第三章晶体结构 (2).ppt

第三章 晶体结构 1. 第一节主要讨论晶体化学基本概念，重点是建立晶胞的概念，建立立方?四方?正交?单斜?三斜?六方和菱方七种布拉维晶胞的概念，晶胞参数的定义以及体心?面心和底心晶胞的概念。 2. 第二节主要讨论与金属晶体相关的金属键?金属晶体的堆积模型等。 3.第三?四节讨论了离子晶体?分子晶体和原子晶体，以及与离子晶体有关的离子特征?离子键?晶格能?离子晶体的基本类型和结构模型。 3-6 分子晶体与原子晶体 3-6-1分子晶体 3-6-2原子晶体 3.能带理论： ① 原子单独存在时的能级（1s、2s、2p…）在 n 个原子构 成的一块金属中形成相应的能带 (1s、2s、2p…); 能带就是一组能量十分接近 的分子轨道，其种数等于构成能带的相应原 子轨道的总和，见图3-26。 ② 能带理论是一种既能解释导体，又能解 释半导体和绝缘体性质的理论。见图3-27 3-4-2 金属晶体的堆积模型 1 体心立方堆积 ，图见3-28 占有率= 2. 简单立方堆积，见图3-29 占有率= 3.六方最密堆积，见图3-30 球的空间占有率= 4.立方面心最密堆积 见图3-32 5.金属堆积方式小结 3-5 离子晶体 一、概念： 结论：所有存在大量阴阳离子的晶体都是离子晶体。 典型离子晶体：带电的原子——阴离子和阳离子通过离子键相互作用形成的晶体。 多原子离子或复杂离子：像NO3—、SO42— 这样的由多个原子通过共价键形成的离子。 3-5-1 离子 离子电荷：是简单离子的荷电荷（正电荷）与它的核外电子的负电荷的代数和，在化学式中标记在右上角，如Na+、Mg2+、Al3+ 、Ce4+ 、Cl- 、O2- 、N3- 离子构型：指处于基态的离子电子层构型。 负离子构型成稀有气体构型，最外层电子数为8； 正离子分5种情况： （1）2e-构型 第二周期的正离子的电子层构型。 （2）8e-构型 从第三周期开始的s区主族元素的 族价离子的最外层电子为8e- 如Na+、Mg2+ ； P区的第三周期第三主族的Al3+ 也是8e-构型 ；d区第三至七副族原素在表现族价时，恰相当于电中性原子丢失所有最外层s电子和次外层d电子，也具有8e-构型 ；稀土元素的+3价原子也具有8e-构型 ，锕系元素情况类似。 （3）18e-构型 ds区的第一、二副族元素表现族价时，具有18e-构型 ；p区过渡后元素表现族价时，也具有18e-构型。 （4）（9—17）e-构型 d区元素表现非族价时最外层有9—17个电子。 （5） （18+2）e-构型 p 区的金属元素常表现低于族价的正价，如Ti+ 、Sn2+ 、Pb2+ 、Bi3+ 等，最外层为2e-， 次外层为18e- 。 离子半径 离子半径：是根据实验测定离子晶体中正负离子平衡核间距估算的出的，有广泛的用途。 3-5-2 离子键 离子键：阴阳离子之间用库仑力相互作用形成的化学键。 配位数：在正离子周围与正离子直接接处的负离子数。 配位多面体：将正离子周围的负离子原子核的连线形成的 多面体叫配位多面体。情况见表3-6 用电负性差值大小来衡量共价键的离子性百分数。如表3-7和图3-34 3-5-3 晶格能（lattice energy） ● 定义：是相互远离的气态的正负离子结合成1 mol离子晶体所释放的能量，用 U 表示。 Na + ( g ) + Cl－ ( g ) = NaCl ( s ) ?H = －U 晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。 一般而言，晶格能越高，离子晶体的熔点越高、硬度越大。晶格能大小还影响着离子晶体在水中的溶解度、溶解热等性质。但离子晶体在水中的溶解度与溶解热不但与晶体中离子克服晶格能进入水中吸收的能量有关，还与进入水中的离子发生水化放出的能量（水化热）有关。 ● 玻恩 －哈伯循环 ( Born － Haber Circulation ) Born 和 Haber 设计了一个热力学循环过程，从已知的热力学数据出发，计算晶格能。把晶体中的离子变成气