第二章 吸附作用
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第二章 吸附作用
晶体的分类
(依据：构成晶体的粒子种类及粒子之间的作用)
金属型晶体 离子型晶体
晶体 原子型晶体
分子型晶体 混合型晶体
金属晶体
• 1.晶体结构： 金属原子结构的共同特征是： ①最外层电子数较少，一般在4个以下； ②原子半径较大。这种结构特点使其原子易失去价电子而 变成金属离子，释放出的价电子在整个晶体中可以自由运 动，被称为“自由电子”。它不再属于哪个或哪几个指定 的金属离子，而是整块金属的“集体财富”，它们在整个 晶体内自由运动，所以有人描述金属内部的实际情况是 “金属离子沉浸在自由电子的海洋中”，这种描述正是自 由电子的特征决定的。金属阳离子与自由电子之间存在着 较强的作用，因而使金属离子相互结合在一起，形成金属 晶体。这种使金属阳离子和自由电子吸引胶合在一起的作 用力，称为金属键。
金属晶体：通过金属键作用形成 的单质晶体
晶胞
晶体中能够反映晶体结构特征的基本重 复单位
无隙并置
平行六 面体
二一、、 金金属属晶晶体的体密的堆密积堆结构积结构
金属晶体的哪原种排子列平方面式堆积模型
圆球周围剩余 空隙最小？
（a）非密置层 （b）密置层
•金简属单晶立方体堆晶的积胞（原的P子o形）空状是间什堆积模型1
• 在固体中，处于表面的原子（分子）受力 情况与内部的原子（分子）不同。在固体 内部，每个原子（分子）前后左右上下挤 满了其它原子（分子），平均说来，每个 原子（分子）受到周围原子（分子）的作 用是对称均匀的。而处在表面的原子（分 子），其前后左右的作用力虽是对称均匀 的，但上下的作用力不同。如图所示
• 正是这样的原因造成了固体表面有着与固 体体内不同的特点：1．原子排列不同， 2．组分不同。
B
即 AB AB 堆积方式，形成六
A
方紧密堆积。
配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方密堆积
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
第四层再排 A，于是形
A
成 ABC ABC 三层一个周
1 每个结构基元的化学成分和结构完全相同。 2 每个结构基元在空间的取向完全相同。 3 所有晶格点的分布都满足晶格基本性质所规定的 要求。
实际晶体
实际的晶体往往是不完备的。在实际晶体中往 往存在杂质原子和种种缺陷(所谓缺陷就是欠缺、不 完备)。晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷 和体缺陷。
§1. 固体的表面结构
• 固体表面的表面能量高，这使其有力图吸 附其它相（气相、液相）分子来降低表面 能量的倾向，这就是固体表面的吸附作用。 固体表面的吸附作用很早就被用在工业和 生活上了，如活性炭的脱色和吸潮、防毒 面具的解毒等。
固体表面的电子结构
• 因固体表面的存在而引起的电子态的波函数、能 态密度和能谱。
• 表面电子结构的研究，是表面物理的基础内容。 • 固体的许多物理性质，例如电子发 射、吸收和催
也可能因表面原子排列的崎变，使它们的 排列具有 更大的周期—再构现象)。因二维波矢。
• 固体表面是指固气界面或固液界面。它实 际上是由凝聚态物质靠近气体或真空的一 个或几个原子层（0.5——10nm）组成，是 凝聚态对气体或真空的一种过滤 。
化等都与表面电子结构有密切联系。
• 表面的存在破坏了晶体原有时三维平移周期性， 因而三维波矢不再是表征电子态的好量子数， N.E.塔姆 (Tamm)于1932年首先提出，在周期性 势场中断的表面，存在局域的表面电子态。
• 在平行于表面的平面里， 仍然存在二维平 移周期性(可能与晶体原来的周期性相 同，
第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一样的 )
12
6
3
54
12
6
3
54
，
AB
关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧 密的堆积方式。
第一种是将球对准第一层的球。 下图是此种六方 紧密堆积的前视图
12
A
6
3
54
B
A
于是每两层形成一个周期，
如;三种常见的立方晶体结构
简单立方 体心立方 面心立方
金属晶体的四中堆积模型对比
实际晶体
理想晶体
前面介绍的晶体，都是一种理想的晶体或完美的晶 体。在理想晶体中，组成晶体的每一结构基元的成分和 结构都是完全相同的，这些结构基元在空间位置和取向 上都是完全规则的重复排列，所以理想的晶体结构满足 以下三个条件：
图固体中原子（分子）受力情况
• 处于表面的原子（分子）有一边的力场没 有得到满足，故在固体内部有把表面原子 （分子）拉向内部的力存在。又由于固体 中的原子（分子）不像液体那样易于移动， 所以处在表面的原子（分子）的能量高于 内部的能量。
• 固体表面是坎坷不平的，即使是一个经过 细心磨光的表面，在高倍的显微镜下，仍 可看到表面有许多沟槽、坑洼和裂痕等， 故处在表面的原子（分子）的能量并不均 一。一般，越是突出的原子（分子）其力 场越没有满足，表面能量就越高。
• 通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体， 叫做金属晶体。
• 金属晶体结构中，金属原子一层一层紧密 地堆积着排列。
• 离子晶体和分子晶体的结构是最小重复单 元（又叫晶胞）在空间的无限延伸；原子 晶体的结构是原子形成的空间网状结构； 金属晶体的结构是金属原子一层一层紧密 堆积的
金属晶体
期。 得到面心立方堆积。
C
B
12
6
3
54
配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A C B A
此种立方紧密堆积的前视图
Ａ
Ｃ
Ｂ
Ｂ
Ａ
Ａ
镁型 六方密堆积
铜型
立方面心堆积 金属晶体的两种最密堆积方式
金属晶体的密堆积结构
四种堆积方式,最常见的堆积为三种. 立方体心堆积、立方面心堆积、 六方堆积。
么？排列方式怎
金属晶体的样堆？积方式──简单立方堆积
金属晶体的原子空间堆积模型2
• 体心立方堆积（ IA，VB，VIB）
配位数 8
金属晶体的堆积方式──钾型
三维堆积－由非密置层堆积的两种方式
由
简非
单 立
密 置 层
方一
堆层
积一
钾型 体心
层 堆 积
立方
而
成
金属晶体的最密置层堆积方式
三维堆积－由最密置层堆积的两种方式
晶体的分类
(依据：构成晶体的粒子种类及粒子之间的作用)
金属型晶体 离子型晶体
晶体 原子型晶体
分子型晶体 混合型晶体
金属晶体
• 1.晶体结构： 金属原子结构的共同特征是： ①最外层电子数较少，一般在4个以下； ②原子半径较大。这种结构特点使其原子易失去价电子而 变成金属离子，释放出的价电子在整个晶体中可以自由运 动，被称为“自由电子”。它不再属于哪个或哪几个指定 的金属离子，而是整块金属的“集体财富”，它们在整个 晶体内自由运动，所以有人描述金属内部的实际情况是 “金属离子沉浸在自由电子的海洋中”，这种描述正是自 由电子的特征决定的。金属阳离子与自由电子之间存在着 较强的作用，因而使金属离子相互结合在一起，形成金属 晶体。这种使金属阳离子和自由电子吸引胶合在一起的作 用力，称为金属键。
金属晶体：通过金属键作用形成 的单质晶体
晶胞
晶体中能够反映晶体结构特征的基本重 复单位
无隙并置
平行六 面体
二一、、 金金属属晶晶体的体密的堆密积堆结构积结构
金属晶体的哪原种排子列平方面式堆积模型
圆球周围剩余 空隙最小？
（a）非密置层 （b）密置层
•金简属单晶立方体堆晶的积胞（原的P子o形）空状是间什堆积模型1
• 在固体中，处于表面的原子（分子）受力 情况与内部的原子（分子）不同。在固体 内部，每个原子（分子）前后左右上下挤 满了其它原子（分子），平均说来，每个 原子（分子）受到周围原子（分子）的作 用是对称均匀的。而处在表面的原子（分 子），其前后左右的作用力虽是对称均匀 的，但上下的作用力不同。如图所示
• 正是这样的原因造成了固体表面有着与固 体体内不同的特点：1．原子排列不同， 2．组分不同。
B
即 AB AB 堆积方式，形成六
A
方紧密堆积。
配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方密堆积
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
12
6
3
54
12
6
3
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12
6
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第四层再排 A，于是形
A
成 ABC ABC 三层一个周
1 每个结构基元的化学成分和结构完全相同。 2 每个结构基元在空间的取向完全相同。 3 所有晶格点的分布都满足晶格基本性质所规定的 要求。
实际晶体
实际的晶体往往是不完备的。在实际晶体中往 往存在杂质原子和种种缺陷(所谓缺陷就是欠缺、不 完备)。晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷、面缺陷 和体缺陷。
§1. 固体的表面结构
• 固体表面的表面能量高，这使其有力图吸 附其它相（气相、液相）分子来降低表面 能量的倾向，这就是固体表面的吸附作用。 固体表面的吸附作用很早就被用在工业和 生活上了，如活性炭的脱色和吸潮、防毒 面具的解毒等。
固体表面的电子结构
• 因固体表面的存在而引起的电子态的波函数、能 态密度和能谱。
• 表面电子结构的研究，是表面物理的基础内容。 • 固体的许多物理性质，例如电子发 射、吸收和催
也可能因表面原子排列的崎变，使它们的 排列具有 更大的周期—再构现象)。因二维波矢。
• 固体表面是指固气界面或固液界面。它实 际上是由凝聚态物质靠近气体或真空的一 个或几个原子层（0.5——10nm）组成，是 凝聚态对气体或真空的一种过滤 。
化等都与表面电子结构有密切联系。
• 表面的存在破坏了晶体原有时三维平移周期性， 因而三维波矢不再是表征电子态的好量子数， N.E.塔姆 (Tamm)于1932年首先提出，在周期性 势场中断的表面，存在局域的表面电子态。
• 在平行于表面的平面里， 仍然存在二维平 移周期性(可能与晶体原来的周期性相 同，
第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一样的 )
12
6
3
54
12
6
3
54
，
AB
关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧 密的堆积方式。
第一种是将球对准第一层的球。 下图是此种六方 紧密堆积的前视图
12
A
6
3
54
B
A
于是每两层形成一个周期，
如;三种常见的立方晶体结构
简单立方 体心立方 面心立方
金属晶体的四中堆积模型对比
实际晶体
理想晶体
前面介绍的晶体，都是一种理想的晶体或完美的晶 体。在理想晶体中，组成晶体的每一结构基元的成分和 结构都是完全相同的，这些结构基元在空间位置和取向 上都是完全规则的重复排列，所以理想的晶体结构满足 以下三个条件：
图固体中原子（分子）受力情况
• 处于表面的原子（分子）有一边的力场没 有得到满足，故在固体内部有把表面原子 （分子）拉向内部的力存在。又由于固体 中的原子（分子）不像液体那样易于移动， 所以处在表面的原子（分子）的能量高于 内部的能量。
• 固体表面是坎坷不平的，即使是一个经过 细心磨光的表面，在高倍的显微镜下，仍 可看到表面有许多沟槽、坑洼和裂痕等， 故处在表面的原子（分子）的能量并不均 一。一般，越是突出的原子（分子）其力 场越没有满足，表面能量就越高。
• 通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体， 叫做金属晶体。
• 金属晶体结构中，金属原子一层一层紧密 地堆积着排列。
• 离子晶体和分子晶体的结构是最小重复单 元（又叫晶胞）在空间的无限延伸；原子 晶体的结构是原子形成的空间网状结构； 金属晶体的结构是金属原子一层一层紧密 堆积的
金属晶体
期。 得到面心立方堆积。
C
B
12
6
3
54
配位数 12 。 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A C B A
此种立方紧密堆积的前视图
Ａ
Ｃ
Ｂ
Ｂ
Ａ
Ａ
镁型 六方密堆积
铜型
立方面心堆积 金属晶体的两种最密堆积方式
金属晶体的密堆积结构
四种堆积方式,最常见的堆积为三种. 立方体心堆积、立方面心堆积、 六方堆积。
么？排列方式怎
金属晶体的样堆？积方式──简单立方堆积
金属晶体的原子空间堆积模型2
• 体心立方堆积（ IA，VB，VIB）
配位数 8
金属晶体的堆积方式──钾型
三维堆积－由非密置层堆积的两种方式
由
简非
单 立
密 置 层
方一
堆层
积一
钾型 体心
层 堆 积
立方
而
成
金属晶体的最密置层堆积方式
三维堆积－由最密置层堆积的两种方式