无机化学_晶体结构
无机化学第3章_晶体结构
[答] 图3-1中的小立方体不具有平移性，因为它与相邻的小立方体并非等 同。相反，大立方体才具有平移性，在它的上下左右前后都有无隙并置的完 全等同的立方体，只是没有画出来而已，因此大立方体才是晶胞，小立方体 不是晶胞。
(2) 晶胞具有相同的顶角、相同的平面和相同的 平行棱
图3-19 底心晶胞举例（I2） [答]将晶胞原点移至bc面心（a）和ab面心（c）均不能
使所有原子坐标不变，只有将晶胞原点移至ac面心（b） 才得到所有原子坐标不变的新晶胞，可见碘的晶胞是B底 心（正交）晶胞。
立方
边长: a=b=c
夹角: = = =900
实例: Cu , NaCl
(只有1个晶胞参数a是可变动的)
四方
边长:a=bc
夹角: = = =900
实例: Sn, SnCl2
(有2个晶胞参数a和c)
六方
边长:a= bc
夹角: = =900 =1200
实例: Mg, AgI
(有2个晶胞参数a和c)
面心晶胞的特征
可作面心平移，即所有原子均可作在其原子坐标上+ （1/2，1/2，0；0，1/2，1/2；1/2，0，1/2）的平移 而得到周围环境完全相同的原子。如晶胞顶角有一个原子， 在晶胞三对平行面的中心必有完全相同的原子（周围环境 也相同）。
[例3-5]图3-17中哪个晶胞是面心晶胞？
图3-17面心晶胞（金属铜）（左）与非面心晶胞（Cu3Au）（右）举例
3-2-4 素晶胞与复晶胞
素晶胞是晶体微观空间中的最小基本单元。 复晶胞是素晶胞的多倍体。即体心晶胞、面心晶胞、 底心晶胞。
晶
素晶胞P
体心晶胞 I（2倍体）
无机化学第七章 晶体结构
例1：体心立方晶胞中金属原子的空间利用 率计算 (教材P.213, 图9-10) （1）计算每个晶胞含有几个原子:
1 + 8 × 1/8
= 2
体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个原子被8个 晶胞共享。
（二）空间利用率计算（续）
（2）原子半径r 与晶胞边长a 的关系： 勾股定理： 2a 2 + a 2 = (4r)
半径比规则（续）说明:
3. 值位于“边界”位置附近时，相应化合物 有2种构型。 例:GeO2 r + / r - = 53 pm / 132 pm = 0.40. 立方ZnS NaCl 两种晶体空间构型均存在. 4.离子晶体空间构型除了与r + / r -有关外，还 与离子的电子构型、离子互相极化作用（如 AgI）以至外部条件（如温度）等有关。
(三)半径比规则（续）说明：
1.―半径比规则”把离子视为刚性球，适用于离子 性很强的化合物，如NaCl、CsCl等。否则，误差大。 例：AgI(c) r + / r - = 0.583. 按半径比规则预言为NaCl型，实际为立方ZnS型。 原因：Ag+与I-强烈互相极化，键共价性↑，晶型转 为立方ZnS（C.N.变小，为4：4，而不是NaCl中的6：6） 2.经验规则，例外不少。 例：RbCl(c)，r / r 147pm / 184pm 0.80 0.732 预言CsCl型，实为NaCl型。
一、离子极化作用
离子极化作用（教材P.220图9-18） 离子极化力（Polarizing主动） 离子变形性 （ Polarizability, Polarized被动) 在异号离子电场作用下，离子的电子云发生变形， 正、负电荷重心分离，产生“诱导偶极”，这个过程 称为“离子极化”。 阳离子、阴离子既有极化力，又有变形性。 通常阳离子半径小，电场强，“极化力”显著。 阴离子半径大，电子云易变形，“变形性”显著。
无机化学 第7章 晶体的结构和性质
离子电荷 NaCl Na+ +1 CuCl Cu+ +1
r+/pm 95 96
溶解性 易溶于水 难溶于水
说明影响离子晶体的性质除了离子电荷、 离子半径外，还有离子的电子构型
7.6.1 离子的电子构型
简单阴离子的电子构型：ns2np6 8电子构型
阳离子外电子层 电子分布式
离子电 子构型
实例
1s2
2(稀有 气体型)
晶 液晶——介于液态和晶态之间的各向异 性的凝聚流体。
近似液态：能流动、不能承受应切力
近似晶体：介电常数、折射率、电导 率等性质各向异性
应用
由于对光、电、磁、热、机械压力及 化学环境变化都非常敏感，可作为各种信 息的显示和记忆材料。
第七章 固体结构与性质
7.2
离子晶体及其性质
7.2.1 离子晶体的特征和性
Sn2+、Pb2+ 、 Sb3+、Bi3+
7.6.2 离子极化的概念
＋
＋
－
对于孤立的简单离 子来说，离子电荷 分布基本上是球形 对称的，离子本身 的正、负电荷中心 重合, 不存在偶极
电场中，离子的原子 核和电子受电场的作 用，离子会发生变形, 产生诱导偶极，这种 过程称为离子极化
Li+
0.034
OH－
1.95
Na+
0.199
F－
1.16
Ca2+
0.52
Cl－
4.07
B3+
0.0033
Br－
5.31
Ag+
1.91
O2-
4.32
Hg2+
1.39
无机化学第二版课后练习题含答案
无机化学第二版课后练习题含答案
第一章晶体结构与晶体化学
练习题
1.什么是晶体结构？
2.描述组成配位数和形貌相同的正交晶系、四方晶系和六方晶系的特点。
3.TaCl5的结构类型是什么？给出TaCl5的点阵参数。
4.描述共价晶体和离子晶体的结构特点并给出两个例子。
答案
1.晶体结构是指对于一种给定的化学元素或化合物，其原子或离子分别
按一定的规律有序排列，形成具有规则重复的空间排列的结构。
–正交晶系：组成配位数为8，形貌倾向于长方体或正方体，一般相互垂直，如NaCl、MgO等。
–四方晶系：组成配位数为8，形貌为正方形或长方形板状，沿着一个轴和对角线对称。
如ZnS、TiO2、CaF2等。
–六方晶系：组成配位数为12，形貌为六边形柱状或针状，有沿着一个轴对称的等边六边形截面。
如α-石墨、SiC等。
2.TaCl5的结构类型是正交晶系。
TaCl5的点阵参数为a = 5.73 Å，b
= 5.28 Å，c = 11.85 Å，α = β = γ= 90°。
–共价晶体：由原子间较强的共价键构成，如金刚石、氧化硅（SiO2）。
–离子晶体：由阳离子和阴离子通过电滑移力相互结合而成，如NaCl、MgO。
1。
固体无机化学-晶体学基础2
l） （h k l） l） （h k i l） i ＝ - h＋k ） （
[U V W] [u v t w] U = u - t, V = v - t, W = w 1 1 u = [2U - V], v = [2V - U], t = -(u + v), w = W 3 3
（Miller Indices of Crystallographic Direction and Planes） 前已指出，任何阵点的位置可由矢量ruvw和该点阵的坐标u,v,w来确定。 同样晶向OP可沿a,b,c三个方向分解为三个矢量，即 1．阵点坐标 op = xa + yb + zc 2.晶向指数（Orientation index）
宏观对称要素— 宏观对称要素—回转对称轴
二维晶胞的密排图形
宏观对称要素— 宏观对称要素—对称面
1 晶体通过某一平面作 镜像反映而能复原， 则该平面称为对称面 或镜面。 2 对称面用符号 m 表示。
宏观对称要素宏观对称要素-对称中心
1 如果位于晶体中心O点一边 的每点都可在中心的另一边 得到对应的等同点，且每对 点子的连线均通过O点并被 它所等分，则此中心点称为 晶体的对称中心 对称中心。或称为反 对称中心 演中心。即晶体的每一点都 可借以O点为中心的反演动 作而与其对应点重合。 2 对称中心用符号 z 表示。
1 对称要素构成一些动作，即晶体经过这些动作 之后所处的位置与其原始位置完全重合，也就 是晶体上每一点的新旧位置都完全重合。 2 晶体的对称要素可分为宏观和微观两类。宏观 对称要素反映出晶体外形和其宏观性质的对称 性。而微观对称要素与宏观对称要素配合运用 就能反映出晶体中原子排列的对称性。
无机化学晶体结构
晶体结构和类型 金属晶体 离子晶体 分子晶体 混合晶体
§9.1 晶体结构和类型
9.1.1 晶体结构的特征与晶格理论 9.1.2 晶体缺陷 非晶体 9.1.3 球的密堆积 9.1.4 晶体类型
9.1.1 晶体结构的特征与晶格理论
晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞
在空间平移无隙地堆砌而成晶体。 晶胞的两个要素：
第九章 晶体结构
• 教学要求： • 1、理解晶体的基本概念，掌握四种晶体类
型的特征和性质； • 2、初步了解离子极化的概念及其应用； • 3、掌握金属键的“自由电子”理论，了解
能带理论。 • 教学难点： • 离子极化；离子晶体的空间结构。
第九章 晶体结构
§9.1 §9.2 §9.3 §9.4 §9.5
a=b=c a=b=c a = b≠c a = b≠c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c
α=β=γ= 900 α=β=γ≠900 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ= 1200 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ≠ 900 α≠β≠γ≠ 900
NaCl
Al2O3 SnO2 AgI HgCl2 KClO3 CuSO4·5H2O
-：8 1
1个
8
ZnS型(立方型)
晶格：面心立方
配位比：4:4 (红球－Zn2+ , 绿球－S2-) 晶胞中离子的个数： Zn2：4个
S2-：6 1 8 1 4个 28
半径比(r+/r-)规则： 其中一层横截面： (4r )2 2(2r 2r )2
令 r 1
r / r 0.414
NaCl晶体
△ rHm,1=89.2kJ·mol-1 △ rHm,2 =418.8kJ·mol-1 △ rHm,3 =15.5kJ·mol-1 △ rHm,4 =96.5kJ·mol-1 △ rHm,5 =-324.7kJ·mol-1 △ fHm =295.3kJ·mol-1
无机化学——原子晶体与分子晶体
B
B
C A
A
面心立方 紧密堆积
六方紧密堆积
Body-centered cubic cell (BCC)
体心立方紧密堆积 CN=12，利用率 =68% K、Rb、Cs、Li、 Na A B
A
体心立方 紧密堆积
7.4.2 金属键 金属键：金属原子的价电子可以完全失去成为自由电子，并在 晶格中运动，自由电子把金属阳离子胶合成金属晶体，这种胶 合作用就叫金属键。金属键无饱和性和方向性。
氯化氢、氨、三氯化磷、冰等由极性键构成的极性分子，晶体 中分子间存在色散力、取向力、诱导力，有的还有氢键，所以 它们的结点上的粒子间作用力大于分子量相近的非极性分子之 间的引力。
分子晶体的特性 分子晶体是以独立的分子出现的 ，化学式就是分子式。
分子晶体可以是非金属单质，如卤素、H2、N2、O2； 非金属化合物，如CO2、H2S、HCl、HN3等 绝大多数有机化合物，稀有气体的晶体
7.6.3 离子极化对物质性质的影响 一、离子的电子构型
外层电子结构 电子构型 阳离子实例
ns2np6
8
Na+, Mg2+,Al3+,Ti4+
ns2np6 nd1-9
9-17
Cr3+,Mn2+,Fe3+,Cu2+
ns2np6 nd10
18
Ag+,Zn2+,Cd2+,Hg2+
s2p6d10ns2
18+2
7.3 原子晶体与分子晶体 Atomic Crystals
在原子晶体的晶格结点上排列着中性原子，原子间以极强的 共价键相结合，如单质硅（Si）、二氧化硅（SiO2）、碳化 硅（SiC）金刚砂、金刚石（C）和氮化硼BN（立方）等。
无机化学《晶体结构》教案
无机化学《晶体结构》教案[ 教学要求]1 ．了解晶体与非晶体的区别，掌握晶体的基本类型及其性质特点。
2 ．了解离子极化的基本观点及其对离子化合物的结构和性质变化的解释。
3 ．了解晶体的缺陷和非整比化合物。
[ 教学重点]1 ．晶胞2 ．各种类型晶体的结构特征3 ．离子极化[ 教学难点]晶胞的概念[ 教学时数] 4 学时[ 主要内容]1 ．晶体的基本知识2 ．离子键和离子晶体3 ．原子晶体和分子晶体4 ．金属键和金属晶体5 ．晶体的缺陷和非整比化合物6 ．离子极化[ 教学内容]3-1 晶体3-1-1 晶体的宏观特征晶体有一定规则的几何外形。
不论在何种条件下结晶，所得的晶体表面夹角（晶角）是一定的。
晶体有一定的熔点。
晶体在熔化时，在未熔化完之前，其体系温度不会上升。
只有熔化后温度才上升。
3-1-2 晶体的微观特征晶体有各向异性。
有些晶体，因在各个方向上排列的差异而导致各向异性。
各向异性只有在单晶中才能表现出来。
晶体的这三大特性是由晶体内部结构决定的。
晶体内部的质点以确定的位置在空间作有规则的排列，这些点本身有一定的几何形状，称结晶格子或晶格。
每个质点在晶格中所占的位置称晶体的结点。
每种晶体都可找出其具有代表性的最小重复单位，称为单元晶胞简称晶胞。
晶胞在三维空间无限重复就产生晶体。
故晶体的性质是由晶胞的大小、形状和质点的种类以及质点间的作用力所决定的。
3-2 晶胞3-2-1 晶胞的基本特征平移性3-2-2 布拉维系十四种不拉维格子类 型 说 明单斜底心格子（ N ） 单位平行六面体的三对面中 有两对是矩形，另一对是非矩形 。
两对矩形平面都垂直于非矩形 平面，而它们之间的夹角为β， 但∠β≠ 90°。
a 0≠ b 0 ≠ c 0 ，α = γ =90°， β≠ 90°正交原始格子（ O ） 属于正交晶系，单位平 行六面体为长、宽、高都不 等的长方体，单位平行六面 体参数为： a 0 ≠ b 0 ≠ c 0 α = β = γ =90 °正交体心格子（ P ） 属于正交晶系，单位平行六 面体为长、宽、高都不等的长方 体，单位平行六面体参数为： a 0 ≠ b 0 ≠ c 0 α = β = γ =90 °正交底心格子（ Q ） 属于正交晶系，单位平 行六面体为长、宽、高都不 等的长方体，单位平行六面 体参数为： a 0 ≠ b 0 ≠ c 0 α = β = γ =90 °正交面心格子（ S ） 属于正交晶系，单位平 行六面体为长、宽、高都不 等的长方体，单位平行六面 体参数为： a 0 ≠ b 0 ≠ c 0 α = β = γ =90 °立方体心格子（ B ） 属于等轴晶系，单位平行六 面体是一个立方体。
晶体结构总结
晶体结构总结简介无机化学中，晶体结构是研究物质的有序排列方式和性质的重要方面。
晶体结构的研究对于理解和预测物质的物理、化学性质具有重要意义。
本文将对晶体结构的基本概念、分类和研究方法进行总结。
晶体结构的基本概念晶体是由原子、离子或分子等构成的周期性有序排列的固体。
晶体结构是指晶体中原子或离子的有序排列方式，决定了物质的物理、化学性质。
晶体结构的基本概念包括晶胞、晶格和晶体面。
晶胞是指晶体中最小的重复单元，可以看作是一个几何体，它的外形和大小由晶体的结构决定。
晶格是晶体中原子或离子的有序排列方式，可以看作是晶体中的虚拟网格。
晶格中的点被称为胞内原子或离子。
晶体面则是晶胞的界面，由一组晶胞面构成。
晶体结构的分类根据晶胞的对称性，晶体结构可以分为离散晶体和连续晶体。
离散晶体是指晶胞中只有少数几个原子或离子，它们之间通过化学键或相互作用力保持结合。
离散晶体常见的结构类型包括离子晶体、共价晶体和金属晶体。
连续晶体是指晶胞中包含大量的原子、离子或分子，它们之间通过一系列规则的对称操作排列。
连续晶体常见的结构类型包括简单晶格、面心立方晶格和体心立方晶格等。
晶体结构的研究方法研究晶体结构的方法主要包括晶体衍射和晶体结构分析。
晶体衍射是通过将射线照射到晶体上，测量从晶体中射出的衍射波的方向和强度来研究晶体结构。
常用的晶体衍射方法包括X射线衍射、中子衍射和电子衍射等。
晶体结构分析是利用实验数据和计算方法确定晶体的原子或离子排列方式。
常用的晶体结构分析方法包括X射线单晶衍射、粉末衍射和电子显微镜等。
结论晶体结构是无机化学中的重要研究领域，对于理解和预测物质的性质至关重要。
通过研究晶体结构，人们可以深入揭示物质中原子、离子或分子的排列方式，从而为材料科学、催化剂设计等领域提供基础的理论支持。
参考文献1. 王道，无机化学基础，化学工业出版社，2010。
2. 高清榜，晶体学导论，科学出版社，2012。
3. 晶体结构与理论组，无机化学实验，化学工业出版社，2015。
无机化学(北师大版)第3章 晶体结构 章节测试(含答案)
第三章晶体结构一选择题1．下列有关离子变形性的说法中，不正确的是（）。
A．8电子构型的离子的变形性小于其他电子构型的离子B．同一元素不同价态的负离子中，所带负电荷越多变形性越大C．同种原子形成的阴离子比阳离子变形性大D．离子半径大，则变形性大（其他条件相同）2．下列各组离子化合物的晶格能变化顺序中，正确的是（）A、MgO> CaO> Al2O3B、LiF> NaCl >KIC、RbBr< CsI <kclD、BaS> BaO> BaCl23．Ag+的电子构型为（）。
A．18B．18＋2C．9～17D．84．下列各种电子构型的正离子，其极化力和变形性均较小的是（）。
A．8电子构型B．9～17电子构型C．18电子构型D．18＋2电子构型5．下列化合物中，熔点最低的是（）。
A．BCl3 B. SiCl4C.SiCD.NaCl6．下列各晶体中，熔化时只需克服色散力的是（）。
A．KB．H2OC．SiCD．SiF47．下列离子中，磁矩最大的是（）。
A.Ni2+B.V2+C.Ti4+D.Mn2+8．下列各组离子中，离子的变形性最大的是（）。
A.I- B.Cl- C.Br- D.F-9．下列物质中，熔点最低的是（）。
A.NaFB.AlF3C.KClD.CaO10．在NaCl晶体中，Na+（或Cl-）的配位数是（）。
A．4B．5C．6D．811．晶体熔化时，需破坏共价键作用的是（）。
A．PH3B．AlC．KFD．SiO212．下列物质中熔点最高的是（）。
A．NaClB．N2C．NaD．SiO213．关于分子晶体的叙述中，正确的是（）。
A．分子晶体中只存在分子间力B．分子晶体晶格结点上排列的分子可以是极性分子或非极性分子C．分子晶体不溶于水D．分子晶体在水溶液中不导电14．离子晶体中，正、负离子配位数比不同的最主要原因是（）。
A．正、负离子半径B．正、负离子的电荷C．正、负离子的电子构型D．晶格能15．对于AB型的离子晶体，若正、负离子配位数为4，则它们的半径之比r+/r-为（）。
无机化学第六章分子结构与晶体结构
第六章 分子结构与晶体结构 3.键角(α) 在分子中键与键之间的夹角，称为键角。 对双原子分子，分子的形状总是直线型的。 对于多原子分子，由原子在空间排列不同，所以有不 同的键角和几何构型。例如，H2O分子中O—H键的键 长和键角分别为96 pm和104.45°，说明水分子是V形 结构。
第六章 分子结构与晶体结构
第六章 分子结构与晶体结构 σ键π键比较 通常π键形成时原子轨道重叠程度小于σ键的，故π 键常没有σ键稳定，π电子容易参与化学反应。 当两原子形成双键或叁键时，既有σ键又有π键。例 如，N2分子的2个N原子之间就有一个(且只能有一个)σ键 和两个π键 。
第六章 分子结构与晶体结构
第六章 分子结构与晶体结构 2.非极性共价键和极性共价键 非极性共价键 由同种原子组成的共价键，如单质分子H2，O2，N2， Cl2等分子中的共价键，由于元素的电负性相同，电子云 在两核中间均匀分布(并无偏向)，这类共价键称为非极性 共价键。
第六章 分子结构与晶体结构
学习指南 第一节共价键理论 第二节 杂化轨道理论与分子几何构型 第三节 分子间力与分子晶体 第四节 离子键与离子晶体 第五节 离子极化 第六节 其他类型晶体 习题 习题参考答案
第六章 分子结构与晶体结构
本章重点： 1. 价键理论 2.杂化轨道理论 3.分子间力与分子晶体 本章难点： 1.杂化轨道理论 2.分子的结构与物理性质的关系
第六章 分子结构与晶体结构
第一节共价键理论
共价键的形成 由H原子形成H2分子的系统为例来说明假设有两种情 况。 (1) 两个H原子中电子的自旋方向相反。两个1s轨道的形成 最大重叠，系统能量最低，形成稳定的化学键
第六章 分子结构与晶体结构 （2）两个H原子的自旋方向相同。当它们相互靠近， 两原子核间的电子概率密度几乎为零。系统能量升高， 不能形成化学键。 H2分子能量曲线
《无机化学》第3版 宋天佑 第7章 晶体结构
分子越大，越容易变形，瞬 间偶极也越大。
7. 1. 2 分子间作用力
分子间力最早是由范德华 研究实际气体和理想气体状态 方程的偏差时提出来的
因而，分子间力又称为范 德华力。
分子间的范德华力可根据 来源不同分为
取向力、诱导力和色散力
1. 取向力 取向力又称定向力，是极性 分子之间的永久偶极与永久偶极 之间的静电引力。
对弱的氢键，如 C－H ···O，C－H ···N 等， 其方向性和饱和性不如经典的 氢键严格。
H ···Y 间距离较长， 经常出现一个 Y 原子同时 形成多个氢键的情况。
（2） 氢键的强度
氢键的强弱与 X 和 Y 的电负性 大小有关。
X，Y 的电负性越大，则形成 的氢键越强。
氢键的强弱也与 X 和 Y 的半径大小有关。
q+·q－ V吸引 = 4 π ε0 r
当正负离子相互接近时，它 们之间主要是静电吸引作用。
但当正负离子进一步相互接 近时，除了静电吸引外，还存在 外层电子之间以及原子核之间的 相互排斥作用。
这种排斥作用当 r 较大时 可以忽略。
但当正负离子充分接近，r 极小时， 这种排斥作用的势能 迅速增加。
V
0
Vr0 r
主要表现为吸引作用。 所以，体系的能量随着 r 的 减小而降低。
V
0
Vr0 r
当 Na+ 和 Cl－ 非常接近时， r 很小，此时排斥作用为主，体 系能量迅速增大。
V
0
Vr0
r0
r
当 Na+ 和 Cl－ 接近平衡距离
r0 时，体系的吸引作用和排斥作 用处于动态平衡，
V
0
Vr0
无机化学 晶体结构
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 13
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
a=b≠c a=b≠c a=b=c a ≠b ≠c a ≠b ≠c a ≠b ≠c
24
角度
实例
α=β=γ=90°
岩盐(NaCl)
α=β=γ=90° α=β=90°γ=120° α=β=γ≠90°(<120°)
α=β=γ=90° α=β=90°γ>90°
α≠β≠γ
白锡 石墨 方解石(CaCO3) 斜方硫 单斜硫 重铬酸钾
41
利用“玻恩-哈伯循环法”计算晶格能
Na(s)+
1 2
Cl
2
(g)
△fHm
升
华 △ rHm,1
△ rHm,2
焓
1 键能
2
25
七
个
六方H
三方R
四方P
四方I
晶
系
中
又
立方P
立方I
立方F
包
含
十
b
四 种
三斜P
γ 单斜P
单斜C
晶
格
正交P
正交C
正交F
正交I
26
单晶与多晶
单晶体
是由一个晶核（微小的晶体）各向均匀生长而成的晶 体，其内部的粒子基本上是按照某种规律整齐排列的。
无机化学第七章晶体结构
无机化学第七章晶体结构晶体结构是无机化学中一个重要的概念。
晶体是由一个或多个原子、离子或分子有序排列组成的固体，具有规则的几何形状。
晶体结构研究的是晶体中原子、离子或分子的排列方式和间距。
晶体结构的研究首先要确定晶胞的类型和晶格常数。
晶胞是晶体中基本的重复单元，可以通过晶胞的平移得到整个晶体。
晶格常数是指晶胞中原子、离子或分子的排列方式和间距。
晶体结构可以用晶胞的对称性来描述。
对称性是指晶胞的各个面和角的排列方式。
晶胞的对称性可以分为平面对称、轴对称和空间对称。
根据对称性的不同，晶体可以分为立方晶体、四方晶体、正交晶体、六方晶体、单斜晶体、三斜晶体和三角晶体等七种类型。
晶体结构中还有一些重要的概念，如晶系、空间群和点群。
晶系是指晶体结构的基本几何形状，包括立方、四方、正交、六方、单斜、三斜和三角七种类型。
空间群是指晶体结构的完整的对称操作，包括平移、旋转、反射和滑移。
点群是指晶体结构的实际的对称操作，只包括旋转和反射，不包括平移。
晶体结构的研究方法主要有X射线衍射方法、电子衍射方法和中子衍射方法等。
X射线衍射是最常用的晶体结构研究方法。
当X射线通过晶体时，会发生衍射现象。
根据衍射的图样可以确定晶体的结构。
晶体结构的研究对于了解物质的性质和应用具有重要的意义。
晶体结构可以影响物质的物理和化学性质，如硬度、透明度和导电性等。
通过了解晶体结构，可以设计和合成具有特定性能的材料，如硅和镍钴锌铁氧体等。
晶体结构的研究还可以为材料科学、能源、光电子学和生物医学等领域的研究提供指导。
总之，晶体结构是无机化学中一个重要的概念。
通过研究晶体结构，可以了解晶体的组成和排列方式，以及晶体对物质性质的影响。
安徽安徽高中化学竞赛无机化学第六章晶体结构基础
安徽安徽高中化学竞赛无机化学第六章晶体结构基础6. 0. 01 晶体的四种差不多类型：依照晶体中微粒之间相互作用的性质，能够将晶体分成4种差不多类型：离子晶体、金属晶体、分子晶体和原子晶体。
6. 1. 01 分子晶体及其物理性质：分子之间以分子间作用力结合成的晶体称为分子晶体。
由于熔、沸点较低，因此分子晶体一样要在较低的温度下才能形成，而在常温时多以气体形式存在。
分子晶体的硬度较小，导电性能一样较差，因为电子从一个分子传导到另一个分子专门不容易。
6. 1. 02 极性分子：分子的正电荷重心和负电荷重心不重合，则为极性分子。
6. 1. 03 偶极矩：极性分子的极性能够用偶极矩m 来度量。
若正电荷（或负电荷）重心上的电荷量为q，正、负电荷重心之间距离即偶极长为d，则偶极矩m = q d6. 1. 04 偶极矩的单位：当d = 1.0 ´10－10 m，即d 为 1 ，q = 1.602 ´10－19 C，即q 为电子的电荷量时，偶极矩m = 4.8 D。
D 为偶极矩单位，称为德拜。
在国际单位制中，偶极矩m以C•m（库仑•米）为单位，当q = 1 C，d = 1 m时，m = 1 C•m。
C•m 与D 这两种偶极矩单位的换算关系为= 3.34 ´10－30 C•m6. 1. 05 永久偶极：极性分子的偶极矩称为永久偶极，偶极矩的矢量方向由正极指向负极。
多原子分子中的大p 键及孤电子对，有时也阻碍分子的偶极矩。
6. 1. 06 诱导偶极：非极性分子在外电场的作用下，能够变成具有一定偶极矩的极性分子，如下面左图所示。
而极性分子在外电场作用下，其偶极矩也能够增大，如下面右图所示。
在电场的阻碍下产生的偶极称为诱导偶极。
6. 1. 07 阻碍诱导偶极的因素：诱导偶极强度大小与电场强度成正比，也与分子的变形性成正比。
所谓分子的变形性，即分子的正、负电荷重心的可分程度。
分子体积越大，电子越多，变形性越大。
无机化学中的晶体结构与晶格缺陷
无机化学中的晶体结构与晶格缺陷晶体是由周期性排列的原子、离子或分子组成的固体，具有长程有序性和对称性。
在无机化学中，晶体结构是一个重要的研究对象。
对于一种物质来说，了解其晶体结构可以揭示其化学和物理性质，并且为其制备及应用提供指导。
本文将探讨无机化学中的晶体结构及其缺陷。
1. 晶体结构的分类在无机化学中，晶体结构可以根据其元素和化学键的不同而分为离子晶体、共价晶体和分子晶体。
其中，离子晶体以离子间的静电作用为主要力，具有高的熔点和硬度，例如氯化钠。
共价晶体以共价键为主要力，例如金刚石。
分子晶体以分子间的相互作用为主要力，具有低的熔点和硬度，例如硫酸甘油。
2. 晶体的晶格和晶胞晶体中原子、离子或分子的周期性排列构成了晶格结构。
晶格是由晶体单位中重复出现的空间点组成的。
晶格由三个相互垂直的轴和各自上的点阵构成。
晶格用一组指标（如a、b、c、α、β、γ）来描述。
晶胞是晶体的基本结构单元，是一系列被原子或离子占据的几何空间。
晶胞可以是立方、四方、正交、单斜、三角、六方和三斜等类型。
不同的晶胞形状影响晶体物理和热力学性质。
3. 晶体的晶格缺陷理想的晶体结构是由规律的周期排列的原子、离子或分子组成的。
然而，在实际晶体中，由于各种因素的影响，晶体结构会出现缺陷，这些缺陷被称为晶格缺陷。
这些晶格缺陷会直接影响晶体的物理和化学性质。
晶格缺陷可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是晶体中单个原子、离子或空位的缺失或存在。
例如，氧化铝中的阳离子晶格中可能存在空位缺陷。
线缺陷是晶体中沿着一定方向具有局部偏差的缺陷。
例如，在氧化铝中，局部偏移的氧离子构成线缺陷。
面缺陷是晶体中平面上存在的缺陷，例如晶格错位或位错等。
晶格缺陷的存在可以导致物理和化学性质的改变。
例如，缩小晶胞之间距离的面缺陷催化剂可以提高反应速率。
结论在无机化学中，晶体结构和晶格缺陷是有重要意义的。
通过对晶体结构和缺陷的研究，可以深入了解物质的物理和化学性质，并指导其制备和应用。
无机化学 晶体结构
我们研究的晶体含有各种原子、分子， 它们按某种规律排列成基本结构单元， 我们可按结构基元抽象为点阵点。
3-2 晶 胞
1. 晶胞基本特征
晶体中最有代表性的重复单位。 晶胞有二个要素：一是晶胞的大小、型式，另 一是晶胞的内容。晶胞的大小、型式由a、b、 c三个晶轴及它们间的夹角α.β.γ所确定。晶胞 的内容由组成晶胞的原子或分子及它们在晶胞 中的位置所决定。
3-5 原子晶体和分子晶体 1、分子晶体 、
特点:分子间的作用力为范德华力。硬度小，熔 沸点低等。
2、原子晶体 、
特点:
原子和原子之间的结合力是共价键。硬度大，不到电。 原子和原子之间的结合力是共价键。硬度大，不到电。 属于原子晶体的物质有: 属于原子晶体的物质有: 单质Si 单质硼、 单质Si , 单质硼、 SiC, SiO2 , BN, B4C , AlN
离子半径的变化规律
1.同主族 从上到下 电子层增加 具有相同电荷数的离子 同主族, 从上到下, 电子层增加, 同主族 半径增加. 半径增加 2.同周期 主族元素 从左至右 离子电荷数升高 最高价离 同周期: 离子电荷数升高, 同周期 主族元素, 半径减小. 子, 半径减小 3.同一元素 不同价态的离子 正电荷高的半径小。 同一元素, 同一元素 不同价态的离子, 正电荷高的半径小。 4.一般负离子半径较大 正离子半径较小 一般负离子半径较大; 一般负离子半径较大 5.周期表对角线上 左上元素和右下元素的离子半径相似 周期表对角线上, 周期表对角线上 左上元素和右下元素的离子半径相似. 的半径相似. 如: Li+ 和 Mg2+, Sc3+ 和 Zr4+ 的半径相似 6. 镧系元素离子半径，随原子序数增加，缓慢减小 镧系元素离子半径，随原子序数增加，
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例如：在标态和298.15K下， NaCl(s) → Na+(g) + Cl-(g)
U= 770kJmol-1
NaCl 型 离子晶体 NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO
Z1 1 1 1 1 2 2 2 2
Z2 1 1 1 1 2 2 2 2
r+ /pm 95 95 95 95 65 99 113 135
根据晶格结点上微粒的种类及其作用力的不同， 晶体分为 离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体
镍基单晶高温合金
7.2 离子晶体
7.2.1 特征和性质 晶格结点上交替排列着正、负离子，以离子键相结合。 典型的离子晶体是由活泼金属与活泼非金属形成的化合物。 总的：由于离子键的键能较高，离子晶体一般具有较高的 熔点、硬度，难于挥发，但较脆。 具体：离子晶体中的晶格的牢固程度，可用晶格能来衡量 (后面介绍)。 概念：配位数： 通常是指晶体内(或分子内)某一粒子周围最接近该粒 子的粒子数目。例如：NaCl中， Na+周围最接近的有6 个Cl- ， Cl-周围最接近的有6个Na+ ，Na+和Cl-的配位 数均为6。
第七章 固体结构
思考题 1）为什么同是固体的金刚石和干冰性质差别如何 之大？ 2）为什么阴阳离子电荷相同、半径相近的NaCl和 CuCl晶体，性质却有很大差别(NaCl 溶于水 而 CuCl不溶)？
7.1 晶体及其内部结构 7.1.1 晶体的特征 (1)有特定的几何形状
(2)有固定的熔点 (判断是否是晶体的一个很重要标准) (3)各向异性 晶体与非晶体在性质上的差异，是由其内部结构上的差异 造成的。 晶体：内部微粒(分子、原子或离子)的排列是有次序的， 有规律的，而且在不同的方向上排列往往不同，因而造 成了晶体的各向异性。 非晶体：内部微粒的排列是无次序的，无规律的
钒(1890℃) 铬(1857℃) 铌(2468℃) 钼(2610℃)
锝(2172℃) 钌(2310℃) 铑(1966℃) 铪(2227℃)
钽(2996℃) 钨(3410℃) 铼(3180℃) 锇(3045℃)
铱(2410℃) 钨是熔点最高的金属 高熔点合金
高温合金制造的火焰筒
பைடு நூலகம்
金属晶体的内部结构(金属堆积方 式 )： 假定晶体中的粒子是球形的， 每个球周围可排6个球构成密 堆积层(第一层)；第二层堆积 在第一层上，每个球放入第一 层三个球所形成的空隙中；第 三层有两种不同的情形，一是 第三层与第一层球对齐，成 ABAB型排列----六方最密堆积， 二是第三层与第一层有一定错 位，以ABCABC型排列----面 心立方最密堆积。
3 能带理论 能带理论把金属晶体看成为一个大分子。这个分子由 晶体中所有原子组合而成。以Li原子为例，每立方 厘米的金属Li晶体，所含Li原子近1022数量级，一个 Li原子有1s、2s两个轨道，按分子轨道概念，n个原 子轨道可以组成n个分子轨道， 1022个原子轨道可 以组成1022个分子轨道，分子轨道如此之多，分子 轨道之间的能级差很小，实际上这些能级很难分清， 可以看成连成一片成为能带。 由2s原子轨道组成的能带称为2s能带。
思考题：实验发现：在石英表面涂覆一层石蜡后，当用热 的针尖接触石蜡时，发现接触点周围的石蜡熔化成椭 圆形；当用玻璃代替石英实验时，发现接触点周围的 石蜡熔化成圆形。为什么? 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。例如把石英晶 体熔化后迅速冷却，可以得到硅石玻璃(非晶体)。 从热力学上讲，晶态比非晶态稳定。
例: 金刚石晶体中，每一个C原子（sp3杂化）通过共价 键与相邻的四个C原子结合，构成正四面体 熔点 3570℃ 硬度 10
7.3.2 分子晶体 晶格结点上排列的是分子，分子之间以分子间力(有些还 有氢键)相结合。 分子间力较小，故分子晶体熔点低，硬度小 常见分子晶体：稀有气体、大多数非金属单质和非金属之 间的化合物、大部分有机化合物 例如：干冰（固体CO2） 就是典型的分子晶体， 晶格结点上排列的是 CO2分子。在-78.5 ℃时升华。
rU /pm /kJ·mol-1 136 920 181 770 195 733 216 683 140 4147 140 3557 140 3360 140 3091
熔点 /o C 992 801 747 662 2800 2576 2430 1923
硬度 3.2 2.5 <2.5 <2.5 5.5 4.5 3.5 3.3
半导体与绝缘体的区别不是绝对的。绝缘体在通常情况 下是不导电的，但在高温或高压下，价带中的电子就有 可能穿越禁带、跃迁到导带，而使绝缘体变为半导体。 例如，零族元素单质可在高压下导电，并发出各种颜色 的光。“人造小太阳”就是在石英管中充有氙气的氙灯。
思考题
如何根据能带结构来说明温度对导体、半导体和绝缘体导电性的 不同影响? 最常见的导体是金属，金属的导电主要是通过导带中电子的定向 运动来实现的。当温度升高时，金属中离子的热振动加剧， 电子与它们碰撞的频率增加，使电子运动受到阻碍，从而使 金属导电能力下降。因此金属的导电性随温度升高而下降。 绝缘体由于禁带宽度较大（通常达到500kJ· mol-1），在一 般温度下，电子难以藉热运动从价带跃过禁带而迁移到导带 中，因此没有能自由运动的电子，即使升高温度也仍然不能 导电。但在很高的温度下有可能使少量价带电子热激发到导 带而具有半导体性质。 半导体的禁带宽度要小得多，一般在100kJ· mol-1左右， 可能有少数电子藉热激发，从价带跃迁到导带而成为能在电 场下运动的自由电子，所以有一定导电性。随温度升高，电 子的热激发增强，因此半导体的导电性随温度升高而增强
2 晶体缺陷 理想晶体：晶体内每一个粒子的排列均完全符合某种规 律的晶体 实际晶体内部的点缺陷可分为空穴缺陷、置换缺陷和间 充缺陷。
a 空穴
b 置换
c 间充
晶体中的缺陷对晶体的物理、化学性质产生影响。如纯铁 中加入少量碳或某些金属可制得性能优良的合金钢；纯锗 中加入微量的镓或砷，可强化锗的半导体性能。
7.4 金属晶体
1 内部结构 晶格结点上排列的是金属原子，金属原子间以金属键 相结合。 金属键的强弱不同，金属晶体的熔点、硬度差异很大。 常见的金属晶体：金属单质，合金 低熔点金属 低熔点金属主要集中于第Ⅰ主族、第Ⅱ副族及大多数p 区金属。第Ⅰ主族金属较活泼，p 区的镓、铟、铊资源 稀少，因此常用的低熔点金属有汞(-38.84℃)、锡 (231.97℃)、铅(327.5℃)、锑(630.7℃)和铋(271.3℃)等。 低熔点金属主要用于制备低熔点的合金。
NaCl晶体的晶胞
7.1.3 单晶体和多晶体( 自学)
晶体还可分为单晶和多晶。单晶是由一个晶核沿各个方向 均匀生长而成的，其晶体内部粒子基本上是按一定规则 整齐排列的，如单晶硅。通常的晶体是由很多单晶颗粒 杂乱聚结而成。尽管每颗晶粒是各向异性的，但由于晶 粒排列杂乱，各向异性互相抵消，使整个晶体失去了各 向异性的特征。这种晶体称为多晶，例如大多数金属及 其合金。
另外还有一种体心立方密堆积，就是在由A球组成的立 方体中心堆积有B球 面心立方最密堆积 配位数为12 例Ca、Sr、Fe、Co、Ni 六方最密堆积 配位数为12 例Be、Mg、Y、Ce、Zr 体心立方密堆积 配位数为8 例Li、Na、Cs、Ba、Ti
2 金属键
• 与非金属原子相比，金属原子的半径比较大，核对价 电子的吸引力比较弱 • 价电子容易从金属原子上脱落下来汇集成所谓的“电 子海” • 脱落下来的电子能在整个金属晶体中自由流动而被称 之为自由电子 • 金属中自由电子与金属正离子间的作用力叫做金属键， 正是这种作用力将金属原子“胶合”起来形成金属晶 体。 • 金属键不具有方向性和饱和性
金属键理论可以定性解释金属的多数特征 • 导电性 自由电子在外电场影响下定向流动形成电 流使金属具有良好的导电性 • 导热性 金属的导热性也与自由电子有关，运动中 的自由电子与金属离子通过碰撞而交换能量进而将 能量从一个部位迅速传到另一个部位 • 延展性 与离子型和共价型物质不同，外力作用于 金属晶体时，正离子间发生的滑动不会导致键的断 裂，使金属表现出良好的延展性，从而便于机械加 工 一般说来，价电子比较多的金属熔、沸点相对比较高， 据认为这是由于更多的电子“下海”后增强了金属 键。价电子多的金属，其硬度和密度也比较大。
能带分为满带、导带、禁带
充满电子的较低能量的能带称为满带 未充满电子的较高能量的能带称为导带 满带与导带之间不存在电子能级的能量间隔称为禁带
按能带结构的不同，可将固体分为导体、半导体和绝缘 体。 只有在既有电子、又有空能级的能带中，电子才能自由 移动，从而可在电场作用下产生定向运动而导电。
金属具有如下图所示的几种类型的能带结构，因 此具有良好的导电性
低熔点合金
低熔点合金通常由锡、铅、铋等元素组成。 例如，质量分数50%的铋、25%的铅、12.5% 的锡和12.5%的镉组成的合金(伍德合金)，其熔 点为71℃，可用于自助灭火设备、高压锅和蒸气 锅炉的安全装置上
轻合金
镁合金
铝合金
手机壳
飞机的铝合金蒙皮
钛合金
钛合金制造的发动机叶片
高熔点金属 高熔点金属主要集中于第Ⅵ副族附近的d 区元素。通常 认为熔点等于或高于铬的熔点(1857℃)的金属为耐高温金 属，共有13种，分别为
7.5 混合型晶体和晶体缺陷(自学)
1混合型晶体 晶体内同时存在着几种不同的作用力，具有几种晶体的结构和性质。 例：石墨 C以sp2杂化方式形成3条 sp2杂化轨道，分别与相邻的3个C原 子形成3条σ键，键角为120°，构成一 个正六角形的平面层。每个C原子还 有1个2p电子，其p轨道垂直于上述平 面层。这些相互平行的p轨道相互重叠 形成遍及整个平面层的大π键。大π键 中的电子能沿着层面流动，使石墨具 有良好的导电、导热性，工业上可用 作电极和冷却器。石墨晶体中层与层间的距离较远，作用力较小， 所以外力作用下易滑动，可作固体润滑剂。