无机固体化学精讲
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无机固体化学精讲101页文档
无机固体化学精讲
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武来自的精良。——达·芬奇▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
101
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武来自的精良。——达·芬奇▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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固体无机化学第二--资料
2、 ZnS 结构 T+ T- Oct
立方 ZnS (闪锌矿): c.c.p. 1 六方 ZnS (纤锌矿): h.c.p. 1
具有 ZnS 结构的化合物:
(1) 无序结构: (2) BN, SiC; Cu2S (CuSCu) (3) (2) 衍生结构(有序超结构): (4) CuFeS2, Cu2FeSnS4 (5) (3) 半导体: (6) Si, Ge, III-V, II-VI
6、 NiAs 结构
As2- h.c.p. Ni2+ 占据所有Oct间隙
配位数：6 Ni 八面体 As 三棱柱
八面体共面 链间共边
链 三维
7、 刚玉 (-Al2O3) 结构
A
O2- h.c.p.
B
Al3+ 占2/3 Oct空位
A
公用1个面，共边
B
A
-Fe2O3
V2O3
Cr2O3
Ti2O3
（2）电价规则：在一稳定的离子结构中，每一负离子的电价等于 或近乎等于从邻近的正离子至该负离子的各静电键强度s的总和: z si, 而si = (z+i)/ui, z为离子的电荷数, ui为电荷为zi的正离子周围的 负离子配位数，i是某一负离子和它周围正离子形成的静电键的数 目。
（3）第三规则：在一配位结构中，配位多面体间倾向于不公用边， 特别是不公用面。
2.1.2 一些重要的结构类型
• 2.1.2.2 八面体配位 1、 钙钛矿型结构 (CaTiO3)
ABX3: AX3 形成c.c.p. A 周围有12 X B 占据所有Oct间隙
BX6八面体公用所有顶点形 成三维结构, A处于8个八面 体形成的间隙位置
ABX3形成钙钛矿结构: (1) A离子较大 (2) B离子半径适当 (3) 电荷
大学高级无机化学经典课件09固体化学
（4）稳定性，晶体有固定的熔点。 （5）对称性
晶体的微观特征 晶体的微观特征为：短程有序，长程也有 序，具有点阵结构。 （1）晶体的点阵结构 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, c; α, β,
（2）晶体的衍射性质：
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。
2 固体的分类：晶体和非晶体 晶体的宏观特征
（1）自范性： F(晶面数)+V(顶点数) = E(晶棱数)+2
（2）晶体的均匀性，来源于晶体中原子排布 的周期性规则，宏观观察中分辨不出微观的 不连续性。 （3）物理性质的异向性。
温度梯度T1 < T2
Fe2O3的固体析出 在右边石英管上。
3 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit, CVD)
本法用于制取各种薄膜和涂层。
反应可以是分解、氧化 还原、歧化反应等。
将金属或非金属材料以蒸汽状态用载气带到 高温下的基片周围，在基片表面反应，析出 固相材料以薄膜形式沉积在基片上。
Z nC S uC O u ZS nO
2 气相输运(Chemical Vapor Transport) 固体A与气体B反应生成新的气体C，气体C 移动至别处发生逆反应而析出A。 可用于化合物的提纯、晶体的制备等。
F 2 O 3 ( s e ) 6 H ( g ) C 2 F l 3 ( g e ) 3 H C 2 O ( g ) l
1 固态材料直接反应 一大批具有特种性能的无机功能材料和化 合物，如为数众多的各类复合氧化物、含 氧酸盐类、二元或多元的金属陶瓷化合物 (碳、硼、硅、磷、硫族等化合物)等等， 都是通过高温下(一般1000—1500℃ )反应 物固相间直接合成而得到的。
晶体的微观特征 晶体的微观特征为：短程有序，长程也有 序，具有点阵结构。 （1）晶体的点阵结构 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, c; α, β,
（2）晶体的衍射性质：
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。
2 固体的分类：晶体和非晶体 晶体的宏观特征
（1）自范性： F(晶面数)+V(顶点数) = E(晶棱数)+2
（2）晶体的均匀性，来源于晶体中原子排布 的周期性规则，宏观观察中分辨不出微观的 不连续性。 （3）物理性质的异向性。
温度梯度T1 < T2
Fe2O3的固体析出 在右边石英管上。
3 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposit, CVD)
本法用于制取各种薄膜和涂层。
反应可以是分解、氧化 还原、歧化反应等。
将金属或非金属材料以蒸汽状态用载气带到 高温下的基片周围，在基片表面反应，析出 固相材料以薄膜形式沉积在基片上。
Z nC S uC O u ZS nO
2 气相输运(Chemical Vapor Transport) 固体A与气体B反应生成新的气体C，气体C 移动至别处发生逆反应而析出A。 可用于化合物的提纯、晶体的制备等。
F 2 O 3 ( s e ) 6 H ( g ) C 2 F l 3 ( g e ) 3 H C 2 O ( g ) l
1 固态材料直接反应 一大批具有特种性能的无机功能材料和化 合物，如为数众多的各类复合氧化物、含 氧酸盐类、二元或多元的金属陶瓷化合物 (碳、硼、硅、磷、硫族等化合物)等等， 都是通过高温下(一般1000—1500℃ )反应 物固相间直接合成而得到的。
无机化学 第三章 固体结构PPT课件
述，它们是：a, b, c 和α, β, γ
3-1-3晶体的类型
按照晶格上○质点的○种类和○质点间○作用力的实质
○ ○ ○ ○ （化学健的健型+○）不同○，晶体○可分+为○四种基本类型。
1、离子晶○体：●晶格○ 上的●结○点是正○、● 负离子。
○ ○ ○ ○ ○+ ○- + ○+ ○- +
2、原子晶体；晶格上的结点是原子。
（3）粘度
硫酸（2个羟基）
分子间有氢键的液体，一般粘度较大。甘油（3个羟基）
（4）密度
液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象。由若 干个简单分子联系成复杂分子而又不改变原物质化学 性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响 液体的密度。
例如：2个H2O缔合成双分子缔合分子(H2O)2,最稳定； 3个H2O－－－(H2O)3； n个H2O －－－－(H2O)n 放热 q < 0 升温，有利于缔合分子解离；降温，有利于水分子缔 合。0℃时，全部水分子缔合成巨大缔合分子－－冰， 此时，由于排列不紧密，结果疏松，密度反而比水小。
Al
Cr
硬度
1.5
9.0
3-2-2 分子晶体
一、特征：
1. 晶格结点上的粒子 —— 中性分子 2. 粒子间的作用力 —— 分子间力
晶体中有单个的分子，如CO2就表示一个分子。
二、性质
1. m.p.&b.p.低，硬度小 例如： 干冰 m.p. -79℃ 冰 m.p. 0℃
2. 固态、熔融态均不导电
三、 分子间力
非极性分子，色散力依次增大
因为分子量依次增大，变形性依次增大，色散力依次 增大，所以，分子与分子靠得越来越近。
例二：为什么不同的物质，有不同的mp.&bp.? HCl HBr HI mp.&bp.依次升高
3-1-3晶体的类型
按照晶格上○质点的○种类和○质点间○作用力的实质
○ ○ ○ ○ （化学健的健型+○）不同○，晶体○可分+为○四种基本类型。
1、离子晶○体：●晶格○ 上的●结○点是正○、● 负离子。
○ ○ ○ ○ ○+ ○- + ○+ ○- +
2、原子晶体；晶格上的结点是原子。
（3）粘度
硫酸（2个羟基）
分子间有氢键的液体，一般粘度较大。甘油（3个羟基）
（4）密度
液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象。由若 干个简单分子联系成复杂分子而又不改变原物质化学 性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响 液体的密度。
例如：2个H2O缔合成双分子缔合分子(H2O)2,最稳定； 3个H2O－－－(H2O)3； n个H2O －－－－(H2O)n 放热 q < 0 升温，有利于缔合分子解离；降温，有利于水分子缔 合。0℃时，全部水分子缔合成巨大缔合分子－－冰， 此时，由于排列不紧密，结果疏松，密度反而比水小。
Al
Cr
硬度
1.5
9.0
3-2-2 分子晶体
一、特征：
1. 晶格结点上的粒子 —— 中性分子 2. 粒子间的作用力 —— 分子间力
晶体中有单个的分子，如CO2就表示一个分子。
二、性质
1. m.p.&b.p.低，硬度小 例如： 干冰 m.p. -79℃ 冰 m.p. 0℃
2. 固态、熔融态均不导电
三、 分子间力
非极性分子，色散力依次增大
因为分子量依次增大，变形性依次增大，色散力依次 增大，所以，分子与分子靠得越来越近。
例二：为什么不同的物质，有不同的mp.&bp.? HCl HBr HI mp.&bp.依次升高
【中南大学 无机化学精品课件】第13讲 固体结构
¾ 多晶体中每块单晶体取向不同，也有可能出现各 向同性。如金属通常是多晶结构，其导电、导热 性都是各向同性的。
¾ 决定晶体性能的因素：多晶体的晶粒与晶粒交界 面可以是晶粒直接接触，也可能是由其他杂质介 入晶界面间而形成，故其性能不仅由构成它的晶 粒的成分和结构决定，还受到晶界性能的影响。
无机化学
11.1.2 晶格理论的基本概念
¾ 金属自由电子模型
无机化学
4
¾ 金属键：自由电子在晶体中自由运动，为全部 原子或离子所共有，它们克服晶体中原子或离 子间紧密排列所造成的斥力，形成金属键．
金属键没有方向性和饱和性，金属原子和金属离子紧 密堆积在一起构成金属晶体。
¾ 金属的特性
金属晶体的密度一般比较大。 金属晶体具有导电性。 金属晶体具有特有的电阻。 金属晶体有传热性。 金属晶体具有金属光泽。 金属具有良好的延展性。
无机化学
晶系
晶胞
立 方 a= b=c α = β = γ = 90° 四 方 a= b≠ c α = β = γ = 90°
正 交 a≠ b≠c α = β = γ = 90°
六 方 a = b ≠c α = β = 90°γ =120°
三方 单斜
a=b=c a≠ b≠c
α = β = γ < 120°(≠ 90°)
无机化学
¾ 金属的能带理论（分子轨道理论）：把整个金属 晶体作为一个巨大的分子，N个原子轨道组合成 序列N个分子轨道，其中有成键轨道、非键轨道 和反键轨道。
¾ 金属能带的形成：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。
无机化学
¾能带分类：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。
¾ 决定晶体性能的因素：多晶体的晶粒与晶粒交界 面可以是晶粒直接接触，也可能是由其他杂质介 入晶界面间而形成，故其性能不仅由构成它的晶 粒的成分和结构决定，还受到晶界性能的影响。
无机化学
11.1.2 晶格理论的基本概念
¾ 金属自由电子模型
无机化学
4
¾ 金属键：自由电子在晶体中自由运动，为全部 原子或离子所共有，它们克服晶体中原子或离 子间紧密排列所造成的斥力，形成金属键．
金属键没有方向性和饱和性，金属原子和金属离子紧 密堆积在一起构成金属晶体。
¾ 金属的特性
金属晶体的密度一般比较大。 金属晶体具有导电性。 金属晶体具有特有的电阻。 金属晶体有传热性。 金属晶体具有金属光泽。 金属具有良好的延展性。
无机化学
晶系
晶胞
立 方 a= b=c α = β = γ = 90° 四 方 a= b≠ c α = β = γ = 90°
正 交 a≠ b≠c α = β = γ = 90°
六 方 a = b ≠c α = β = 90°γ =120°
三方 单斜
a=b=c a≠ b≠c
α = β = γ < 120°(≠ 90°)
无机化学
¾ 金属的能带理论（分子轨道理论）：把整个金属 晶体作为一个巨大的分子，N个原子轨道组合成 序列N个分子轨道，其中有成键轨道、非键轨道 和反键轨道。
¾ 金属能带的形成：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。
无机化学
¾能带分类：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。
无机化学课件：第七章 固体的结构与性质
液相或汽相沉积
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
石英玻璃：
石英玻璃： SiO2
石英光导纤维
非晶态高分子化合物
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
玻璃态(常温下塑料） 温度很低时，线性高分子、链节都不能 运动，如同玻璃体一般坚硬。
线性高分子
高弹态(常温下橡胶)
温度升高到一定程度时，整个链还不能 运动，但其中链节可以自由运动了。 表现出很高的弹性。
用途： 耐磨材料，耐火材料，半导体材料。
二、分子晶体
分子晶体：晶格节点上排列着极性或非极性共价分子，分 子间以分子间作用力或氢键结合形成的晶体。
性质：分子晶体物质一般熔点低、硬度小、易挥发， 熔融不导电。（强极性除外）
物质：一般为非金属元素组成的共价化合物。
如：SiX4,H2O,CO2,SF6,I2等。 CO2晶体 面心立方晶格
等属此列。
3、立方ZnS型 晶胞也是正立方体，
ห้องสมุดไป่ตู้
配位数均为4，如BeO、ZnSe
离子晶体为什么会有 不同的空间构型？
CsCl型
这主要由正、负离子的半径比（ r+ / r- ）决定。
r+ / r-增大 , 则 C.N. 增大； r+ / r- 减小 , 则 C.N. 减小。
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 作用以至外部条件（如温度）等有关。
四、非晶体
1、概述
微粒无序排列，无规则几何外形 无一定熔点。
射频等离子体化学气相沉积 Ge 、Si、α-Si:H、GaAs等
较
传统玻璃：硅酸盐【Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
石英玻璃：
石英玻璃： SiO2
石英光导纤维
非晶态高分子化合物
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
玻璃态(常温下塑料） 温度很低时，线性高分子、链节都不能 运动，如同玻璃体一般坚硬。
线性高分子
高弹态(常温下橡胶)
温度升高到一定程度时，整个链还不能 运动，但其中链节可以自由运动了。 表现出很高的弹性。
用途： 耐磨材料，耐火材料，半导体材料。
二、分子晶体
分子晶体：晶格节点上排列着极性或非极性共价分子，分 子间以分子间作用力或氢键结合形成的晶体。
性质：分子晶体物质一般熔点低、硬度小、易挥发， 熔融不导电。（强极性除外）
物质：一般为非金属元素组成的共价化合物。
如：SiX4,H2O,CO2,SF6,I2等。 CO2晶体 面心立方晶格
等属此列。
3、立方ZnS型 晶胞也是正立方体，
ห้องสมุดไป่ตู้
配位数均为4，如BeO、ZnSe
离子晶体为什么会有 不同的空间构型？
CsCl型
这主要由正、负离子的半径比（ r+ / r- ）决定。
r+ / r-增大 , 则 C.N. 增大； r+ / r- 减小 , 则 C.N. 减小。
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 作用以至外部条件（如温度）等有关。
四、非晶体
1、概述
微粒无序排列，无规则几何外形 无一定熔点。
射频等离子体化学气相沉积 Ge 、Si、α-Si:H、GaAs等
较
传统玻璃：硅酸盐【Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
固体无机化学第二-2
垂直于a的滑移面 b滑移 平移 b/2 c滑移 平移 c/2 n滑移 平移 b/2 + c/2 d滑移 平移 b/4 + c/4 垂直于b的滑移面 a滑移 平移 a/2 c滑移 平移 c/2 n滑移 平移 a/2 + c/2 d滑移 平移 a/4 + c/4 垂直于c的滑移面 a滑移 平移 a/2 b滑移 平移 b/2 n滑移 平移 a/2 + b/2 d滑移 平移 a/4 + b/4
1 dh2kl
h2
k2 a2
l2
Tetragonal: a = b c, = = = 90o,
1 dh2kl
h2 k2 a2
cl22
Orthorhombic: a b c, = = = 90o,
1 dh2kl
h2 a2
kb22
cl22
Monoclinic: a b c, = = 90o
所有体心点阵有相同 的消光规律
2. 应用
X射线“指纹法”表征材料 物相的定性分析（某个物相存在与否） 物相的定量分析 晶胞参数精修 研究固溶体的形成 测定晶体大小 研究压力下晶体畸变 测量热膨胀系数（HTXR） 测定高温相图（HTRX） 研究相变 晶体结构测定 研究固体的反应
（1）物相的定性表征
（4）晶体对X射线的衍射
用 Dirac- 函数描述点阵结构： L(r) = (r-rn)
f(r)：一个晶胞的函数 f(r)* (r-rn)：整个晶体的函数
晶胞衍射阵幅：FH = F [(r)] = (r) ei2Hr dr 晶体衍射阵幅：FH = F [晶体(r)] = F [(r)L(r)]
（2）原子散射因子 如果以一个电子的相干散射振幅为单位来表示原 子的(相对)散射振幅, 散射因子:
无机固体化学公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
第16页
6
1
o o
5
o o
2
o o
4
3
一个是将第三层球直接对准第 一层球，即放在对准第一层球凹陷 处，这种堆积方式称为六方紧堆, 以符号ABABAB……表示；
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第二种是将第三层球对准第一 层球中未被第二层球占据凹陷位置 地方，这种堆积方式称为立方紧堆, 记作ABCABC……。
能够把晶体结构抽象为由配位多面体联接起来结 构，从这种角度考察晶体，就叫作晶体骨架模型。
第3页
2
(α－SiO2)和沸石(分子筛)单晶
许多无机固体在常温常压下难溶于纯水，酸或碱溶液，但在高温高压下
却能够溶解。因此，能够将目的物质与相应酸、碱水溶液盛于高压釜中令目
的物质达到饱和态，然后降温、降压，使其以单晶析出，如水晶、刚玉、超 磷酸盐分子筛等单晶都可用这种办法制得。
比如水晶单晶(α－SiO2)是在高压釜中装入1.0－1.2 mol/L SiO2NaOH溶液，溶液占高压釜体积80～85％，密封后加热，令 釜下半部达360－380℃，上半部达330－350℃，压力为1000－ 0×105 Pa。SiO2在下半部形成饱和溶液，上升到上半部，由于上 半部温度低，溶液呈过饱和态从而析出α－SiO2水晶单晶。
再如沸石(分子筛)合成: NaAl(OH)4(水溶液)＋Na2SiO3(水溶液)＋NaOH(水溶液)
↓25℃ Naa(AlO2)b(SiO2)c·NaOH·H2O (凝胶)
压力↓25－175℃
Nax(AlO2)x(SiO2)y·mH2O (沸石(分子筛)晶体)
第4页
大学高级无机化学经典课件09固体化学
液固反应
液体与固体物质之间的化学反应，涉及溶质 和溶剂的作用。
气固反应
气体与固体物质之间的化学反应，通常在高 温条件下进行。
电化学反应
在电场作用下发生的固体物质之间的化学反 应。
固体化学反应的动力学
反应速率
描述固体化学反应的快慢程度，通常 用反应速率常数表示。
活化能
引发固体化学反应所需的最低能量， 是决定反应速率的重要因素。
利用固体化学反应制备生物材料，如药物 载体、生物传感器等。
04
CATALOGUE
固体材料的合成与制备
固相合成法
1
固相合成法是一种常用的固体材料制备方法，通 过高温或化学反应将原料转化为固体材料。
2
该方法具有操作简单、产物纯度高、易于实现大 规模生产等优点，广泛应用于陶瓷、玻璃、晶体 等材料的制备。
晶格缺陷
固体物质中的晶格缺陷可以作为化学反应的 活性中心。
相变与界面现象
固体化学反应过程中可能伴随相变和界面现 象。
固体化学反应的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
材料合成
环境保护
通过固体化学反应合成新型材料，如陶瓷 、玻璃、晶体等。
利用固体化学反应处理环境污染物，如废 气、废水等。
能源领域
生物医学
利用固体化学反应开发新能源，如燃料电 池、太阳能电池等。
其他应用领域
01
02
03
04
固体化学在农业领域的应用包 括肥料和农药的合成与制备， 以提高农作物的产量和品质。
在医学领域，固体化学可用于 药物合成和制备，以及医疗器
械的制造和消毒。
在环境科学领域，固体化学可 用于污染治理和环境修复，例 如吸附剂的制备和废水处理。
液体与固体物质之间的化学反应，涉及溶质 和溶剂的作用。
气固反应
气体与固体物质之间的化学反应，通常在高 温条件下进行。
电化学反应
在电场作用下发生的固体物质之间的化学反 应。
固体化学反应的动力学
反应速率
描述固体化学反应的快慢程度，通常 用反应速率常数表示。
活化能
引发固体化学反应所需的最低能量， 是决定反应速率的重要因素。
利用固体化学反应制备生物材料，如药物 载体、生物传感器等。
04
CATALOGUE
固体材料的合成与制备
固相合成法
1
固相合成法是一种常用的固体材料制备方法，通 过高温或化学反应将原料转化为固体材料。
2
该方法具有操作简单、产物纯度高、易于实现大 规模生产等优点，广泛应用于陶瓷、玻璃、晶体 等材料的制备。
晶格缺陷
固体物质中的晶格缺陷可以作为化学反应的 活性中心。
相变与界面现象
固体化学反应过程中可能伴随相变和界面现 象。
固体化学反应的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
材料合成
环境保护
通过固体化学反应合成新型材料，如陶瓷 、玻璃、晶体等。
利用固体化学反应处理环境污染物，如废 气、废水等。
能源领域
生物医学
利用固体化学反应开发新能源，如燃料电 池、太阳能电池等。
其他应用领域
01
02
03
04
固体化学在农业领域的应用包 括肥料和农药的合成与制备， 以提高农作物的产量和品质。
在医学领域，固体化学可用于 药物合成和制备，以及医疗器
械的制造和消毒。
在环境科学领域，固体化学可 用于污染治理和环境修复，例 如吸附剂的制备和废水处理。
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主要内容
习题
• 6.2, 3, 5, 6, 8, 11 • 29.7, 9, 13, 19
固体化学
• 固体化学是一门新兴学科，关心固体材料
合成、结构、性质和应用
• 固体材料：无机材料（金属 、有机固体、
矿物）；功能材料 • 无机固体：结构类型的多样性和复杂性
固体化学
• 无机固体：
结构类型的多样性和复杂性：
晶体的微观特征
• 有衍射效应： 晶体相当于一个三维光栅，能使一 定波长的 X-射线、电子流、中子流 产生衍射效应
非晶体的宏观特征
只有玻璃转化温度，无熔点
没有规则的多面体几何外型，可以制成 玻璃体，丝，薄膜等特殊形态 物理性质各向同性
• CaTiO3 + CaCl2
• Na2WO4 + WO3
CaTi2O4
NaxWO3
• Na2CrO4 + Na2SiF6
Cr3Si
制备方法—薄膜的制备
• 化学与电化学方法
• 阴极溅射
• 真空蒸发
制备方法—水热法
• 水的作用：
液态水和气态水是传递压力的媒介： 在高压下绝大多数反应物均能部分溶解于 水，使反应在液或者气相中进行。 • 水的临界温度是374 oC • 典型例子：人造石英
制备方法—离子交换反应
Na+ Na+ Na+ Spinel block Na+ M+, Ag+, Cu+ Na+ Na+ Conduction plane
Na+
Spinel block
Tl+, NH4+, In+
Ga+, NO+, H3O+
-Al2O3
硅酸盐蒙脱土
高岭土
水滑石
硅石和云母等
制备方法—电化学方法
规则的几何多面体外形表明晶体内部结 构是规则的。 晶面角守恒
相对应的各晶面之间的夹角保持恒定
晶体的性（如外形，晶体力 学性质） 表明晶体的内部结构的规则性在不同方 向是不一致的。 对称性
晶体的微观特征
• 晶体的点阵结构 晶体结构=点阵+结构基元 一维点阵，结构基元：(-CH2)2
无机固体化学
• 制备方法—固态反应 • 晶体结构：晶体物质的特性；空间点阵；晶胞和 晶系；14种Bravais晶格类型 • 紧密密堆积：等径球体的密堆积；密堆积的应用 • 重要结构类型：分立结构单元；无限一维链状结 构；无限二维层状结构；无限三维网络结构 • 晶体中的缺陷：固有缺陷；非整比缺陷；晶体的 色心与缺陷；非整比化合物 • 非金属固体材料 陶瓷：陶瓷；固体电解质；高温 超导陶瓷；生物陶瓷； • 沸石和分子筛： A型分子筛
制备方法—高压法
• 金刚石
固体物质的分类
• 微观结构形态 晶态固体 原子排列的长程有序性，即晶体的原子 在三维空间的排列沿着每个点阵直线的 方向，原子有规则地重复出现。 非晶态固体 原子的排列从总体上是无规则的。但是 邻近原子的排列是有一定的规律，即短 程有序。
晶体的宏观特征
规则的几何外形
二维点阵,结构基元：[B(OH)3]2
点阵参数 a, b,
三维点阵
NaCl结构类型的晶胞
点阵参数：
a, b, c, , ,
晶体的微观特征
• 七大晶系 三斜，单斜，正交，四方，三凌，六方， 立方 • 14种Bravais晶格类型 P，C，I，F • 32种点群 • 230种空间群
制备方法—溶液、熔体、玻璃和 凝胶中的结晶作用
Ta Tf A+ liquid Te A + B A X Composition B liquid Tb B+ liquid
Temperature
制备方法—溶液、熔体、玻璃和 凝胶中的结晶作用
• Li2O + SiO2
1100 oC
Li2Si2O5 (玻璃)
1. 描述和分类；
2. 控制晶体结构的影响因素。
固体的缺陷 结构
固体化学
• 合成方法： 固相反应、气相输运、沉淀法和电化学 法
• 样品状态：
单晶、粉末、烧结块
• 表征方法：
X射线衍射方法和显微技术
固体化学
• 体系的相图
• 化学键理论 • 性质与功能 • 结构与性质的关系
制备方法—固态反应
500—700 oC
Li2Si2O5 (晶体)
制备方法—气相运输法
Pt(s) + O2
> 1200 oC 低温
PtO2(g)
WO2 (s) + I2 (g)
1000 oC 800
oC
WO2I2 (g)
Cr2O3 (s) + 3/2 O2
2CrO3 (g) + NiO (s)
2CrO3 (g)
NiCr2O4 (s) + 3/2 O2
制备方法—固态反应
• 前驱物（precursor)法:
(NH4)2Mg(CrO4)26H2O MgCr2O4
CoCr2O74C5H5N
CoCr2O4
制备方法—溶液、熔体、玻璃和 凝胶中的结晶作用
• 溶液和溶胶： NaAl(OH)4 + Na2SiO3 + NaOH (Naa(AlO2)b(SiO2)c NaOH H2O Nax(AlO2)x(SiO2)y mH2O
• 烧MgO和Al2O3生成尖晶石MgAl2O4
反应条件: 1200 º C开始有明显反应，必 须在1500 º C将粉末样品加热数天，反应 才能完全。
• 影响因素：
表面积与接触面积
产物相的成核速度 离子的扩散速度
制备方法—固态反应
• 共沉淀作为固态反应的初产物 （Precursor） MFe2O4 (M = Zn, Co, Mn, Ni) ZnFe2O4 Fe2(OX)3 + Zn(OX) ZnFe2O4 不适应的情况： 1. 反应物溶解度相差较大； 2. 反应物不以相同的速度产生沉淀： 3. 常形成过饱和溶液
制备方法—插入反应
• 石墨插层化合物: 3.35 Å
C3.6F to C4.0F
C8K
石墨/FeCl3
C8Br
制备方法—插入反应
• TiS2插层化合物:
xC4H9Li + TiS2
n-C6H14 Ar
LixTiS2 + x/2 C8H18
插入物：M+, Cu+ , Ag+ , H+ , NH3, NR3, M(C5H5)2 底物：Ta2S2C, NiPS3, FeOCl, V2O5, MoO3, TiO2, MoO2, WO3