3晶体结构.

第二节离子晶体及其性质第三章晶体结构与性质第一节离子键、离子晶体及其性质7-2-1晶体的特征3-1-1离子的性质离子电荷离子的电子组态（2s22p6，3d10）会影响离子的变形能力离子半径r+r-7-2-1晶体的特征3-1-2离子键离子键：由正负离子之间的静电引力而形成的化学结合力。离子键本质是静电作用力，无方向性，无饱和性rQQkVrQQkF积分得到2离子键的强度：电荷高、半径小。7-2-1晶体的特征3-1-3离子晶体的特征和性质晶体类型结点粒子种类粒子间作用力一般性质物质示例离子晶体阳、阴离子静电引力熔点较高、略硬、脆,熔体、溶液易导电活泼金属氧化物、盐类NaFNa+、F-硬度2~2.5,熔点993℃MgF2Mg2+、F-硬度5,熔点1261℃F-Na+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+_+7-2-2离子晶体中最简单的结构类型3-1-4离子晶体中最简单的结构类型Cl-Na+AB型：NaCl型、CsCl型、立方ZnS型晶格类型:面心立方阳离子配位数：6阴离子配位数：6例KI、LiF、NaBr、MgO、CaSNaCl型晶胞类型：简单立方阳离子配位数：8阴离子配位数：8例TlCl、CsBr、CsICsCl型晶类型胞：面心立方阳离子配位数：4阴离子配位数：4例BeO、ZnSeCl-Cs+ZnS型S2-Zn2+7-2-3离子晶体稳定性3-1-5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NaCl(s)Na+(g)+Cl-(g)298.15℃标准态Ｕ＝786kJ·mol-1晶格能越大，离子晶体越稳定，相应的离子键也越强。晶格能的计算以NaCl为例：许多对Na+和Cl-离子互相结合成NaCl晶体点阵时的情况：20000016128624(1)(......)2345UNZZenrrrrrA叫马德隆常数，它是一个无量纲的结构特性常数，它只决定于晶体点阵的几何因素，而与离子的半径和电荷无关128624(6......)2345A晶格能的测量(g)Br212气化热键能21)s(K)l(Br212KBr(s)+fHm△rHm,3△rHm,4△K(g)(g)K++升华焓电离能rHm,1△rHm,2△Br(g)电子亲和能rHm,5△(g)BrUrHm,6△Born-Haber循环K(g)(g)K++升华焓电离能rHm,1△rHm,2△Br(g)电子亲和能rHm,5△(g)BrUrHm,6△K(g)(g)K++升华焓电离能rHm,1△rHm,2△Br(g)电子亲和能rHm,5△(g)BrUrHm,6△K(g)(g)K++升华焓电离能rHm,1△rHm,2△Br(g)电子亲和能rHm,5△(g)BrU晶格能rHm,6△离子晶体的稳定性NaCl型NaINaClNaBrNaFBaOSrOCaOMgO离子电荷11112222核间距/pm318294279231277257240210晶格能kJ·mol-17047477859233054322334013791熔点/℃6617478019931918243026142852硬度(金刚石=10)－－2.52~2.53.33.54.55.5电荷相同，核间距越小，晶格能越大。离子电荷数越多，晶格能越大。晶格能越大，熔点越高，硬度越大。第二节离子晶体及其性质第三章晶体结构与性质第二节金属键、金属晶体及其性质7-4-2金属键3-2-1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。含义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，在阳离子之间可以自由运动，形成离域的自由电子气。特征:无饱和性和方向性使金属具有良好的导电性、导热性和延展性7-4-3金属的能带理论3-2-1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。把一块金属看作一个大分子，用分子轨道理论来描述金属晶体内电子的运动状态。假定原子核位于金属晶体的晶格结点上，构成一个联合核势场，电子分布在分子轨道内，而价电子作为自由电子(即离域电子)，可在晶体内金属原子间运动，不属于任何一个原子。金属晶体块的大分子概念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。如Li1s22s11s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。能带种类满带：充满电子的低能量能带导带禁带满带n个2sn个1s半满满能量原子轨道能带电子充填情况导带禁带满带n个2sn个1s半满满能量原子轨道能带电子充填情况如Li1s22s12s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。导带：未充满电子的能带导带禁带满带n个2sn个2s半满满能量原子轨道能带电子充填情况如Li1s22s11s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。禁带：相邻的能带间的间隙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。能带理论可解释金属的某些物理性质导电能量导带禁带满带导体绝缘体半导体导体: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。能带理论可解释金属的某些物理性质金属光泽能量导带禁带满带导体绝缘体半导体光照时，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，使金属具有光泽。能带理论可解释金属的某些物理性质导热性能量导带禁带满带导体绝缘体半导体局部加热时，电子运动和核的振动，可进行传热，使金属具有导热性。能带理论可解释金属的某些物理性质延展性能量导带禁带满带导体绝缘体半导体受力作用时，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。7-4-1金属晶体的内部结构3-2-2金属晶体的内部结构晶体类型结点粒子种类粒子间作用力一般性质物质示例金属晶体金属原子金属阳离子金属键熔点、硬度差别大导电性、导热性、延展性好,有金属光泽金属合金CuCu原子Cu+离子金属键熔点Hg-38.87℃、W3410℃硬度Na0.4、Cr9.0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。每个原子被较多的相同原子包围，一般配位数较大。等径圆球的三种密堆积基本构型ABCAABAABA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第三节原子晶体和分子晶体第三章晶体结构与性质第三节原子晶体和分子晶体7-3-1原子晶体3-3-1原子晶体晶体类型结点粒子种类粒子间作用力一般性质物质示例原子晶体原子共价键熔点高硬度大不导电金刚石、单质硅、单质硼、碳化硅、石英、氮化硼实例金刚石C原子共价键硬度10,熔点3550℃金刚砂C原子Si原子共价键硬度9.5,熔点2700℃7-3-1原子晶体3-3-1原子晶体晶体类型结点粒子种类粒子间作用力一般性质物质示例原子晶体原子共价键熔点高硬度大不导电金刚石、单质硅、单质硼、碳化硅、石英、氮化硼实例金刚石C原子共价键硬度10,熔点3550℃金刚砂C原子Si原子共价键硬度9.5,熔点2700℃金刚石每个C原子以sp3杂化与相邻四个C原子以C-C(σ键)结合形成正四面体7-3-２分子晶体3-3-2分子晶体晶体类型结点粒子种类粒子间作用力一般性质物质示例分子晶体分子分子间力(氢键)熔点低硬度小不导电易挥发稀有气体多数非金属单质非金属之间化合物、有机化合物干冰CO2分子分子间力冰H2O分子分子间力氢键氧原子碳原子第六节离子极化对物质性质影响第三章晶体结构与性质第四节离子极化与键型过渡有些物质，离子电荷相同，离子半径极为相近，性质上差别却很大。如离子电荷r+/pm溶解性NaClNa++195易溶于水CuClCu++196难溶于水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。7-6-1离子的电子构型3-4-1离子的电子构型简单阴离子的电子构型：ns2np68电子构型阳离子外电子层电子分布式离子电子构型实例1s22(稀有气体型)Li+、Be2+ns2np68(稀有气体型)Na+、Mg2+Al3+、Sc3+、Ti4+ns2np6nd1-99~17Cr3+、Mn2+Fe2+、Fe3+、Cu2+ns2np6nd1018Ag+、Zn2+、Cd2+Hg2+(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns218+2Sn2+、Sb3+、Bi3+7-6-2离子极化概念3-4-2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。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。离子极化力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。离子的电荷越多，半径越小，产生的电场越强，极化力越强。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：离子电子构型18+2、18、29~178实例Ag+、Cu+、Hg2+Sn2+、Pb2+、Bi3+Li+、Be2+Cr3+、Fe2+Mn2+、Cu2+Na+、Sc3+Mg2+Al3+离子极化率——离子在单位电场中被极化所产生的诱导偶极矩μ(诱导偶极矩)α=E(电场强度)离子α/(10-40C·m2·V-1)离子α/(10-40C·m2·V-1)Li+0.034OH－1.95Na+0.199F－1.16Ca2+0.52Cl－4.07B3+0.0033Br－5.31Ag+1.91O2-4.32Hg2+1.39S2-11.3E一定时,μ越大,α越大,即离子变形性越大。变形性体积大的阴离子半径小、多电荷18、18+2构型稀有气体构型电荷少的阳离子阳离子离子极化规律一般来说，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。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。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。一般规律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。B+++-+-+-++2+3+-+-+-+AC-+-+-++++7-6-3离子极化对物质结构和性质的影响3-4-3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离子相互极化作用加强键的极性减小极化力强、变形性大的阳离子变形性大的阴离子相互接触时阳、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，使离子键过渡到共价键。离子极化对键型的影响卤化银AgFAgClAgBrAgI卤素离子半径/pm136181195216阳、阴离子半径和/pm262307321342实测键长/pm246277288299键型离子键过渡键型共价键X-半径增大，变形性增大与Ag+相互极化作用增强，键的极性减弱。Ag+为18电子构型，极化力强、变形性大。离子极化对物质性质的影响卤化物NaClCuClM+离子电荷+1+1r