修改晶体学基础及材料性能.ppt

(1) 离子晶体 晶体缺陷(crystal disfigurement):晶体中某些区域粒子的排列不象理想晶体那样规则和完整，这种偏离完整性的区域，或者说晶体中一切偏离理想的晶格结构称做晶体缺陷。 4.4.2 晶体缺陷 按照缺陷的形成和结构分类： 本征缺陷(固有缺陷，热缺陷)：指不是由外来杂质原子形成，而是由于晶体结构本身偏离晶格结构造成的缺陷。 杂质缺陷：指杂质原子进入基质晶体中所形成的缺陷。 按照缺陷的几何特征分类： 点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 杂质粒子缺陷 间隙粒子缺陷 杂质缺陷 空位缺陷 错位粒子缺陷 本征缺陷 点缺陷：晶格结点粒子发生局部错乱的现象。 按引起点缺陷的粒子不同，可分为： 错位粒子、间隙粒子、杂质粒子和空位。 r+/r- 0.414 斥力较大，不稳定 r+/r- 0.414 斥力较小，稳定 理想的稳定结构(NaCl) 配位数 构 型 0.225 → 0.414 4 ZnS 型 0.414 → 0.732 6 NaCl 型 0.732 → 1.00 8 CsCl 型 离子半径比与配位数的关系 晶格能U (lattice energy)：在标准状态下，由离子晶体变为气态的正、负离子时所吸收的能量。单位：kJ·mol-1 晶格能可用于衡量晶体离子键的强弱 U (g) Cl + (g) Na NaCl(s) - + 例如： 影响晶格能的主要因素： ① 离子的电荷(晶体类型相同时) ② 离子的半径(晶体类型相同时) Z↑,U↑ 例:U(NaCl)U(MgO) R↑,U↓ 例:U(MgO)U(CaO) 特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的 良导体，但延展性差，较脆。 晶格能还与晶体类型及离子的电子层结构类型有关 晶格能对离子晶体物理性质的影响 (2) 原子晶体 原子晶体(atom crystal):由原子排列在晶格结点上，相互间以共价键结合而构成的晶体。 特征结构：共价键有方向性和饱和性，不是紧密堆积，配位数低。晶体 中没有独立的分子存在。 例如：金刚石晶体 特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的不良导体，在一般溶剂中都不溶解，延展性差。 常见的原子晶体有金刚石、SiC、SiO2、Si、Ge等。 (3)分子晶体 分子晶体(molecular crystal):由分子排列在晶格结点上，相互间以分子间力结合而构成的晶体。 特征结构：采取紧密堆积，配位数高，晶体中有独立的分子存在。 特征物性：熔点、沸点低，硬度小，某些极性分子的水溶液能够导电，延展性也很差。 例如：干冰的晶体结构 金属晶体(metallic crystal):由金属原子或正离子排列在晶格结点上，以金属键结合而构成的晶体。 结构特征：等径球的紧密堆积，配位数高，晶体中没有独立的分子存在。 (4)金属晶体 金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种： 六方密堆积(Hexgonal close Packing)； 面心立方密堆积(Face-centred Cubic clode Packing)； 体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。 特征物性：具有良好的导电性、导热性和延展性，金属光泽。熔、沸点，硬度差异较大。 晶体基本类型 晶体类型 原子晶体 离子晶体 金属晶体 分子晶体 实 例 晶体结点微粒 结合力 原 子 正、负离子 原子、离子 分 子 共价键 离子键 金属键 分子间力、氢键 结构特点 方向性明显， 配位数少 无方向性， 配位数较大 无方向性，配 位数大，密度大 无方向性时 配位数大 力学性质 热学性质 电学性质 溶解性质 硬度大、脆、 无延展性 硬度较大、 脆、无延展性 硬度各不相同， 有延展性 疏松 质软 熔点高， 膨胀系数小 熔点较高， 膨胀系数较小 熔点高低不等， 导电性好 熔点低， 膨胀 系数大，易挥发 绝缘体（半 导体） 绝缘体 熔体为导体 溶液为导体 导电性良好 绝缘体,有的 水溶液为导体 在大多数溶 剂中不溶 大多数溶于 极性溶剂 难 溶 结构相似者相溶 NaCl , CaO Cu, Ag, 合金 冰,干冰,N2, He 金刚石,SiC (5)混合型晶体 ? 层状结构晶体