《天津大學(xué)無機(jī)化學(xué)ppt課件第七章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì).ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《天津大學(xué)無機(jī)化學(xué)ppt課件第七章固體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì).ppt（67頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、2021/12/19,無機(jī)化學(xué),體,第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第一節(jié) 晶體與非晶體,無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-1 晶體的特征,食鹽 石英 方解石,非晶體(無定形體)沒有一定的幾何外形 如玻璃、松香、石蠟,微晶體如碳黑,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),即晶體在熔化時溫度保持不變，直至 全部熔化后，溫度才開始上升。,如 冰的熔點 0,非晶體無固定的熔點 在加熱時，由開始軟化到完全熔化, 整 個過程中溫度不斷變化。 如 松香 5070軟化,70以上全部熔化,7-1-1 晶體的特征,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶體的某些性質(zhì)，如光學(xué)性質(zhì)、力學(xué) 性質(zhì)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性

2、、機(jī)械強(qiáng)度、溶 解性等在不同方向不同。,如：云母 可按紋理面方向裂成薄片,非晶體各向同性,7-1-1 晶體的特征,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶體和非晶體在性質(zhì)上的差異 是兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同而造成的,晶體內(nèi)部的微粒的排布是有序的，在不同方向按確定的規(guī)律重復(fù)性地排列，造成晶體的各向異性。,非晶體內(nèi)部微粒的排列是無序的、不規(guī)律的,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-2 晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),晶格點陣,晶體內(nèi)部的微粒的排布是有序的，在不同方向按確定的規(guī)律重復(fù)性地排列。,晶格點陣沿一定方向按某種規(guī)律把結(jié)點聯(lián)接起來的幾何圖形。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-2 晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),晶格點陣,結(jié)點,

3、晶格點陣可描述晶體內(nèi)部的結(jié)構(gòu),晶格點陣沿一定方向按某種規(guī)律把結(jié)點聯(lián)接起來的幾何圖形,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶胞,晶胞晶格中，能表現(xiàn)其結(jié)構(gòu)一切特征 的最小部分,黑色球組成的為 該晶體的晶胞,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶格,分為7個晶系 14種晶格類型,簡單立方 體心立方 面心立方,簡單四方 體心四方 簡單六方 簡單菱形,簡單正交 底心正交 體心正交 面心正交,簡單單斜 底心單斜 簡單三斜,按晶格結(jié)點在空間的位置分布, 晶格有各種形狀。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-3 單晶體和多晶體,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-4 非晶體物質(zhì),非晶體物質(zhì)結(jié)構(gòu)無序的固體物質(zhì),

4、玻璃體為典型的非晶物質(zhì),2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-5 液晶,不能流動 能流動 能流動 各向異性 各向異性 各向同性,液晶有些有機(jī)物質(zhì)熔化后在一定的溫度范圍內(nèi)微粒的分布仍部分地保持著遠(yuǎn)程有序性，因而仍部分地保持各向異性，這種介于液態(tài)和固態(tài)之間的各向異性凝聚流體即為液晶。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第一節(jié) 結(jié)束,第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第二節(jié) 離子晶體及其性質(zhì),無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-1-1 離子晶體的特征和性質(zhì),2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-2-2 離子晶

5、體中最簡單的結(jié)構(gòu)類型,AB型：NaCl型、 CsCl型、立方ZnS型,NaCl型,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶胞類型：簡單立方,陽離子配位數(shù)：8 陰離子配位數(shù)：8,例TlCl、CsBr、CsI,CsCl型,Cl-,Cs+,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶胞：正立方形,陽離子配位數(shù)：8 陰離子配位數(shù)：8,例TlCl、CsBr、CsI,CsCl型,Cl-,Cs+,外界條件變化時，晶體類型也能改變 如CsCl 常溫下CsCl型 高溫下 NaCl型 同質(zhì)多晶現(xiàn)象： 化學(xué)組成相同而晶體構(gòu)型不同的現(xiàn)象,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-2-3 離子晶體的穩(wěn)定性,晶格能標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，拆開1mol離子晶

6、體 變?yōu)闅鈶B(tài)離子所需吸收的能量,離子晶體的晶格能,786 kJmol-1,晶格能越大，離子晶體越穩(wěn)定。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),離子晶體的穩(wěn)定性,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶格能的計算,H 6,H 1 = S = 108.8 kJmol1 ，Na ( s ) 的升華熱S ； H 2 = 1/2 D = 119.7 kJmol1 ，Cl 2 ( g ) 的離解能 D 的一半；,H 5,+,波恩-哈勃循環(huán),2021/12/19,無機(jī)化學(xué),H 6,H 3 = I1 = 496 kJmol1 ，Na的第一電離能 I 1 ； H 4 = -E = -348.7 kJmol1，Cl 的電子親

7、合能 E 的相反數(shù)；,H 5 = U = ? ， NaCl 的晶格能 U 的相反數(shù)；,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),H 6 = f Hm = - 410.9 kJmol1 ，NaCl的標(biāo)準(zhǔn)生成熱。,由蓋斯定律 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),2021/12/19

8、,無機(jī)化學(xué),利用蓋斯定律，也可以計算 NaCl 的離子鍵的鍵能。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第二節(jié) 結(jié)束,第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第三節(jié) 原子晶體和分子晶體,無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-3-1 原子晶體,金剛石、單質(zhì)硅、單質(zhì)硼、碳化硅、石英、氮化硼,熔點高 硬度大 不導(dǎo)電,共價鍵,原子,原子 晶體,物質(zhì)示例,一般性質(zhì),粒子間作用力,結(jié)點粒子種類,晶體 類型,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-3-2 分子晶體,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第三節(jié) 結(jié)束,第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

9、,無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第四節(jié) 金屬晶體,無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-4-1 金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),2021/12/19,無機(jī)化學(xué),ABCA,ABA,ABA,配位數(shù)=12 配位數(shù)=12 配位數(shù)=8,面心立方密堆積 六方密堆積體心立方密堆積,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-4-2 金屬鍵,金屬鍵自由電子氣把金屬陽離子“膠 合”成金屬晶體的結(jié)合力,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-4-3 金屬的能帶理論,應(yīng)用分子軌道理論研究金屬晶體中原子間的結(jié)合力，逐漸發(fā)展成金屬鍵的能帶理論。,2021/12/19,無機(jī)

10、化學(xué),能帶概念,假如一塊鋰金屬有n個原子組成，n個2s 原子軌道組成n個分子軌道，這n個分子 軌道的能級非常接近，幾乎形成能量連 續(xù)的能帶。,能帶由n條能級相同的原子軌道組成 能量幾乎連續(xù)的n條分子軌道,2s 能帶由2s 原子軌道組成的能帶,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),如Li 1s22s1 1s分子軌道能帶,按能帶的能級和電子在能帶中的分布不同， 能帶有多種：滿帶，導(dǎo)帶和禁帶,能帶種類,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),導(dǎo)帶：未充滿電子的能帶,如Li 1s22s1 2s分子軌道能帶,有空的分子軌道存在，在這種能帶的電子， 只要吸收微小的能量，就能躍遷到帶內(nèi)能 量稍高的空軌道上運(yùn)動，從而使金屬

11、具有 導(dǎo)電、導(dǎo)熱作用。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),如 Li 1s22s1 1s能帶和2s能帶之間的間隙,禁帶是電子的禁區(qū), 電子是不能在此停留的。,若禁帶不太寬, 電子獲能量可從滿帶越過禁 帶躍遷到導(dǎo)帶; 若禁帶太寬, 躍遷難以進(jìn)行。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),能帶的重疊,金屬的緊密堆積結(jié)構(gòu) 使金屬原子核間距一般都很小， 使形成的能帶之間的間隙一般也都很小， 甚至?xí)霈F(xiàn)重疊現(xiàn)象,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì),導(dǎo)體:在外電場下，導(dǎo)帶中的電子在能帶中做定向運(yùn)動，形成電流而導(dǎo)電,絕緣體:電子都在滿帶上，且禁帶較寬，難以躍遷, 不能導(dǎo)電,半導(dǎo)體: 禁帶較

12、窄, 滿帶中的電子易被激發(fā),越過禁帶到導(dǎo)帶上，增加導(dǎo)電能力。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì),光照時，導(dǎo)帶中的電子可吸收光能躍遷到能量較高的能帶上，當(dāng)電子返回時把吸收的能量又發(fā)射出來，使金屬具有金屬光澤。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì),局部加熱時，電子運(yùn)動和核的振動，可進(jìn)行傳熱，使金屬具有導(dǎo)熱性。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì),受力作用時, 原子在導(dǎo)帶中自由電子的潤滑下, 可以相互滑動,而能帶并不 被破壞。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第四節(jié) 結(jié)束,第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),無機(jī)化學(xué)多媒

13、體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第五節(jié) 混合型晶體和晶體缺陷,無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-5-1 混合型晶體,晶體內(nèi)同時存在著若干種不同的作用力，具有若干種晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這類晶體稱為混合型晶體。,如石墨,C原子以sp2雜化，鍵角為120，形成無數(shù)個正六邊形組成的平面，平面相互平行。 每個C 原子剩下的一個p 電子形成大鍵。,石墨層與層之間的結(jié)合力較弱，各層較易 滑動，因而可用作鉛筆芯和潤滑劑。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-5-2實際晶體的缺陷及其影響,如果晶體內(nèi)部每個粒子的排列完全符合其排列規(guī)律，稱其為理想晶體。但

14、實際上是不可能形成的，形成時在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上總會出現(xiàn)這樣那樣的缺陷。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶體點缺陷的基本類型： 空穴缺陷、置換缺陷、間充缺陷,間充,置換,空穴,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),晶體中的缺陷對晶體的物理性質(zhì)、 化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。,如純鐵中加入少量C或某些金屬， 可制得各種性能的優(yōu)質(zhì)合金鋼,純鍺中加入微量Ga或As， 可強(qiáng)化其半導(dǎo)體性能,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-5-3 實際晶體的鍵型變異,實際晶體中, 各結(jié)點粒子間的結(jié)合力, 只有少 數(shù)屬于純粹離子鍵、共價鍵、金屬鍵或分子間 力。多數(shù)晶體屬于混合鍵型或過渡鍵型。,離子鍵,金屬鍵,共價鍵,鍵型過渡現(xiàn)象又稱鍵

15、型變異,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第五節(jié) 結(jié)束,第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì),第六節(jié) 離子極化對物質(zhì)性質(zhì)影響,無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),有些物質(zhì)，離子電荷相同，離子半徑極 為相近，性質(zhì)上差別卻很大。如,說明影響離子晶體的性質(zhì) 除了離子電荷、離子半徑外， 還有離子的電子構(gòu)型。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-6-1 離子的電子構(gòu)型,簡單陰離子的電子構(gòu)型：ns2np6 8電子構(gòu)型,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),7-6-2 離子極化概念,離子極化,對于孤立的簡單離子來說，離子電荷分布基

16、本上是球形對稱的，離子本身的正、負(fù)電荷中心重合, 不存在偶極。,電場中，離子的原子核和電子受電場的作用，離子會發(fā)生變形, 產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，這種過程稱為離子極化。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),離子極化,離子晶體中,都是帶電的粒子,本身就會在其 周圍產(chǎn)生電場,而使周圍鄰近的離子極化,所 以離子極化現(xiàn)象普遍存在于離子晶體中。,離子晶體中的離子極化是相互極化，即陽 離子的電場使陰離子極化，同時陰離子的 電場也使陽離子極化。,離子極化的強(qiáng)度取決于： 離子的極化力、離子的變形性,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),離子極化力,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),E一定時,越大,越大,即離子變形性越大,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),離子極化規(guī)律,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),A.陰離子半徑相同時, 陽離子電荷越多, 陰離子越容易被極化, 產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極越大。,B.陽離子電荷相同時,陽離子半徑越大,陰離子被極化的程度越小,產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極越小。,C.陽離子電荷相同,半徑大小相近時, 陰離子越大, 越容易被極化, 產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極越大。,2021/12/19,無機(jī)化學(xué),離子的附加極化作用,當(dāng)陽離子易變形時，除