无机化学固体结构
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差别较大 一般较硬 有延展性
良导体
不溶性
金属或合金
11.2 金属键理论与金属晶体
金属晶体的密堆积结构 金属键理论
无机化学
一、 金属晶体的密堆积结构
金属晶体常见的密堆积方式有三种：
面心立方最密堆积、六方最密堆积和 体心立方密堆积。其中体心立方不是最密 堆积，其堆积系数要小于前两种最密堆积 的堆积系数。两种最密堆积结构都是在密 堆积层的基础上构成的。
R0 —— 正负离子半径之和,单位为pm； n ——玻恩指数,由离子的电子构型决定
无机化学
（1）对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越 高、核间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。
第11章 固体结构
11.1 晶体结构 11.2 金属键理论与金属晶体 11.3 离子键理论与离子晶体 11.4 分子间作用力与分子晶体 11.5 原子晶体与混合型晶体
无机化学
11.1 晶体结构
一、 晶体的结构特征
无机化学
晶体石英和非晶体玻璃体的结构
二、晶体的特点
规则的几何外形. 固定的熔点. 晶体性质各向异性. 晶体具有特定的对称性.
无机化学
11.3 离子键理论与离子键晶体
离子键理论 典型离子晶体构型 离子晶体的半径比规则 离子键强度与离子晶体的晶格能 离子极化与键型变异
无机化学
一、离子键理论
1. 离子键能量曲线
无机化学
离子键的特点 没有方向性 没有饱和性
无机化学
单键离子性的百分数与电负性差值
无机化学
二、典型离子晶体构型
无机化学
金属的面心立方最密堆积
（钙、锶、铅、银、金、铜、铝、镍）
配位数:１２ 堆积系数： 0.7405
无机化学
金属的六方最密堆积
（钇、镁、铪、锆、镉、钛、镧）
配位数：１２
堆积系数： ０．７４０５
无机化学
金属的体心立方密堆积
（锂、钠、钾、铷、铯、铬、钼、钨、铁）
配位数：８ 堆积系数： 0.6802
正 交 a≠ b≠c = = = 90°
K2SO4，BaCO3，HgCl
六 方 a = b ≠c = = 90° =120°
SiO2，AgI，CuS
三方 a=b=c 单 斜 a≠ b≠c 三 斜 a≠ b≠c
= = < 120°(≠ 90°) Al2O3，CaCO3(方解石)
= = 90° ≠ 90° ≠ ≠ ≠90°
无机化学
3.晶系与空间点阵型式
尽管世界上晶体有千万种，但根据晶胞 的特征，可将晶体分为7个晶系。它们是立 方晶系、四方晶系、正交晶系、三方晶系、 六方晶系、单斜晶系、三斜晶系。
无机化学
晶系
晶胞
实例
立 方 a= b=c 四 方 a= b≠ c
= = = 90° = = = 90°
NaCl，CaF2，ZnS SiO2，MgF2，NiSO4
无机化学
禁带
各能带之间都存在能量差，相邻能带间一 般都有空隙，即带隙，在带隙内不存在分子 轨道，电子不能停留，所以这种能带间的空 隙称为禁带。
金属中相邻能带有时可以重叠，特别是金 属相邻亚层原子轨道之间的能级相近时，所 形成的能带会出现重叠现象。
无机化学
金属能带的类型
金属能带的类型
无机化学
晶体的导电性
无机化学
二、金属键理论
自由电子理论 金属键的自由电子理论认为金属原
子的外层价电子比较容易电离，产生 金属正离子和自由电子；
同时每个金属正离子也很容易捕获 自由电子复合成金属原子。
无机化学
金属自由电子模型
无机化学
能带理论
在金属晶体中原子十分靠近，这些 原子的价层轨道组成许多分子轨道。N 个原子轨道组成N个分子轨道，其中有 成键轨道、非键轨道和反键轨道。
无机化学
三、晶格理论的基本概念 1．晶格与点阵
晶体内部的粒子排列是周期性重复的，如果把具体 的重复内容抽象出来看作一个点，那么整个晶体可 以简化成是由这些点所构成，点即称为点阵点。这 些点阵点的无限组合称为点阵。
无机化学
2. 晶胞和晶胞参数 能代表空间点阵一切特征的最小重复单元， 称为晶胞。晶胞是平行六面体，平行六面 体的各边的长度a 、b、 c及它们间的夹角、 、称为晶胞参数，或点阵参数。
无机化学
金属能带的形成
无机化学
能带理论
金属晶体中同一原子轨道组合的序列 轨道从低到高都有一定的能级间隔， 这些能级差极微小的序列轨道构成一 个能带，如上图 (d)。
按照电子在能带中轨道上分布的不同， 有满带、导带和禁带之分。
无机化学
满带和导带
满带：充满电子的能量带叫满带。如金属 Li(1s22s1)的1s能带就为满带，N个原子轨 道得到N个分子轨道，为2N个电子所填充。 导带：参加组合的原子轨道如为未充满电 子的原子轨道，则形成的能带也是未充满 的，存在空的分子轨道。
原子
共价键
高 硬 不脆
分子晶体
极性 分子
非极性 分子
分子间 力、氢
键
低
软
分子间 力
很低
很软
软
很软
非导 体
水溶液 导电
不溶 性
金刚石、 SiC、 BN、单 质Si
易溶于
极性溶
剂
HCl、 NH3
非导体
易溶于非 极性溶剂 CO2、希 有气体、
H2
金属晶体
金属原子、金 属正离子(离子 间隙处有自由
电子)
金属键
KClO3，K3[Fe(CN)6]， Na2B4O7
CuSO4·5H2O，K2Cr2O7
无机化学
晶体类型 结点上的粒子
结合力
性 熔、沸点
质 特
硬度
征 机械性
能
导电、 导热性
溶解性
实例
无机化学
离子晶 体
正、负 离子
离子键
较高 硬
脆
熔融态 及水溶 液导电
易溶于极 性溶剂
活泼金属 氧化物及
其盐
原子晶 体
无机化学
1. NaCl晶体玻恩—哈伯循环图
无机化学
3. Born—Lande公式
玻恩和朗德以离子晶体内部离子间的静电 作用力为基础，从理论上推导出用于计算晶格 能的公式玻恩—朗德(Born—Lande)公式：
U1384A9ZZ0(11)
R0nΒιβλιοθήκη 式中：A —— 马德隆常数,由晶体构型决定
Z+、Z- ——晶体中正负离子电荷的绝对
NaCl型离子晶体
无机化学
CsCl型离子晶体
无机化学
立方ZnS型离子晶体
无机化学
三、离子晶体的半径比规则
P267离子晶体半径比与配位数的关系
无机化学
四、离子键强度与离子晶体的晶格能
晶格能（U）定义：在标准状态下，破坏 1mol离子晶体使之成为自由的气态正、负 离子时，所需要的能量.
晶格能的计算： 1. 玻恩—哈伯(Born—Haber)循环法 2.玻恩—朗德(Born—Lande)公式
良导体
不溶性
金属或合金
11.2 金属键理论与金属晶体
金属晶体的密堆积结构 金属键理论
无机化学
一、 金属晶体的密堆积结构
金属晶体常见的密堆积方式有三种：
面心立方最密堆积、六方最密堆积和 体心立方密堆积。其中体心立方不是最密 堆积，其堆积系数要小于前两种最密堆积 的堆积系数。两种最密堆积结构都是在密 堆积层的基础上构成的。
R0 —— 正负离子半径之和,单位为pm； n ——玻恩指数,由离子的电子构型决定
无机化学
（1）对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越 高、核间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。
第11章 固体结构
11.1 晶体结构 11.2 金属键理论与金属晶体 11.3 离子键理论与离子晶体 11.4 分子间作用力与分子晶体 11.5 原子晶体与混合型晶体
无机化学
11.1 晶体结构
一、 晶体的结构特征
无机化学
晶体石英和非晶体玻璃体的结构
二、晶体的特点
规则的几何外形. 固定的熔点. 晶体性质各向异性. 晶体具有特定的对称性.
无机化学
11.3 离子键理论与离子键晶体
离子键理论 典型离子晶体构型 离子晶体的半径比规则 离子键强度与离子晶体的晶格能 离子极化与键型变异
无机化学
一、离子键理论
1. 离子键能量曲线
无机化学
离子键的特点 没有方向性 没有饱和性
无机化学
单键离子性的百分数与电负性差值
无机化学
二、典型离子晶体构型
无机化学
金属的面心立方最密堆积
（钙、锶、铅、银、金、铜、铝、镍）
配位数:１２ 堆积系数： 0.7405
无机化学
金属的六方最密堆积
（钇、镁、铪、锆、镉、钛、镧）
配位数：１２
堆积系数： ０．７４０５
无机化学
金属的体心立方密堆积
（锂、钠、钾、铷、铯、铬、钼、钨、铁）
配位数：８ 堆积系数： 0.6802
正 交 a≠ b≠c = = = 90°
K2SO4，BaCO3，HgCl
六 方 a = b ≠c = = 90° =120°
SiO2，AgI，CuS
三方 a=b=c 单 斜 a≠ b≠c 三 斜 a≠ b≠c
= = < 120°(≠ 90°) Al2O3，CaCO3(方解石)
= = 90° ≠ 90° ≠ ≠ ≠90°
无机化学
3.晶系与空间点阵型式
尽管世界上晶体有千万种，但根据晶胞 的特征，可将晶体分为7个晶系。它们是立 方晶系、四方晶系、正交晶系、三方晶系、 六方晶系、单斜晶系、三斜晶系。
无机化学
晶系
晶胞
实例
立 方 a= b=c 四 方 a= b≠ c
= = = 90° = = = 90°
NaCl，CaF2，ZnS SiO2，MgF2，NiSO4
无机化学
禁带
各能带之间都存在能量差，相邻能带间一 般都有空隙，即带隙，在带隙内不存在分子 轨道，电子不能停留，所以这种能带间的空 隙称为禁带。
金属中相邻能带有时可以重叠，特别是金 属相邻亚层原子轨道之间的能级相近时，所 形成的能带会出现重叠现象。
无机化学
金属能带的类型
金属能带的类型
无机化学
晶体的导电性
无机化学
二、金属键理论
自由电子理论 金属键的自由电子理论认为金属原
子的外层价电子比较容易电离，产生 金属正离子和自由电子；
同时每个金属正离子也很容易捕获 自由电子复合成金属原子。
无机化学
金属自由电子模型
无机化学
能带理论
在金属晶体中原子十分靠近，这些 原子的价层轨道组成许多分子轨道。N 个原子轨道组成N个分子轨道，其中有 成键轨道、非键轨道和反键轨道。
无机化学
三、晶格理论的基本概念 1．晶格与点阵
晶体内部的粒子排列是周期性重复的，如果把具体 的重复内容抽象出来看作一个点，那么整个晶体可 以简化成是由这些点所构成，点即称为点阵点。这 些点阵点的无限组合称为点阵。
无机化学
2. 晶胞和晶胞参数 能代表空间点阵一切特征的最小重复单元， 称为晶胞。晶胞是平行六面体，平行六面 体的各边的长度a 、b、 c及它们间的夹角、 、称为晶胞参数，或点阵参数。
无机化学
金属能带的形成
无机化学
能带理论
金属晶体中同一原子轨道组合的序列 轨道从低到高都有一定的能级间隔， 这些能级差极微小的序列轨道构成一 个能带，如上图 (d)。
按照电子在能带中轨道上分布的不同， 有满带、导带和禁带之分。
无机化学
满带和导带
满带：充满电子的能量带叫满带。如金属 Li(1s22s1)的1s能带就为满带，N个原子轨 道得到N个分子轨道，为2N个电子所填充。 导带：参加组合的原子轨道如为未充满电 子的原子轨道，则形成的能带也是未充满 的，存在空的分子轨道。
原子
共价键
高 硬 不脆
分子晶体
极性 分子
非极性 分子
分子间 力、氢
键
低
软
分子间 力
很低
很软
软
很软
非导 体
水溶液 导电
不溶 性
金刚石、 SiC、 BN、单 质Si
易溶于
极性溶
剂
HCl、 NH3
非导体
易溶于非 极性溶剂 CO2、希 有气体、
H2
金属晶体
金属原子、金 属正离子(离子 间隙处有自由
电子)
金属键
KClO3，K3[Fe(CN)6]， Na2B4O7
CuSO4·5H2O，K2Cr2O7
无机化学
晶体类型 结点上的粒子
结合力
性 熔、沸点
质 特
硬度
征 机械性
能
导电、 导热性
溶解性
实例
无机化学
离子晶 体
正、负 离子
离子键
较高 硬
脆
熔融态 及水溶 液导电
易溶于极 性溶剂
活泼金属 氧化物及
其盐
原子晶 体
无机化学
1. NaCl晶体玻恩—哈伯循环图
无机化学
3. Born—Lande公式
玻恩和朗德以离子晶体内部离子间的静电 作用力为基础，从理论上推导出用于计算晶格 能的公式玻恩—朗德(Born—Lande)公式：
U1384A9ZZ0(11)
R0nΒιβλιοθήκη 式中：A —— 马德隆常数,由晶体构型决定
Z+、Z- ——晶体中正负离子电荷的绝对
NaCl型离子晶体
无机化学
CsCl型离子晶体
无机化学
立方ZnS型离子晶体
无机化学
三、离子晶体的半径比规则
P267离子晶体半径比与配位数的关系
无机化学
四、离子键强度与离子晶体的晶格能
晶格能（U）定义：在标准状态下，破坏 1mol离子晶体使之成为自由的气态正、负 离子时，所需要的能量.
晶格能的计算： 1. 玻恩—哈伯(Born—Haber)循环法 2.玻恩—朗德(Born—Lande)公式