相反数；,H 5 = U = ? ， NaCl 的晶格能 U 的相反数；,2022/12/27,无机化学,H 6 = f Hm = - 410.9 kJmol1 ，NaCl的标准生成热。,由盖斯定律 H 6 = H 1 + H2 + H 3 + H 4 + H 5 所以 H 5 = H 6 ( H1 + H 2 + H 3 + H 4 ) 即 U = H1 + H 2 + H 3 + H 4 H 6 = S + 1/2 D + I1 E f Hm,U = 108.8 + 119.7 + 496 - 348.7 + 410.9 = 786.7 (kJmol-1),2022/12/27,无机化学,利用盖斯定律，也可以计算 NaCl 的离子键的键能。,2022/12/27,无机化学,第二节 结束,第七章 固体结构与性质,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,第七章 固体结构与性质,第三节 原子晶体和分子晶体,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,7-3-1 原子晶体,金刚石、单质硅、单质硼、碳化硅、石英、氮化硼,熔点高 硬度大 不导电,共价键,原子,原子 晶体,物质示例,一般性质,粒子间作用力,结点粒子种类,晶体 类型,2022/12/27,无机化学,7-3-2 分子晶体,2022/12/27,无机化学,第三节 结束,第七章 固体结构与性质,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,第七章 固体结构与性质,第四节 金属晶体,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,7-4-1 金属晶体的内部结构,2022/12/27,无机化学,ABCA,ABA,ABA,配位数=12 配位数=12 配位数=8,面心立方密堆积 六方密堆积体心立方密堆积,2022/12/27,无机化学,7-4-2 金属键,金属键自由电子气把金属阳离子“胶 合”成金属晶体的结合力,2022/12/27,无机化学,7-4-3 金属的能带理论,应用分子轨道理论研究金属晶体中原子间的结合力，逐渐发展成金属键的能带理论。,2022/12/27,无机化学,能带概念,假如一块锂金属有n个原子组成，n个2s 原子轨道组成n个分子轨道，这n个分子 轨道的能级非常接近，几乎形成能量连 续的能带。,能带由n条能级相同的原子轨道组成 能量几乎连续的n条分子轨道,2s 能带由2s 原子轨道组成的能带,2022/12/27,无机化学,如Li 1s22s1 1s分子轨道能带,按能带的能级和电子在能带中的分布不同， 能带有多种：满带，导带和禁带,能带种类,2022/12/27,无机化学,导带：未充满电子的能带,如Li 1s22s1 2s分子轨道能带,有空的分子轨道存在，在这种能带的电子， 只要吸收微小的能量，就能跃迁到带内能 量稍高的空轨道上运动，从而使金属具有 导电、导热作用。,2022/12/27,无机化学,如 Li 1s22s1 1s能带和2s能带之间的间隙,禁带是电子的禁区, 电子是不能在此停留的。,若禁带不太宽, 电子获能量可从满带越过禁 带跃迁到导带; 若禁带太宽, 跃迁难以进行。,2022/12/27,无机化学,能带的重叠,金属的紧密堆积结构 使金属原子核间距一般都很小， 使形成的能带之间的间隙一般也都很小， 甚至会出现重叠现象,2022/12/27,无机化学,能带理论可解释金属的某些物理性质,导体:在外电场下，导带中的电子在能带中做定向运动，形成电流而导电,绝缘体:电子都在满带上，且禁带较宽，难以跃迁, 不能导电,半导体: 禁带较窄, 满带中的电子易被激发,越过禁带到导带上，增加导电能力。,2022/12/27,无机化学,能带理论可解释金属的某些物理性质,光照时，导带中的电子可吸收光能跃迁到能量较高的能带上，当电子返回时把吸收的能量又发射出来，使金属具有金属光泽。,2022/12/27,无机化学,能带理论可解释金属的某些物理性质,局部加热时，电子运动和核的振动，可进行传热，使金属具有导热性。,2022/12/27,无机化学,能带理论可解释金属的某些物理性质,受力作用时, 原子在导带中自由电子的润滑下, 可以相互滑动,而能带并不 被破坏。,2022/12/27,无机化学,第四节 结束,第七章 固体结构与性质,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,第七章 固体结构与性质,第五节 混合型晶体和晶体缺陷,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,7-5-1 混合型晶体,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，这类晶体称为混合型晶体。,如石墨,C原子以sp2杂化，键角为120，形成无数个正六边形组成的平面，平面相互平行。 每个C 原子剩下的一个p 电子形成大键。,石墨层与层之间的结合力较弱，各层较易 滑动，因而可用作铅笔芯和润滑剂。,2022/12/27,无机化学,7-5-2实际晶体的缺陷及其影响,如果晶体内部每个粒子的排列完全符合其排列规律，称其为理想晶体。但实际上是不可能形成的，形成时在内部结构上总会出现这样那样的缺陷。,2022/12/27,无机化学,晶体点缺陷的基本类型： 空穴缺陷、置换缺陷、间充缺陷,间充,置换,空穴,2022/12/27,无机化学,晶体中的缺陷对晶体的物理性质、 化学性质产生一定的影响。,如纯铁中加入少量C或某些金属， 可制得各种性能的优质合金钢,纯锗中加入微量Ga或As， 可强化其半导体性能,2022/12/27,无机化学,7-5-3 实际晶体的键型变异,实际晶体中, 各结点粒子间的结合力, 只有少 数属于纯粹离子键、共价键、金属键或分子间 力。多数晶体属于混合键型或过渡键型。,离子键,金属键,共价键,键型过渡现象又称键型变异,2022/12/27,无机化学,第五节 结束,第七章 固体结构与性质,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,第七章 固体结构与性质,第六节 离子极化对物质性质影响,无机化学多媒体电子教案,2022/12/27,无机化学,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,说明影响离子晶体的性质 除了离子电荷、离子半径外， 还有离子的电子构型。,2022/12/27,无机化学,7-6-1 离子的电子构型,简单阴离子的电子构型：ns2np6 8电子构型,2022/12/27,无机化学,7-6-2 离子极化概念,离子极化,对于孤立的简单离子来说，离子电荷分布基本上是球形对称的，离子本身的正、负电荷中心重合, 不存在偶极。,电场中，离子的原子核和电子受电场的作用，离子会发生变形, 产生诱导偶极，这种过程称为离子极化。,2022/12/27,无机化学,离子极化,离子晶体中,都是带电的粒子,本身就会在其 周围产生电场,而使周围邻近的离子极化,所 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 离子的电场使阴离子极化，同时阴离子的 电场也使阳离子极化。,离子极化的强度取决于： 离子的极化力、离子的变形性,2022/12/27,无机化学,离子极化力,2022/12/27,无机化学,E一定时,越大,越大,即离子变形性越大,2022/12/27,无机化学,离子极化规律,2022/12/27,无机化学,A.阴离子半径相同时, 阳离子电荷越多, 阴离子越容易被极化, 产生的诱导偶极越大。,B.阳离子电荷相同时,阳离子半径越大,阴离子被极化的程度越小,产生的诱导偶极越小。,C.阳离子电荷相同,半径大小相近时, 阴离子越大, 越容易被极化, 产生的诱导偶极越大。,2022/12/27,无机化学,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 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 。,阳离子的诱导偶极加强对阴离子的极化作用，使阴离子的诱导偶极增大。,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，这种效应叫做附加极化作用。,2022/12/27,无机化学,7-6-3 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,2022/12/27,无机化学,离子极化对键型的影响,Ag+为18电子构型，极化力强、变形性大,2022/12/27,无机化学,离子极化对晶体构型的影响,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,若阳离子极化力不强、阴离子变形性不大时, 在热运动作用下，又返回原位置。,A B C,C. 若阳离子极化力强、阴离子变形性大时,诱导偶极产生的附加引力, 破坏了原有振动,缩短了离子间距离,使晶体向配位数减小的晶体构型转变。,2022/12/27,无机化学,离子极化对晶体构型的影响,2022/12/27,无机化学,离子极化对物质性质的影响,2022/12/27,无机化学,第六节 结束,第七章 固体结构与性质,无机化学多媒体电子教案,
