第七章 晶體結(jié)構(gòu)

第七章晶體結(jié)構(gòu)第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.1晶體的特征晶體——由原子、分子、離子等微粒在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列而成的固體物質(zhì)。7.1.1晶體的基本性質(zhì)（1）整齊規(guī)則的幾何外形（2）各向異性的特征（3）具有固定的熔點(diǎn)（4）X射線衍射效應(yīng)第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四(2)各向異性：晶體在不同的方向上具有不同的傳熱、導(dǎo)電、強(qiáng)度等性質(zhì)．(3)確定的熔點(diǎn)．(4)Ｘ射線的衍射效應(yīng)：周期性排列的晶體相當(dāng)于三維光柵，可使Ｘ射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)．注意：同一種物質(zhì)在不同的條件下既可形成晶體，也可形成非晶體，晶體和非晶體之間并無不可逾越的鴻溝．第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四（2）晶胞——晶體的一個基本結(jié)構(gòu)單元。

（3）晶胞參數(shù)六面體的3條邊長：a、b、cbc、ca、ab所形成的3個夾角：α、β、γ（1）晶格結(jié)點(diǎn)——晶體中的微粒抽象成幾何上的點(diǎn)。晶格——結(jié)點(diǎn)按一定規(guī)則組成的幾何圖形。NaCl晶格7.1.2點(diǎn)陣（晶格）第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四（4）7種晶系

晶系邊長夾角晶體實(shí)例立方四方正交三方六方單斜三斜a=b=ca=b≠ca≠b≠ca=b=ca=b≠ca≠b≠ca≠b≠cα=β=γ=900α=β=γ=900α=β=γ=900α=β=γ≠900α=β=900γ=1200α=γ=900β≠900α≠β≠γ≠900CuNaClSnSnO2I2HgCl2BiAl2O3MgAgISKClO3CuSO4·5H2O第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.2晶體的基本類型

７.２.1.離子晶體

在晶格結(jié)點(diǎn)上交替排列著正離子和負(fù)離子，正、負(fù)離子之間以離子鍵結(jié)合而形成的晶體稱為離子晶體．離子半徑：正離子半徑小，負(fù)離子半徑大，周期表中從上到下半徑增加，從左到右半徑半徑減小．

NaCL晶體晶格能：將1mol的離子晶體解離成自由的氣態(tài)正負(fù)離子所吸收的能量稱為離子晶體的晶格能．其大小反映了離子間結(jié)合力的強(qiáng)弱第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四７.２.２原子晶體

在原子晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上排列著中性原子，原子間以強(qiáng)的共價鍵相結(jié)合，如單質(zhì)硅（Si）、金鋼石（C）、二氧化硅（SiO2）、碳化硅（SiC）金剛砂、金剛石（C）和氮化硼B(yǎng)N（立方）等。以典型原子晶體二氧化硅晶體（SiO2方石英）為例，每一個硅原子位于正四面體的中心，氧原子位于正四面體的頂點(diǎn)，每一個氧原子和兩硅原子相連。如果這種連接向整個空間延伸，就形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的巨型“分子”。

第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四金剛石晶胞石英晶胞第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.2.3分子晶體

以共價鍵構(gòu)成的中性分子在降溫凝聚時，可以通過分子間力或氫鍵的作用凝聚起來，形成分子晶體．在分子晶體由于作用力弱，僅提供少量能量，晶體會被破壞，所以分子晶體硬度小，熔點(diǎn)低，揮發(fā)性大第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.2.4金屬晶體（１）自由電子模型金屬鍵的形象說法是，失去電子的金屬離子浸在自由電子的海洋中。金屬離子通過吸引自由電子聯(lián)系在一起，形成金屬晶體。應(yīng)用自由電子模型可以解釋金屬的不透明、光澤、導(dǎo)電、傳熱、延展性等．第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四自由電子+金屬離子金屬原子位錯+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四（２）能帶理論理論要點(diǎn)：電子是離域的

所有電子屬于金屬晶體，或說為整個金屬大分子所共有，不再屬于哪個原子。我們稱電子是離域的。組成金屬能帶(EnergyBand）

Na有分子軌道3s3s3s3s*也可以寫成3s3s3s3s*第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四Na晶體中，n個3s軌道組成n條分子軌道。這n條分子軌道之間能量差小，電子躍遷所需能量小。這些能量相近的能級組成能帶。能帶的能量范圍很寬，有時可達(dá)數(shù)百kJ?mol－1。Na的n個3s軌道，形成n個Na金屬的分子軌道

——3s能帶?！?.能帶如下圖所示第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四滿帶導(dǎo)帶和空帶以Li為例，1s22s12p0

1s軌道充滿電子，故組成的能帶充滿電子，稱為滿帶。2s軌道電子半充滿，組成的能帶電子也半滿，稱為導(dǎo)帶。2p能帶中無電子，稱為空帶。從滿帶頂?shù)綄?dǎo)帶底(或空帶底)的能量間隔很大，電子躍遷困難。這個能量間隔稱為禁帶。第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四能帶重疊相鄰近的能帶，有時可以重疊。即能量范圍有交叉。如Be的2s能帶和2p能帶，可以部分重疊。Be的2s能帶是滿帶，通過重疊電子可以躍遷到2p空帶中去。3n個2pn個2sn個1s3n個2pn個2s第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.2.5混合鍵型晶體鏈狀晶體——硅酸鹽晶體層狀晶體——石墨第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.3單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)及其物理性質(zhì)的周期性7.3.1

周期系中元素單質(zhì)的晶體類型

同一周期從左到右，元素單質(zhì)由典型的金屬晶體，經(jīng)原子晶體或?qū)訝?，鏈狀過渡型晶體逐漸變化到分子晶體．s區(qū)——d區(qū)、ds區(qū)——p區(qū)ⅢA、ⅣA————p區(qū)ⅤA—ⅦA、0族金屬晶體原子晶體過渡性晶體分子晶體第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四Ｃ單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)１．無定型Ｃ２．石墨（層狀結(jié)構(gòu)晶體）層間Ｃ原子以sp2雜化分別與相鄰Ｃ原子形成三個σ鍵，鍵角1200。形成正六邊形，每個Ｃ原子還有一個２ｐ軌道，垂直于平面，形成離域的大π鍵第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四３．金剛石結(jié)構(gòu)（已介紹）４．球Ｃ－６０結(jié)構(gòu)

C60C70C60由６０個Ｃ原子經(jīng)１２個正五邊形和２０個正六邊形構(gòu)成的３２面體原子簇，表面和內(nèi)腔有離域的大π鍵第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.3.2單質(zhì)的物理性質(zhì)1）密度同周期，從左到右元素單質(zhì)的密度按由小到大再變小的規(guī)律遞變。鋨的密度最大=22.48g·cm-32）熔點(diǎn)、硬度總趨勢：從左到右，按低——高——低的變化規(guī)律遞變．溶點(diǎn)最高的元素，金剛石（3550℃）3）導(dǎo)電性金屬元素的單質(zhì)具有金屬晶體結(jié)構(gòu)，都是導(dǎo)體，以分子晶體形成的非金屬單質(zhì)是絕緣體；在P區(qū)對角線附近的元素單質(zhì)多為半導(dǎo)體性質(zhì).導(dǎo)電性最好的金屬元素：Ag，Cu，Au(金)第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.4晶體缺陷(crystaldefect)

7.4.1晶體缺陷類型晶體是內(nèi)部微粒作有規(guī)則排列構(gòu)成的固體。在實(shí)際晶體中大都存在著結(jié)構(gòu)上的缺陷，致使實(shí)際晶體偏離了理想晶體，材料的一些性能與晶體缺陷密切相關(guān)。第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四7.4.1晶體缺陷的種類

按幾何形式分：（1）點(diǎn)缺陷：晶體中的某些離子（或原子）從晶格結(jié)點(diǎn)上位移產(chǎn)生空位，或有外來雜質(zhì)離子（或原子）取代原有的離子或晶格間隙位置上存在間隙離子（或原子）。（2）線缺陷：晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形，原子行列間相互滑移導(dǎo)致晶體的空間點(diǎn)陣不再符合理想晶體的有秩序排列。（3）面缺陷和體缺陷：面缺陷是晶體中原子或離子在一個交界的兩側(cè)出現(xiàn)不同的排列；體缺陷是由于晶體中存在著空洞、沉淀或雜質(zhì)包裹物等。

第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四（1）本征缺陷

（2）雜質(zhì)缺陷

按形成和結(jié)構(gòu)分：第二十四頁，共二十六頁，編輯于202