无机化学晶体结构
无机化合物的结构与性质
无机化合物的结构与性质无机化合物是由无机元素组成的化合物，在自然界和工业中都广泛存在。
无机化合物的结构与性质是化学领域的重要研究内容之一。
本文将介绍无机化合物的结构及其与性质之间的关系。
一、晶体结构无机化合物的晶体结构对其性质具有重要影响。
晶体是由粒子（原子、离子或分子）按照一定的规律排列而成的有序固体。
不同的无机化合物具有不同的晶体结构，一般可归为离子晶体、共价晶体和金属晶体三种类型。
离子晶体是由正负离子通过电荷相互吸引形成的晶体。
比如氯化钠（NaCl）晶体中，钠离子和氯离子以离子键相互连接，形成六方密堆积结构。
共价晶体是由共价键连接形成的晶体。
如硅酸盐矿物中的方解石（CaCO3），其中的碳酸根离子以碳氧共价键连接，钙离子通过离子键与其连接。
金属晶体是由金属原子通过金属键相互连接形成的晶体。
金属晶体的特点是金属原子之间没有明确的离子或共价键，而是形成了一个电子海，使金属具有良好的导电性和热传导性。
二、物理性质无机化合物的结构对其物理性质具有直接影响。
以下是几个例子：1. 熔点和沸点：晶体结构的稳定性直接影响了无机化合物的熔点和沸点。
离子晶体由于离子键的强烈吸引力，导致必须克服较大的能量才能使其熔化。
共价晶体通常具有较高的熔点，因为共价键需要较高的能量才能破坏。
而金属晶体由于金属键的弱相互作用力，熔点较低。
2. 导电性：离子晶体通常是电解质，因为其具有自由移动的离子。
在溶液中或熔化状态下，离子能够自由移动，形成电解质的现象。
而共价晶体和金属晶体通常是导体，共价晶体中的电荷通过电子在键中共享的方式传递，而金属晶体则通过电子海。
3. 硬度：晶体结构影响了无机化合物的硬度。
离子晶体中离子键的强烈吸引力使得其硬度较高。
共价晶体的硬度取决于共价键的强度，而金属晶体由于金属键较弱，硬度较低。
三、化学性质无机化合物的结构决定了它的化学性质。
以下是几个例子：1. 酸碱性：离子晶体中的阳离子和阴离子能够与水中的水分子发生反应，形成酸性或碱性溶液。
无机化学-第七章固体的结构与性质
H 6
NaCl ( s ) H 5
Na + ( g ) +
Cl－ ( g )
H 6 = f HmӨ = - 410.9 kJ·mol－1 ，NaCl的标准生成热。
由盖斯定律 H 6 = H 1 + H2 + H 3 + H 4 + H 5
所以
H 5 = H 6 － ( H1 + H 2 + H 3 + H 4 )
H 2 = 1/2 D = 119.7 kJ·mol－1 ，Cl 2 ( g ) 的离解能 D
的一半； 2021/5/31
无机化学
Na ( s ) + 1/2 Cl2 ( g )
H 1 Na ( g )
H 2 Cl ( g )
H 3
H 4
Na + ( g ) +
Cl－ ( g )
H 6
NaCl ( s ) H 5
a, b, c 为六面体 边长， α, β, γ 分别是bc , ca, ab 所组成的夹 角。
晶胞在三维空间中的无限重复排列
晶格
晶体
晶胞参数 差异
七种晶系
七种晶系的性质
晶系 立方晶系 四方晶系 六方晶系 菱形晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系
七种晶系
边长
a=b=c a = b≠c a = b≠c a=b=c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c
给抽象的结果赋予实质性内容，即将 晶体的结构单元置于晶格的节点上，就是 晶体。
在晶体有规律的排列中，可以找到代 表晶体结构的最小的平行六面体单位，即 晶胞。
单晶体和多晶体
单 晶 体 晶 体 多 晶 体
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 基本知识点总结
无机化学基本知识点总结一、原子结构1. 原子的组成原子是由质子、中子和电子组成的。
质子和中子位于原子核中，电子围绕原子核运动。
2. 元素的原子序数和质量数原子序数表示元素的质子数，而质量数表示元素的质子数和中子数之和。
原子序数决定了元素的化学性质，而质量数决定了元素的同位素。
3. 电子结构原子的电子结构决定了元素的化学性质。
电子在原子内的分布遵循一定的规律，即电子遵循能级分布，并且填充规律是按照“2-8-18-32”规则进行填充。
二、元素周期表1. 周期表的性质元素周期表是根据元素的化学性质和原子结构而排列的。
周期表中的元素按照原子序数排列，具有周期性。
2. 元素的周期性规律元素周期表中的元素具有周期性规律，即元素的周期表现出周期性变化。
这种周期性变化可以通过元素的原子结构和电子的排布规律来解释。
三、化学键1. 化学键的形成化学键是由原子之间的相互作用形成的。
化学键的形成使得原子之间形成更加稳定的结构，从而形成化合物。
2. 化学键的类型化学键主要包括离子键、共价键和金属键。
离子键是正负离子之间的电荷吸引力，共价键是原子间电子的共享，金属键是金属原子之间的电子云共享。
3. 极性与非极性化学键化学键可以分为极性和非极性两种。
极性化学键是由于原子电负性差距所产生的电荷分布不均匀的现象，而非极性化学键则是由于原子电负性相等而产生的电荷分布均匀的现象。
四、晶体结构1. 晶体结构的定义晶体结构是指晶体中原子、离子或者分子的排列规律和空间结构。
不同的元素或化合物在晶体中具有不同的晶体结构。
2. 晶体结构的分类晶体结构主要可以分为离子晶体、共价分子晶体和金属晶体。
离子晶体是由正负离子通过离子键结合而形成的，共价分子晶体是由共价键结合而形成的，而金属晶体则是由金属键结合而形成的。
五、酸碱性质1. 酸碱的定义酸是指能够释放出H+离子的物质，而碱则是指能够释放出OH-离子的物质。
酸碱的定义主要有布朗斯特德理论和劳里亚-布隆斯特德理论。
无机化学课件-07-5混合型晶体与晶体缺陷.ppt
金属键
Na
—
Mg
—
Al
—
Siபைடு நூலகம்
—
P
—
S
—
F
共价键
2
第7章 固体的结构与性质 第7章 固体的结构与性质
间充缺陷：LaNi5Hx
7第.57.章2 实固际体的晶结体构的与性缺质陷及影第响7章 固体的结构与性质
晶体中的缺陷对晶体的物理性质、 化学性质产生一定的影响
如 纯铁中加入少量C或某些金属， 可制得各种性能的优质合金钢
纯锗中加入微量Ga或As， 可强化其半导体性能
7第.57.章3 非固化体的学结计构量与性化质合物 第7章 固体的结构与性质
142pm
C原子以sp2杂化，键角 层为六状1边2过0形渡，组型形成晶成的体无平—数面—个，滑正平石、云母、黑3磷35pm 链面状相过互渡平型行晶。体——纤维状石棉 每个C 原子剩下的一个 p 电子形成大π键
7第.57.章2 实固际体的晶结体构的与性缺质陷及影第响7章 固体的结构与性质
如果晶体内部每个粒子的排列完全符合其 排列规律，称其为理想晶体。但实际上是 不可能形成的，形成时在内部结构上总会 出现这样那样的缺陷。
置换缺陷：晶格结点上的某些粒子被少量 别的粒子取代
间充缺陷：组成晶体粒子的堆积空隙处， 被外来粒子所填充
7第.57.章2 实固际体的晶结体构的与性缺质陷及影第响7章 固体的结构与性质
例
空穴缺陷：Fe
2 (1
x
)·S·Fe
3 2x
/
3
Na(1+x)Cl
置换缺陷：Li
x
·
Ni(212
x·) Ni
3 x
第7章 固体的结构与性质 第7章 固体的结构与性质
无机化合物的结构特点
无机化合物的结构特点无机化合物是由无机元素组成的化合物，其结构特点对于理解和应用无机化学具有重要意义。
本文将介绍无机化合物的结构特点，包括晶体结构、配位数、键长和键角等方面。
晶体结构晶体结构是无机化合物中最基本的结构特点之一。
晶体是由原子、离子或分子按照一定的规则排列而成的固体。
根据晶体中原子、离子或分子的排列方式，可以将晶体分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
离子晶体是由正负离子通过离子键相互吸引而形成的晶体。
典型的离子晶体包括氯化钠、氧化铝等。
在离子晶体中，正负离子按照一定比例排列，形成紧密有序的结构。
离子晶体的结构稳定，具有高熔点和良好的导电性。
共价晶体是由共价键连接起来的原子或分子组成的晶体。
典型的共价晶体包括二氧化硅、硫化碳等。
在共价晶体中，原子或分子通过共用电子形成共价键，形成稳定的晶体结构。
共价晶体的结构多样，具有较低的熔点和较差的导电性。
金属晶体是由金属原子通过金属键相互吸引而形成的晶体。
典型的金属晶体包括铁、铜等。
在金属晶体中，金属原子通过电子云形成金属键，形成紧密堆积的结构。
金属晶体具有良好的导电性和延展性。
配位数配位数是指一个中心离子周围配位体的个数。
在无机化合物中，配位数对于化合物的性质和反应具有重要影响。
常见的配位数包括2、4、6等。
例如，四氯化钛（TiCl4）中，钛离子与四个氯离子形成四个配位键，配位数为4。
六水合硫酸铜（CuSO4·6H2O）中，铜离子与六个水分子形成六个配位键，配位数为6。
配位数的大小与中心离子的电荷、半径以及配位体的大小和电荷等因素有关。
不同的配位数会导致化合物的结构和性质的差异。
键长和键角键长和键角是无机化合物中分子或离子之间相互作用的重要参数。
它们决定了化合物的空间结构和化学性质。
键长是指两个原子之间共价键的距离。
在无机化合物中，不同类型的键具有不同的键长。
例如，单键的键长通常较长，双键的键长较短，三键的键长更短。
键长的大小与原子半径、电荷以及化学环境等因素有关。
无机化学公式总结
无机化学公式总结1. 离子式无机化学研究中，离子式是一种简洁而重要的表示化学物质组成的方法。
离子式由正离子和负离子组成，它们通过电荷的吸引作用结合在一起。
下面是一些常见的离子及其化学式：•氢离子：H⁺•氧离子：O²⁻•水合离子：[M(H₂O)n]^m⁺（M为金属离子，n为水和离子结合的个数，m为电荷）2. 酸碱反应酸碱反应是无机化学中常见的反应类型，涉及到酸和碱之间的中和反应。
常见的酸和碱的化学式及反应方程式如下：•盐酸：HCl硫酸：H₂SO₄硝酸：HNO₃醋酸：CH₃COOH•氢氧化钠：NaOH氢氧化钾：KOH氢氧化铵：NH₄OH酸碱反应的一般化学方程式如下：酸 + 碱→ 盐 + 水例如：HCl + NaOH → NaCl + H₂O3. 氧化还原反应氧化还原反应是无机化学中重要且常见的反应类型。
在氧化还原反应中，电子的转移是关键步骤。
以下是一些常见的氧化还原反应及其化学式：•氧化反应：2Na + Cl₂ → 2NaCl•还原反应：PbO₂ + 4H⁺ + SO₃²⁻ → Pb²⁺ + H₂O + SO₄²⁻4. 配位化合物配位化合物是由中心金属离子与周围配体形成配位键而构成的化合物。
以下是一些常见的配位化合物及其化学式：•菌胺：[Cu(NH₃)₄]²⁺铁氰化物：[Fe(CN)₆]⁴⁻硝酸铜：[Cu(NO₃)₄]²⁻配位化合物的常见表示法是使用配位数表示。
5. 晶体结构无机化合物中的晶体结构对于了解化合物的性质和行为至关重要。
以下是一些常见的晶体结构：•立方晶系：–体心立方晶格–面心立方晶格•矩阵晶系：–简单六方晶格–单斜晶格6. 氢键氢键是无机化学中一种重要的相互作用力。
氢键是通过氢原子与电负性较高的原子之间的相互作用形成的。
以下是一些常见的氢键：•水中氢键：H₂O···H₂O•醇中氢键：R-O-H···H-O-R•酮中氢键：R₂C=O···H₂C=O-R₂7. 晶体生长晶体生长是无机化学中的一个重要研究领域。
无机化学知识点总结
无机化学知识点总结一、无机化学的基本原理1. 原子结构与元素周期表原子是物质的基本单位，由原子核和绕核电子组成。
原子核由质子和中子组成，质子数决定了元素的原子序数，即元素周期表中的元素编号。
而电子的排布决定了元素的化学性质。
元素周期表是基于元素的原子序数和化学性质进行排列的，它反映了元素的周期性规律和趋势。
2. 化学键与晶体结构化学键是原子之间的相互作用力。
根据原子之间的电子共享或转移，化学键可以分为共价键、离子键和金属键。
共价键是通过电子共享形成的，离子键是通过电子转移形成的，金属键是金属原子内的电子云相互重叠形成的。
这些化学键形成了物质的晶体结构，晶体结构的类型决定了物质的性质。
3. 反应平衡与化学反应化学反应是物质之间发生化学变化的过程，通常包括物质的生成和消耗。
化学反应通过反应方程式进行描述，反应平衡是指反应物和生成物的摩尔比在一定条件下保持不变的状态。
化学反应的平衡常数和动力学速率是化学反应研究的重要参数。
4. 配位化学与过渡金属化合物过渡金属化合物是指含有过渡金属元素的化合物，其中过渡金属离子通过配位基与配位子形成配合物。
配位化学研究了配位物的结构、性质和合成方法，配位物的稳定性、配位数、立体化学等是配位化学的重要内容。
二、无机化学的主要知识点1. 主族元素化合物主族元素是元素周期表中的ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA和ⅦA族元素，它们可形成氧化物、氢化物、卤化物等化合物。
主族元素的化合物具有多种性质，如ⅢA族元素具有氧化性，ⅣA族元素具有还原性等。
2. 离子化合物离子化合物是由阳离子和阴离子组成的化合物，它们通常具有良好的溶解度、导电性和晶体结构。
离子化合物的性质和结构与其离子的大小、电荷和架构有关。
3. 氧化还原反应氧化还原反应是指物质失去或获得电子，从而使氧化态发生变化的化学反应。
氧化还原反应包括氧化、还原、氧化剂和还原剂等概念，它们是化学反应中的重要参与者。
4. 配合物化学过渡金属离子通过配体与配位子形成配合物，配合物具有不同的结构、性质和应用。
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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