第一讲晶体结构.doc

原子结构与键合 离子键、共价键和金属键都涉及到原子外层电子的重新分布，这些电子在键合后不再仅仅属于原来的原子，因此，这几种键都称为化学键。（2）在形成分子键和氢键时，原子的外层电子分布没有变化，或变化极小，它们仍属于原来的原子。因此，分子键和氢键就称为物理键。（3）一般说来，化学键最强，氢键和分子键较弱。 原子能够结合为固体的根本原因，是原子或分子结合起来后，体系的能量可以降低，即在分散的原子结合成晶体过程中，会有一定的能量释放出来。这个能量叫做结合能。 结合能越大，则原子结合越稳定。 离子晶体、共价晶体的结合能最大；金属键结合次之，金属键结合中以过渡元素为最大；范德瓦尔斯键的结合能最小，只有几十k J/mol。 材料结合键的类型及结合能的大小对材料的性能有重要的影响，特别是对物理性能和力学性能。2005年真题第一题。 结合键与物理性能的关系——熔点。 熔点的高低代表了材料稳定性的程度。材料加热时，原子振动足够破坏原子之间的稳定结合，于是发生熔化，所以熔点与结合能有很好的对应关系。共价键、离子键化合物结合能较高，其中纯共价键的金刚石有最高的熔点，金属的熔点相对较低，这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因。 结合键与力学性能的关系——硬度 晶体材料的硬度与晶体的结合键有关。一般来说，共价键、离子键、金属键结合的晶体比分子键结合的晶体的硬度高。 结合键与物理性能的关系——密度 材料的密度与结合键类型有关。大多数金属有较高的密度，如Pt、W、Au的密度在工程材料中最高。金属的高密度有两个原因：一个是由于金属原子有较高的相对原子质量；另一个原因是因为金属键的结合方式没有方向性，所以金属原子中趋向于密集排列，金属经常是简单的原子密排结构。离子键和共价键结合时的情况。原子排列不可能非常致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制，离子键结合时则要满足正、负离子之间的电荷平衡的要求，相邻的原子数目都不如金属多，所以陶瓷材料的密度比较低。 结合键与力学性能的关系——强度 材料的强度与结合键能也有一定的联系。一般结合键能高，强度也高一些。材料的强度在很大程度上还取决于材料的其他结构因素，如材料的组织，因此材料的强度可以在一个较大的范围内变化。 结合键与力学性能的关系——塑性 材料的塑性也与结合键类型有关，金属键结合的材料具有良好的塑性，而离子键、共价键结合的材料的塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差。 第2讲 晶体结构 点阵部分（记忆） （1）点阵与晶体结构的关系（重点记忆） （2）七大晶系及点阵常数间的关系 （3）十四种布拉格点阵 米勒指数部分（会画，会算） 晶向，晶面，晶带等 金属单质的晶体结构 （1）分类（记忆） （2）点阵常数与原子半径 （3）晶胞中原子数（计算） （4）配位数和致密度（计算） （5）晶体原子堆垛方式（计算） 晶体与非晶体的最本质差别 晶体（记忆） 原子（或分子，离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。 固定熔点；（2）各向异性。 非晶体（理解） 这些质点是无规则的堆积在一起的。 无固定熔点；（2）各向同性。 空间点阵、晶胞、晶系 阵点、点阵、晶胞（记忆） 阵点：对于周期性排列的重复单位, 可以抽象出没有大小、没有质量、不可分辨的点, 这些点就是阵点。阵点的具体内容称为结构基元。 晶胞：具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。 空间点阵：这些阵点在三维空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境的阵列称为空间点阵，简称点阵。 晶向指数和晶面指数（运用） 晶向：晶体中原子列 的方向。 晶面：原子构成的平面。 Miller（密勒）指数统一标定晶向指数和晶面指数。 晶向指数 （1）晶向指数的确定步骤 ①以晶胞的某一阵点O为原点，过原点O的晶轴为坐标轴x、y、 z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。 ②过原点O作一直线OP，使其平行于待定晶向。（将待定晶向平移过来） ③在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标值。④将这3个坐标值化为最小整数u、v、w，加以方括号，[uvw]即为待定晶向的晶向指数。 （理解，会用来做题，可能会出一道题目） 可以这么理解，给出晶向指数如【112】，从原点开走，xyz轴走相应的距离到达终点，再从原点指向即可。如果坐标指数大，可同时缩小，已至在立方晶胞中显示。在立方晶胞中无法显示的可平移至晶胞内，只是坐标不在原点。 给定指数标定就看在xyz上的投影，再化成最简即可。 晶向族u vw 晶面指数 晶面指数标定步骤 ①在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时相同 ②求得待定晶面在三个晶轴上的截距，若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为无穷大；若该晶面与某轴负方向相截，则