陶瓷材料的晶体结构
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陶瓷的晶体结构
Q3：陶瓷（硅酸盐）的晶体结构知多少？
非晶Com态panSy iLOogo2
陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 2.2 几种典型的晶体结构 2.3 硅酸盐的晶体结构
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 Q1：原子间的键？
陶瓷的晶体结构
陶瓷的晶体结构
亲和能(affinity energy) ：
一个中性原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量，称为亲和能
（affinity energy）。亲和过程不能看成是电离过程的逆过程。第一次电离
过程是中性原子失去一个电子变成＋1价的离子，其逆过程是＋1价离子获
得一个电子称为中性原子。下表是部分原子的亲和能。电子亲和能一般随
思考：什么是元素的电负性？
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
电离能（ionization energy） ： 使 原 子 失 去 一 个 电 子 所 必 需 的 能 量 称 为 原 子 的 电 离 能 （ ionization
energy）。从原子中移去第一个电子所需要的能量称为第一电离能。从 ＋1价离子中再移去一个电子所需要的能量为第二电离能。第二电离能 一定大于第一电离能。下表是两个周期原子的第一电离能实验值。
鲍林给电负性下的定义为“电负性是元素的原子在化合物中吸 引电子能力的标度”。
元素电负性数值越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力 越强；反之，电负性数值越小，相应原子在化合物中吸引电子 的能力越弱（稀有气体原子除外）。
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 原子负电性的概念：
Q2：你们印象中的晶体结构？
在晶胞不同位置的原子由不同数目的晶胞分享：
① 顶角原子→ 1/8
② 棱上原子→ 1/4
③ 面上原子→ 1/2
④ 晶胞内部→ 1
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陶瓷的晶体结构
Q3：陶瓷（硅酸盐）的晶体结构知多少？
绿宝石的化学式是 Be3A12(Si6018)。 晶体结构属于六方 晶系；基本结构单 元是六个硅氧四面 体形成的六节环。 这些六节环之间靠 Al3+和Be2+离子连 接。
Si
134
P
75
S
205
Cl
343
Ar
-35
K
45
Ca -156
52.9 <0 44
120 74 200.4 348.7 <0 48.4 <0
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 原子负电性的概念：
莱纳斯·卡尔·鲍林于1932年引入电负性的概念，标志原子得失 电子能力的物理量，综合表示原子对电子束缚能力的强弱。
0.52 0.30
结合力高于无氢键分子
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
陶瓷化合物的结合键：离子键与共价键混合。 金属正离子与非金属离子组成的化合物通常不是纯粹的 离子化合物，性质不能只用离子键来解释。
离子键的比例取决于组成元素的电负性差，电负性相差 越大，离子键比例越高。
莱纳斯·卡尔·鲍林于1932年引入电负性的概念，标志原子得失 电子能力的物理量，综合表示原子对电子束缚能力的强弱。
鲍林给电负性下的定义为“电负性是元素的原子在化合物中吸 引电子能力的标度”。
元素电负性数值越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力 越强；反之，电负性数值越小，相应原子在化合物中吸引电子 的能力越弱（稀有气体原子除外）。
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陶瓷的晶体结构
鲍林标度电负性表
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
Q1：为什么同周期元素从左到右电负性增强？
意义：电负性反映了原子间的成键能力和成键类 型。
原子对价电子的束缚强弱。
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陶瓷的晶体结构
First ionization energies as a function of atomic number
C原子的电离能(eV) I1: 11.260 I2: 24.383 I3: 47.887 I4: 64.492 I5: 392.077 I6: 489.981
元素 电离能 元素 电离能
电离能
Na 5.138
K 4.339
Mg 7.644
Ca 6.111
Al 5.984
Ga 6.00
Si 8.149
Ge 7.88
（单位：eV）
P
S
Cl
10.55 As
9.87
10.357 Se
9.750
13.01 Br
11.84
Ar 15.755
Kr 13.996
在一个周期内从左到右，电离能不断增加。电离能的大小可用来度量
主要特征
8.63
无方向性，高配位数，
7.94
低温不导电，高温离子
7.20
导电
6.90
Fra Baidu bibliotek1.37 1.68 3.87 3.11
1.63 1.11 0.931 0.852
方向性，低配位数，纯 金属低温导电率很小
陶瓷无材方料向的性，化高学配键位？数，
密度高，导电性高，塑 性好
0.020 0.078
低熔点、沸点压缩系数 大，保留分子性质
原子半径的减小而增大。
电子亲和能
（单位：kJ/mol）
元素 理论值
实验值 元 素 理论值 实验值
H 72.776 72.9
He -21
<0
Li
59.8
59.8
Be 240
<0
B
29
23
C
113
122
N
-58
0±20
O
120
141
F 312—325 322
Ne -29
<0
Na
52
Mg -230
Al
48
✓ 离子键 ✓ 共价键 ✓ 范德瓦斯键（静电力） ✓ 金属键 ✓ 中间键型
陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
结合键类型 离子键
共价键
金属键
分子键(范德华键) 氢键
实例
LiCl NaCl KCl RbCl
金刚石 Si Ge Sn
Li Na K Rb
Ne Ar
H2O HF
结合能 ev/mol
陶瓷的晶体结构
陶瓷的晶体结构
Q1：为什么要学习晶体结构？
材料的性能是由其组织结构决定的。 组织结构就是其内部原子的 排列方式。
陶瓷的晶体结构
Q2：你们印象中的晶体结构？
①
简单立方
面心立方
体心立方
②
简单四方
体心四方
③
简单正交 底心正交 面心正交 体心正交
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陶瓷的晶体结构
陶瓷的晶体结构
Q3：陶瓷（硅酸盐）的晶体结构知多少？
非晶Com态panSy iLOogo2
陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 2.2 几种典型的晶体结构 2.3 硅酸盐的晶体结构
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 Q1：原子间的键？
陶瓷的晶体结构
陶瓷的晶体结构
亲和能(affinity energy) ：
一个中性原子获得一个电子成为负离子时所放出的能量，称为亲和能
（affinity energy）。亲和过程不能看成是电离过程的逆过程。第一次电离
过程是中性原子失去一个电子变成＋1价的离子，其逆过程是＋1价离子获
得一个电子称为中性原子。下表是部分原子的亲和能。电子亲和能一般随
思考：什么是元素的电负性？
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
电离能（ionization energy） ： 使 原 子 失 去 一 个 电 子 所 必 需 的 能 量 称 为 原 子 的 电 离 能 （ ionization
energy）。从原子中移去第一个电子所需要的能量称为第一电离能。从 ＋1价离子中再移去一个电子所需要的能量为第二电离能。第二电离能 一定大于第一电离能。下表是两个周期原子的第一电离能实验值。
鲍林给电负性下的定义为“电负性是元素的原子在化合物中吸 引电子能力的标度”。
元素电负性数值越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力 越强；反之，电负性数值越小，相应原子在化合物中吸引电子 的能力越弱（稀有气体原子除外）。
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 原子负电性的概念：
Q2：你们印象中的晶体结构？
在晶胞不同位置的原子由不同数目的晶胞分享：
① 顶角原子→ 1/8
② 棱上原子→ 1/4
③ 面上原子→ 1/2
④ 晶胞内部→ 1
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Q3：陶瓷（硅酸盐）的晶体结构知多少？
绿宝石的化学式是 Be3A12(Si6018)。 晶体结构属于六方 晶系；基本结构单 元是六个硅氧四面 体形成的六节环。 这些六节环之间靠 Al3+和Be2+离子连 接。
Si
134
P
75
S
205
Cl
343
Ar
-35
K
45
Ca -156
52.9 <0 44
120 74 200.4 348.7 <0 48.4 <0
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 原子负电性的概念：
莱纳斯·卡尔·鲍林于1932年引入电负性的概念，标志原子得失 电子能力的物理量，综合表示原子对电子束缚能力的强弱。
0.52 0.30
结合力高于无氢键分子
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陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
陶瓷化合物的结合键：离子键与共价键混合。 金属正离子与非金属离子组成的化合物通常不是纯粹的 离子化合物，性质不能只用离子键来解释。
离子键的比例取决于组成元素的电负性差，电负性相差 越大，离子键比例越高。
莱纳斯·卡尔·鲍林于1932年引入电负性的概念，标志原子得失 电子能力的物理量，综合表示原子对电子束缚能力的强弱。
鲍林给电负性下的定义为“电负性是元素的原子在化合物中吸 引电子能力的标度”。
元素电负性数值越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力 越强；反之，电负性数值越小，相应原子在化合物中吸引电子 的能力越弱（稀有气体原子除外）。
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鲍林标度电负性表
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2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
Q1：为什么同周期元素从左到右电负性增强？
意义：电负性反映了原子间的成键能力和成键类 型。
原子对价电子的束缚强弱。
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First ionization energies as a function of atomic number
C原子的电离能(eV) I1: 11.260 I2: 24.383 I3: 47.887 I4: 64.492 I5: 392.077 I6: 489.981
元素 电离能 元素 电离能
电离能
Na 5.138
K 4.339
Mg 7.644
Ca 6.111
Al 5.984
Ga 6.00
Si 8.149
Ge 7.88
（单位：eV）
P
S
Cl
10.55 As
9.87
10.357 Se
9.750
13.01 Br
11.84
Ar 15.755
Kr 13.996
在一个周期内从左到右，电离能不断增加。电离能的大小可用来度量
主要特征
8.63
无方向性，高配位数，
7.94
低温不导电，高温离子
7.20
导电
6.90
Fra Baidu bibliotek1.37 1.68 3.87 3.11
1.63 1.11 0.931 0.852
方向性，低配位数，纯 金属低温导电率很小
陶瓷无材方料向的性，化高学配键位？数，
密度高，导电性高，塑 性好
0.020 0.078
低熔点、沸点压缩系数 大，保留分子性质
原子半径的减小而增大。
电子亲和能
（单位：kJ/mol）
元素 理论值
实验值 元 素 理论值 实验值
H 72.776 72.9
He -21
<0
Li
59.8
59.8
Be 240
<0
B
29
23
C
113
122
N
-58
0±20
O
120
141
F 312—325 322
Ne -29
<0
Na
52
Mg -230
Al
48
✓ 离子键 ✓ 共价键 ✓ 范德瓦斯键（静电力） ✓ 金属键 ✓ 中间键型
陶瓷的晶体结构
2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则
结合键类型 离子键
共价键
金属键
分子键(范德华键) 氢键
实例
LiCl NaCl KCl RbCl
金刚石 Si Ge Sn
Li Na K Rb
Ne Ar
H2O HF
结合能 ev/mol
陶瓷的晶体结构
陶瓷的晶体结构
Q1：为什么要学习晶体结构？
材料的性能是由其组织结构决定的。 组织结构就是其内部原子的 排列方式。
陶瓷的晶体结构
Q2：你们印象中的晶体结构？
①
简单立方
面心立方
体心立方
②
简单四方
体心四方
③
简单正交 底心正交 面心正交 体心正交
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