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
上述数据代入上式求得：
△ rHm,6 =-689.1kJ·mol-1 则：U =689.1kJ·mol-1
2.Born-Lande公式
U KAZ1Z2 (1 1 )
R0
n
当 R0 以pm，U 以 kJ mol 1 为单位时，
U 138940 AZ1Z2 (1 1 ) kJ mol 1
式中：
Packing)； 体心立方堆积(Body-centred Cubic Packing)。
§9.3 离子晶体
9.3.1 离子晶体的特征结构 9.3.2 晶格能 9.3.3 离子极化
9.3.1 离子晶体的特征结构
离子晶体：密堆积空隙的填充。
阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。 规则：阴阳离子相互接触稳定；
按带心型式分类，将七大晶系分为14种
型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心
立方和面心立方三种型式。
9.1.3 球的密堆积
1.六方密堆积：hcp
第三层与第一 层对齐，产生 ABAB…方式。
配位数：12 空间占有率：
74.05%
2.面心立方密堆积：fcc
第三层与 第一层有错位， 以ABCABC… 方式排列。
配位数大，稳定。
1.三种典型的离子晶体 NaCl型 晶格：面心立方 配位比：6:6 晶胞中离子的个数：
(红球－Na+ , 绿球－Cl-)
Na：12 1 1 4个 4
Cl：8 1 6 1 4个 82
CsCl型
晶格：
简单立方
配位比： 8:8
(红球－Cs+ ,
绿球－Cl-)
Cs ：1个
晶胞中离子的个数： Cl
1. 晶胞的大小与形状：
由晶胞参数a，b，c，
α，β，γ表示， a，b，c 为六面体边长， α，β，
γ 分别是bc ， ca , ab 所 组成的夹角。
2. 晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶 胞中的相对位置。
按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
晶系
边长
夹角
晶体实例
立方晶系 三方晶系 四方晶系 六方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系
金属晶体是金属原子或离子彼此靠金 属键结合而成的。金属键没有方向性，金 属晶体内原子以配位数高为特征。
金属晶体的结构：等径球的密堆积。
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
r / r 0.414 理想的稳定结构(NaCl)
r / r 0.225 → 0.414 0.414 → 0.732 0.732 → 1.00
半径比规则
配位数 4 6 8
构型 ZnS 型 NaCl 型 CsCl 型
9.3.2 晶格能
定义：在标准状态下，按下列化学反
应计量式使离子晶体变为气体正离子和气
配位数：12 空间占有率:
74.05%
3.体心立方堆积：bcc
配位数：8
空间占有率： 68.02%
密堆积层间的两类空隙
•四面体空隙： 一层的三个球 与上或下层密 堆积的球间的 空隙。
•八面体空隙： 一层的三个球 与错位排列的 另一层三个球 间的空隙。
9.1.4 晶体类型
晶体的分类
金属晶体
组成 粒子
粒子间 作用力
物理性质
熔沸点
硬度
熔融导 电性
例
原子 离子
金属键
高低
大小
好
Cr, K
原子晶体 原子 共价键 高
大
差 SiO 2
离子晶体 离子 离子键 高
大
好 NaCl
分子晶体
分子
分子间 力
低
小
差 干冰
§9.2 金属晶体
9.2.1 金属晶体的结构 9.2.2 金属键理论 9.2.3 金属合金
9.2.1 金属晶体的结构
态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用
U 表示。 MaXb(s)
例如：NaCl(s)
aMb+(g) + bXa-(g) △ rHm Na+ (g) + Cl- (g)
△ rHm 786kJ mol-1 U 786kJ mol-1
1.Born-Haber循环
1
K(s) + 2 Br2 (l)
气化热 △ rHm,3

升 华 焓
△
rHm,1 1
2
1
2
键能
Br2 (g)
△ rHm,4
△ fHm
K(g)
Br (g)
△ rHm,5
电子亲和能
△ rHm,2
电离能
KBr(s)
U △ rHm,6
Br (g) +
K+ (g)
△ fHm = △ rHm,1 + △ rHm,2 +△ rHm,3 +△ rHm,4 +△ rHm,5 + △ rHm,6