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第三章 晶体结构Crystal structure 教学大纲要求 晶格的概念，晶体的类型，离子晶体，晶格能的概念与计算，离子极化的概念，离子极化对物质结构和性质的影响。 分子晶体，原子晶体，金属晶体，金属键理论，混合晶体。 3-1 晶体的宏观性质（1） 晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的晶面角却不会改变。 3-1 晶体的宏观性质（2） 晶体都有固定的熔点 非晶体在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后变成液体。 3-1 晶体的宏观性质（3） 晶体表现各向异性，例如热、光、电、硬度等常因晶体取向不同而异；而非晶体则为各向同性。 例：云母沿层状结构方向易被剥离 例：石墨层内导电率比层间高一万倍 2004年，物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫正在一张涂满铅笔笔迹的纸上，用透明胶带粘来粘去。　　靠这种“粘取”，他们剥离出了石墨烯，随后发现，石墨烯原子所独具的、像一张铁丝网似的六角形阵列排列方式，有潜力成为比钢铁坚硬10倍、且导电时能量损失很小的新型材料。　　2010年，诺贝尔物理学奖的至高荣誉由这两人——现任英国曼彻斯特大学教授的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，因“研究二维材料石墨烯的开创性实验”而共享。他们6年前制成的石墨烯已迅速成为物理学和材料学的热门话题，现在是世界上最薄的材料，仅有一个原子厚。在改良后，石墨烯致力于塑造低功率电子元件，如晶体管。相比之下，铜线和半导体都会产生电脑芯片75%的能量消耗，人们确定了石墨烯拥有留名史册的本事。 物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。 如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！ 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 X射线是一种波长很短的电磁波，能穿透一定厚度的物质，考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离相近，1912年德国物理学家劳厄提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。 1913年英国物理学家布喇格父子在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布喇格定律： 2d sinθ=nλ  晶体X-射线衍射图 3-1 晶体的微观性质（1） 点阵与晶格 从1912年劳厄（Laue）开始用x射线研究晶体结构至今，大量的事实证明晶体内部的质点具有周期性重复规律。为了便于研究晶体中微粒（原子，离子或分子）在空间排列的规律和特点，将晶体中按周期重复的那一部分微粒抽象成几何质点（晶格结点），联结其中任意两点所组成的向量进行无限平移，这一套点的无限组合就叫做点阵。 3-1 晶体的微观性质（2） 晶胞 在晶格中，能表现出其结构一切特征的最小部分称为晶胞。晶胞是充分反映晶体对称性的基本结构单位，其在三维空间有规则地重复排列便组成了晶格（晶体）。 根据晶胞参数的不同，把晶体分为七大晶系 单晶与多晶 多晶体 由多个单晶体颗粒杂乱地聚结而成的晶体，由于单晶体的杂乱排列，使晶体的各向异性消失。 3-3 晶体的基本类型 根据晶体中质点以及质点之间的作用力，可以把晶体分为： 离子晶体 金属晶体 原子晶体 分子晶体 混合晶体 1. 离子型晶体 （1）几种简单的离子型晶体 （1）几种简单的离子型晶体 （1）几种简单的离子型晶体 半径比规则（1） 两原子核间距离=正离子半径+负离子半径 d=r+ + r- 通常r+ r- 半径比规则（2） 以正、负离子配位数为6的晶体的一层为例 令r- = 1，则ac=4；ab=bc=2r+ + 2 因ab2+bc2=ac2?r+ =0.414；即r+/r- =0.414 半径比规则（3） 当r+/r- ?0.414时，负离子接触，正、负离子彼此不接触。体系的排斥力大于吸引力，该构型不稳定，趋向于形成配位数少的构型。 当r+/r- ?0.414时，负离子彼此不接触，正、负离子之间接触，此时，吸引力大于排斥力，该构型可以稳定存在。 当r+/r-? 0.732时，正离子表面可以接触更多的负离子，晶体的配位数增大。 AB型离子晶体离子半径比与晶体构型的对应关系 离子晶体中最简单的结构类型 （2）离子型晶体的特点 （2）离子型晶体的特点 （2）离子型晶体的特点 （3）离子型晶体的晶格能 利用“玻恩-哈伯循环法”计算晶格能 焓和焓变 热化学方程式 热化学方程式 盖斯定律 盖斯定律 盖斯定律 晶格能与物理性质 3. 离子的极化作用 复习：离子的电子层构型 复习：离子的电子层构型 （2）离子的电子层构型 （2）离子的电子层构