《液态与固态》PPT课件.ppt

1,第六章 液态与固态,构成物质的分子的聚合状态称为物质的聚集态，简称物态。,凝聚态：液态、固态,（外加：等离子态与超密态）,2,3,6.1 固体,一、引言,固体物质的主要特征是它保持自己一定的体积（与气态不同）和一定形状（与液态不同）的能力。,固体材料的应用：,原子能技术,宇航技术,无线电技术,日常生活和工农业生产,4,5,6,7,图116 东方红一号卫星,(1970.4.24),8,国际空间站,9,10,11,12,超导体(线),13,核磁共振,14,钻石的原子,隧道电子显微镜:铁原子在铜表面,15,对固体材料的内部结构，以及对其中的电子、原子的各种运动规律的研究已经发展成一门独立的综合性的学科-固体物理学。,固体物理学,凝聚态物理学,手段：,X射线衍射中子衍射扫描电子显微镜(SEM)透射电子显微镜(TEM)原子力显微镜电磁性质的测定等,16,二、晶体与非晶体,17,（一）、晶体的宏观性质,1、晶体具有规则的几何外形,晶面角守恒定律：晶体规则外形体现在属于同一晶种的两个对应晶面间或两晶棱间夹角均恒定不变。,晶面的交线称为晶棱，晶棱汇集点称为顶点。,2、晶体具有各向异性特征,3、晶体有固定的熔点和溶解热,18,（二）、单晶体和多晶体,单晶体：在整块晶体中沿各个方向晶体结构周期性 地、完整地重复。,多晶体：微晶粒之间结晶排列方向杂乱无章。,单晶体或多晶体：只要由同种材料制成，它在给定 压强下的熔点、溶解热是确定。这是鉴别 晶体、非晶体的最简单的方法。,19,三、晶体的微观结构和对称性,（一）晶体的微观结构,1912年 德国 物理学家 Laue(1879-1960)x射线 证实晶体内部粒子 呈规则排列，1914年获得诺贝尔物理奖,结点：表示晶体粒子质心所在位置的这些点称为结点。,结点的总体称为空间点阵。,平移周期,原胞：取一结点为顶点，其边长等于平移周期的平行六面体作为基本单元这样的基本单元称为原胞,原胞各边的尺寸称为点阵常数。,20,21,最简单的四种：,面心立方点阵（fcc）;体心立方点阵（bcc）；六方密堆积点阵（hcc）；简立方点阵。,14种空间点阵,22,（二）、晶体的对称性及对称操作,对称性是物质的状态和运动规律在对称性操纵下的性质。,若将几何图形经过适当变换（如：旋转、平移、镜面反射、反演或这些对称操作的组合），其图形完全复原，则该图形即具有相应的对称性。,（三）、长程有序与短程有序,23,四、晶体的结合键,晶体结合力也称为化学键，在键形成时所放出的能量称为结合能。,1、离子键,离子键相互结合的单位不是原子而是离子。它们之间的结合依靠离子间库仑相互作用。,离子晶体是由正、负离子构成的一个整体，是由正、负离子排列形成的空间点阵，这样的结合是最紧密的。,如：NaCl,特点：硬度较高、有透明感、呈非金属光泽，熔点很高，在熔体中呈离子导电。,24,2、共价键（又称原子键）,当形成键的粒子（原子）的一方或双方的电子为非满壳层结构时，两粒子间产生电子交换作用致使形成电子对，这样所形成的化学键称为共价键。,共价键,定向性：指原子只能在特定的方向上形成共价键。,饱和性：是指一个原子只能形成一定数目的共价键。,由共价键组成的晶体称为原子晶体。,如：金刚石,特点：共价键的作用很强，所以原子晶体强度大、熔点高、升华热高、导电性低、挥发性低。,25,在冰和氟化氢等晶体中，具有单个共价键的一个氢原子与吸引电子能力很强的氧或氟等元素结合成共价键时，其电子云被氧或氟强烈吸引，其共有电子强烈地偏向氧或氟，这种共价键的离子性特别强，以致使氢原子称为裸露的质子。这时，这个半径很小、带部分正电荷的裸露氢离子除与氧或氟结合外，还可以与另一个极性离子相结合，这种结合键称为氢键。,4、范德瓦耳斯键（分子键）,外层电子已饱和的原子（如：氩、氖等）和分子（如：HCl、CO、O2等）在低温下组成晶体时，粒子间有一定的来自分子性偶极子的电相互作用，也有与两分子（或原子）中电子瞬时位置有关的吸引力，这种很微弱的结合力称为范德瓦耳斯键。,3、氢键,26,由范德瓦耳斯键作用组成的晶体称为分子晶体,特点：硬度小、熔点低、容易挥发。,5、金属键,金属晶体可以认为是被浸没在公有化价电子云背景中的正离子实。,特点：具有高熔点、高硬度、良好的导电性和导热性等。,27,五、晶体的热学性质,1、升华热,摩尔升华热是把一摩尔固体物质变为气态所吸收的热量。,热量=克服化学键作用而作功+体积膨胀而作功,对于分子晶体，其摩尔升华热 ls,m就等于晶体的摩尔结合能.,28,2、固体的热容,能均分定理：,NA个原子所组成的多原子分子气体内能,固体：无平动和转动自由度,1摩尔,29,称为杜隆-珀替定律,3、固体的热传导,若晶体的温度不均匀，则由于振动的相互关联，在温度高处振幅较大的粒子的能量要传递给邻近温度较低、振幅较小的粒子，使振幅发生变化，能量就依次地从高温端传递到低温端。,30,4、固体的热膨胀,实验表明，通常固体的线度及体积均随温度的升高而增加，这就是热膨胀现象。,线胀系数的定义,31,体胀系数的定义,对各向同性的固体,32,六、晶体的力学性质,（一）、固体中的应力与应变,1、拉伸、切变与横向收缩,33,2、线应力与线应变曲线,P点比例极限,Q点弹性极限,R 点强度极限,3、理想的应力应变曲线,34,（二）、晶体弹性的微观解释,（三）、热应变、应力集中、疲劳,35,七、晶体中的缺陷、扩散及气体吸收,1、晶体的缺陷,面缺陷：晶界,线缺陷（位错）,范性形变与位错,点缺陷：空位与填隙原子,36,2、晶体中的扩散,3、晶体对气体的吸收、储氢材料,37,6.2 液 体,一、液体的微观结构,1、液体的短程结构,液体具有短程有序、长程无序的特点。,线度：几个分子直径线度,液体在小范围内出现”半晶体状态“的微观结构。,2、液体分子的热运动,3、非晶态固体与液体,38,二、液体的切体性质,1、热传导,2、热容,3、扩散,Ed为液体扩散的激活能,4、黏性,39,三、水的结构与物理性质,1、水的结构,2、水的反常膨胀,40 C时水的密度最大,3、水的其它物理性质,水有很高摩尔热容,冰的溶解热较低 升华热又较高,水的汽化热很高,水的黏度和表面张力系数较大,水是应用最广的极性溶剂,水对红外光的吸收能力特别强,水是生命之源,40,6.3 液体的表面现象,一、表面张力与表面能,1、表面张力,表面张力是作用于液体表面是的使液体具有收缩倾向的一种力。,2、表面能与表面张力系数,41,3、负表面能,4、表面张力系数与温度的关系,实验发现：液体的表面张力系数与液体的表面积的大小无关，而仅是温度的函数，表面张力随着温度的升高而降低。,42,二、表面活性剂,能使明显变小的物质称为表面活性物质,若一种物质甲能显著地降低另一种物质乙的表面张力，就说甲对乙具有表面活性。,三、弯曲液面附加压强,43,这是拉普拉斯公式,弹性曲面的附加压强：,44,四、润湿与不润湿 毛细现象,（一）、润湿与不润湿,例如：水+玻璃 水+涂有油脂的玻璃,附着力,附着层,内聚力,接触角,45,（二）、毛细现象,46,6.3 液 晶,观看视频,47,