固体化学导论-1

人类社会文明程度是与合成及使用的材料先进程度密切相关的。
3. 固体物质的分类
从原子排列的有序程度：晶体、非晶体 从原子之间结合力（化学键）：离子晶体、共价（原子）晶体、 金属晶体、分子晶体
NaCl离子晶体
InSb共价晶体
金属晶体
Ar分子晶体
第二章 固体化学的理论基础 1. 固体-晶体与非晶体 • 物质的流动性和固体性 • 固体：分子或原子处于完全确定的平衡 位置作热振动。具有确定的形状和稳定 的结构即固体性。 • 气体：分子或原子不停地，自由地作长 距离运动即流动性。 • 无确定的体积和形状 • 液体：有一定的体积但无确定的形状
第九章 固体化学中的实验方法 1. 固体物质的提纯方法 2. 固体物质的组成分析 3. 固体物质的结构分析 4. XRD技术简介
第十章 离子电导和固体电解质 第十一章 固体的电性质和能带理论简介 第十二章 光性质：发光与激光
第十三章 固溶体 第十四章 相图基础 第十五章 有机固体化学简介
1. 固体化学的任务
第一章 绪论
固体化学是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的科学，是物 理科学的一个分支。在工程技术上是固体科学的一个领域，与 固体物理、材料工程学、陶瓷学、矿物冶金学等相互融合，构 成现代固体科学技术，担负着解决新材料的科学技术问题。 固体化学与材料科学：理论基础与实际应用相结合幻灯片 9
固体化学与固体物理 固体物理侧重研究构成固体的原子、离子及电子的运动和相互作用， 提出理论模型，阐明固体的结构和物性。固体化学则侧重实际 固体的化学反应、合成方法、晶体生长、化学组成和晶体结构， 研究固体中的缺陷及其对物质的物理和化学性质的影响。探索 固体物质作为材料应用的可能性。 固体化学研究内容广泛，包括化学合成、结构、热力学、电光磁等 理论和实验方面的研究。Journal of Solid State Chemistry
三维点阵、结构基元：NaCl
点阵参数： NaCl结构类型的晶胞 a, b, c, , ,
• 晶体的微观特征为：短程有序，长程也有序， 具有点阵结构。
a1 a2 R=2a1+2a2
2.2 晶向、晶面和表示法
设想在晶格中任取一点O作为原点，并以基失a、b、c 为 轴建立坐标系，于是在此通过原点的晶列上，沿晶向方 向任一格点A的位失为R=α a + β b + γ c 则晶向就用 α、β、γ来表示，写成[ α β γ ]。标志晶向的 这组数成为晶曾，北京大 学出版社。 • 2、固体化学及其应用，A.R.West著， 苏勉曾等译，复旦大学出版社。 • 3、材料化学导论，唐小真，高等教 育出版社。
第一章 绪论 1. 固体化学的任务 2. 固体物质的分类
目录
第二章 固体化学的理论基础 1. 固体-晶体与非晶体 2. 晶体的微观结构
[2 1 0] a2 a1 [1 1 0]
[2 1 0]
[1 2 0]
由于晶体具有对称性，有对称性联系着的那些晶向可以 方向不同，但它们的周期却相同，因而是等效的，这些 等效晶向的全体可用尖括号< α β γ >来表示。如[100]、 [010]、[001]及其相反晶向就可以用<100>表示。
固体化学中基本化学问题
在化学家参与新材料研制和推出之前，新材料的研制基本上采用各 种尝试法——把各种组分依照无理论指导的配比加成，再根据性能 要求来取舍。我们知道，每种材料的特定结构决定它的特定功能和 用途。它们的原始基础在于构成它们的分子结构，而实际功能则还 取决于由分子构成的宏观物质的状态和结构。化学在研究开发新材 料中一个作用就是用化学理论和方法研究功能分子以及由功能分子 构筑的材料的结构和功能关系，使人们能够设计新型材料。另外合 成化学提供的各种化学合成反应和方法使人们可以获得具有所设计 结构的材料。在20 世纪后期有两个动向： 一是具有特定功能的先进材料变得越来越重要；二是高级材料对于 特殊物理性质和材料的高级结构的依赖性增加。因此，未来固体化 学发展的基本问题有以下两方面：
2. 晶体的微观特征
2.1 空间点阵
空间点阵
空间点阵是实际晶体结构的数学抽象，是一种空 间几何构图。它突出了晶体结构中微粒排列的周 期性这个基本特点。
结构基元
晶体结构-空间点阵
• 晶体结构=点阵+结构基元 • 一维点阵，结构基元：(-CH2)2
二维点阵、结构基元：[B(OH)3]2
点阵参数 a, b,
气体 液体
降温
固体
途径（1）以足够低的冷却速度降温，准平衡态 途径（2）以足够快的冷却速度降温，非平衡态
1.1 晶体的宏观特征 （1）规则的几何外形
所有晶体均自发的形成封闭的几何多面体外形，表 明晶体内部结构是规则的。晶体的结晶形貌除了与 晶体结构有关以外，还受晶体生长条件影响。
（2）晶面角守恒：
第三章 离子键和离子晶体 第四章 共价键和原子晶体
第五章 金属键和金属晶体
第六章 固体中的点缺陷及缺陷化学 1. 缺陷的分类机表示符号 2. 缺陷的化学表达式 3. 非整比化合物 第七章 固体中的扩散 1. 固体中的扩散机理 2. 空位扩散、自扩散和互扩散 3. 扩散和离子电导 第八章 固体表面化学 1. 表面的热力学性质及比表面自由能估算 2. 表面扩散、蒸发、吸附、凝聚 3. 表面化学反应
晶面夹角（或交角）守恒定律
晶体的自范性 F(晶面数）+V（顶点数） = E (晶棱数） +2
（3）晶体有固定的熔点。
晶体的熔化有固定熔点，而 非晶体的熔化过程是随着温 度升高逐渐完成的
（4）物理性质的异向性
云母
玻璃
1.2 晶体-非晶体之间的转化
非晶态向晶态转化：热力学亚稳态，自发进行； 克服能垒。从非晶态向晶态的转变带有突变的特 征，伴随体积和热量变化。
1. 分子结构—分子聚集体高级结构—材料结构—理化 性能—功能之间的关系 掌握这些关系便可以减少盲目性，增加命中率。还需要 建立测定高级结构的方法，研究理化性能和功能与高级 结构的关系。 2. 合成功能分子与构筑高级结构的理论与方法的研究 如何构筑有序的高级结构是一个新的合成化学问题。或 是在合成结构单元的时候，如何能够自组装成为所需的 高级结构；或是在获得功能分子之后，再组装为材料。