第2章物质的化学组成与聚集状态.ppt

△Tf=Tf0 - Tf =KfbB T (K) A B 0.61 Tf 273 A: 冰～水共存 B: 冰～溶液共存 溶液 ?Tf 冰 水 p/KPa 仅与溶剂有关 4、溶液的凝固点下降 * 图2-19 水、冰和水溶液的蒸气压随温度的变化 液 固 气 溶液 ΔT fp ΔT bp 101. 325 t / ℃ t沸 100 p(H2O)/kPa 0. 611 0. 01 a b’ a’ c b t凝 * 图2-8 晶格及晶胞 (a) (b) (c) 等径圆球密堆积 晶格或点阵 晶胞 一、晶体 晶体如图2-8(a)，具有较规则的几何外形。 晶体三维点阵中存在一个能够完全代表晶格特征的最小单元叫作晶胞，如图2-8(c)表示的是立方晶系的一个晶胞。 * 十二面体钻石晶体 钻石及其母岩 单晶体：如果能用一个空间点阵图形贯穿整个晶体，这种晶体又叫单晶体。如自然界存在的金刚石、人工制备的单晶硅、锗等。 多晶体：一般的固体材料不能用一个空间点阵图形贯穿，它们称为多晶体。 * 1．离子晶体 离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子，靠离子键结合。NaCl离子晶体如图2-9所示。 离子晶体一般具有较高的熔点和较大的硬度，较脆。在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性，但在固体状态时离子限制在晶格的一定位置上振动，所以几乎不导电。 Na+ Cl- 图2-9 NaCl 离子晶体 * 离子间作用力：F=k(q+q-)/(r++r-)2 离子间作用力随离子电荷的增加而增大，随离子半径的增大而减小。 晶体的熔点和硬度的变化与离子间作用力的变化相同。 电荷数起主要作用，在电荷数相同的情况下参考半径大小。 活泼金属的含氧酸盐和氧化物、卤化物通常属于离子晶体。 * 表2. 5 KF、NaF和CaO晶体离子间作用力及其熔点变化规律 物质 KF NaF CaF2 CaO 离子的电荷 +1 －1 +1 －1 ＋2 －1 ＋2 －2 离子半径／nm 0. 133 0. 133 0. 097 0. 133 0.099 0.133 0. 099 0. 132 离子半径之和／nm 0. 266 0. 230 0.232 0. 231 离子间的作用 ———————→增大 熔点／℃ 857 992 1392 2570 * 图2-10 CO2分子晶体(干冰) 2．分子晶体 分子晶体的晶格结点上排列着极性分子或非极性分子，分子间以范德华力(分子间力)或氢键相结合。 属于分子晶体的物质一般为非金属元素组成的共价化合物，如 SiF4，SiCl4，SiBr4，SiI4，H2O，CO2，I2 等。 对于无氢键的相同类型分子晶体，分子间力随相对分子质量增大而增大，熔点、沸点也随之增高。由于分子间力较弱，分子晶体的硬度较小，熔点一般低于 400 ℃，并有较大的挥发性，如碘片、萘等。电中性，一般不导电。 * C60 的溶液 C60 的晶体结构 * 3．原子晶体 原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间由共价键结合。由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体，但也有少数可形成原子晶体，如常见的 C (金刚石，立方型)，Si，Ge，As，SiC (俗称金刚砂)，SiO2，B4C，BN (立方型)，GaAs 等。 原子晶体一般具有较高的熔点和硬度，在工程中经常作为磨料或耐火材料，延展性很小，有脆性，不易导电，可做电的绝缘体，某些（如Si、Ge、Ga、As等）可做优良的半导体材料，在一般溶剂中都不溶解。 原子晶体特性 * 图2-11 金刚石(C) 的晶体结构 金刚石 蓝色球和红色球都是碳原子，用红色球凸显四个位置特殊的碳原子。 * 4．金属晶体 金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子通过自由电子结合，这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成金属晶体原子的原子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关。 金属晶体特性 金属晶体单质多数具有较高的熔点和较大的硬度，通常所说的耐高温金属就是指熔点高于铬的熔点 (1857 ℃) 的金属。 金属晶体具有良好的导电、导热性，还有良好的延展性等机械加工性能，有金属光泽、对光不透明等特性。纯金属及其合金构成的金属材料是最重要的结构材料之一。 * 图2-12 金属晶体密堆积方式 A1型密堆积 ABCABC A3型密堆积 ABAB A2型密堆积 ABAB 体心立方 六方 面心立方 A B A A B C A * 5．过渡型晶体