§8-2晶体的基本类型与性质 (-)离子晶体 结点:+、-离子 作用力:+、-离子间的静电引力:fq+q(2d=r++r 作用能(晶格能) U-g+ g/d 粗略估计U的相对大小:CaCl2>KCl 精确:考虑多个异号离子&多层同号、异号离子+e结构等 woMe No-Avogadro常数, MAdelung常数,n-Bomn指数 不同晶体有表可查
§8-2 晶体的基本类型与性质 • (一) 离子晶体 • 结 点：+、- 离子 • 作用力：+、- 离子间的静电引力: f=q+·q- /d 2 d=r++r- • 作用能(晶格能): U≈q+·q- /d 粗略估计U的相对大小: CaCl2>KCl • 精确：考虑多个异号离子 & 多层同号、异号离子 + e结构 等 = − − + − d n N Mz z e U 1 1 2 0 • N0—Avogadro常数, M—Madelung常数, n—Born指数 不同晶体有表可查
晶格能: 定义(热力学):离子(g)→1mo离子晶体U=△HO 如:Nat(g)+C!=NaCs)△F=-786 K. mol U(NaCl)=786 kJ mol I 测定:用Hes定律( Born-Fajans- Haber循环)教材P206 Nat(g) Cl NaCl(s) 0=? ↑电离能1亲合能 Na(g) ci(g 生成焓 ↑升华焓↑解离能 Na(s)+0.5Cl2(g) 生成焓=升华焓+电离能+解离能+(-e亲合能)+(-U) 离子晶体的性质 熔点高,硬度大,熔融态导电,水溶液导电,无延展性(脆)
• 晶格能： • 定义(热力学)： 离子(g) → 1 mol离子晶体 U=-ΔHθ • 如： Na+ (g) + Cl- == NaCl(s) ΔHθ= -786 kJ·mol-1 U(NaCl) = 786 kJ·mol-1 • 测定：用Hess定律(Born-Fajans-Haber循环) 教材P206 • Na+ (g) + Cl- ➔ NaCl(s) U=? ↑ ↑ Na(g) Cl(g) ↑ ↑ Na(s) + 0.5Cl2 (g) 生成焓 升华焓 解离能 电离能 e亲合能 生成焓 = 升华焓 + 电离能 + 解离能 + (- e亲合能) + (-U ) • 离子晶体的性质： • 熔点高, 硬度大, 熔融态导电, 水溶液导电, 无延展性(脆):
⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙ ⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕ F→⊙⊙⊕⊙⊙⊕⊙⊕今⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊙ 典型离子晶体晶格能与性质的关系 q4q↑,八→U→结合牢固→m,p.↑,bp.↑,硬度 (二)分子晶体、原子晶体、金属体 晶体结点结点间力 性 质 离子晶体+-离子离子键熔、沸点高硬度大无延展性熔溶导电 熔、沸点低无延展性(∵r硬度 分子晶体分子VW力,H键不导电。如O2,O2H2O,A等 原子晶体原子共价键熔沸点高硬度大。如金刚石石英 SO2,WC,金刚砂,刚玉AlO2,Si,GaAs 金属晶体原子金属键因键强不一熔沸点、硬度高低不W Cr,Na,Hg),有延展性键无方向性热、电 或⊕自由与⊕胶合良导体有金属光泽因h→ee→hte
• 典型离子晶体晶格能与性质的关系： |q+q- |↑, r↓ ➔ U↑ ➔ 结合牢固 ➔ m.p.↑，b.p.↑，硬度↑ • (二) 分子晶体、原子晶体、金属晶体 ⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕ ➔ ⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙ ⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙ F→ ⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕ 晶 体 结 点 结点间力 性 质 离子晶体 + -离子 离子键 熔、沸点高, 硬度大, 无延展性, 熔/溶导电 分子晶体 分 子 VdW力, H键 熔、沸点低, 无延展性(∵r -6 ), 硬度 小, 不导电。如CO2 , O2 , H2O, Ar等 原子晶体 原 子 共价键 熔、沸点高, 硬度大。如金刚石, 石英 SiO2 , WC, 金刚砂SiC, 刚玉Al2O3 , Si, GaAs 金属晶体 原子 或⊕ 金属键 自由e与⊕胶合 因键强不一, 熔、沸点、硬度高低不一(W, Cr, Na, Hg), 有延展性(键无方向性); 热、电 良导体, 有金属光泽, 因hν→e→e * →hν’+e
表中:(1)离子、原子晶体,因都是化学键结合,故熔点沸点高 而分子晶体为 Van de waal力结合(小1~2数量级成百上千倍),故 熔点、沸点低 反之,若m.p,bp.↑原子,离子晶体;Δx小>原子,A大→离子 原子晶体例如:C,Si,SO2,Al2O3,SC,W等 m,p,bpD↓→分子晶体 (2)一般,硬度:原子晶体离子晶体 (3)原子与分子晶体内都有化学键,但要区分在结点内 还是在结点间⊙ (4)金属金属材料的性质还与金属本性、堆积方式、金 相、热处理及形成各种合金等多种因素有关(自学) 以上是基本类型(典型)的晶体,但常见晶体还有 三)混合型晶体 熔点、沸点、硬度,介于原、离子晶体与分子晶体之间
• 表中: (1) 离子、原子晶体，因都是化学键结合，故熔点沸点高 • 而分子晶体为Van de Waals力结合(小1~2数量级/成百上千倍), 故 熔点、沸点低 • 反之，若m.p., b.p.↑➔原子, 离子晶体；Δx小→原子, Δx大→离子 原子晶体例如：C, Si, SiO2 , Al2O3 , SiC, WC等 m.p., b.p.↓ ➔ 分子晶体 • (2) 一般，硬度: 原子晶体>离子晶体 • (3) 原子与分子晶体内都有化学键，但要区分在结点内 还是在结点间 ☺ • (4) 金属/金属材料的性质还与金属本性、堆积方式、金 相、热处理及形成各种合金等多种因素有关(自学) 以上是基本类型(典型)的晶体，但常见晶体还有： • (三) 混合型晶体 • 熔点、沸点、硬度, 介于原、离子晶体与分子晶体之间
结点间同时存在化学键和分子间力两种相互作用,如 1、链状晶体 大多数硅酸盐及如天然硅酸盐中的:石棉、云母 基本结构为:Si-O四面体 公 结合成链或层,层间也可能层M+层结合 用作干燥剂的硅酸凝胶H2SO3亦类此大分子 用于绝缘、耐热、隔热、分子筛等 2、层状晶体 如石墨单、多层纳米碳管)、MoS2等。C都采用sp2杂化:
• 结点间同时存在化学键和分子间力两种相互作用，如 • 1、链状晶体 • 大多数硅酸盐及如天然硅酸盐中的：石棉、云母 • 基本结构为：Si-O四面体 • 结合成链或层，层间也可能 层-Mn+ -层 结合 • 用作干燥剂的硅酸凝胶H2SiO3亦类此大分子 • 用于绝缘、耐热、隔热、分子筛等 • 2、层状晶体 • 如石墨(单、多层纳米碳管)、MoS2等。C都采用sp2杂化：
层内:大π键,∴导电 68800 8-层间:不导电各向异性 冷层间结合松弛,外力作用下易 滑动→做固体润滑剂 轴承密封圈、电动机碳刷铅 笔芯 水泵轴承(尼龙+石墨粉)飞机刹 车片(CC复合)自润滑等 MoS2做固体润滑剂无油车床) 以上都是晶体的理想情形。实际研究中还应考虑 1)一般材料多为多晶体 ·2)晶体中存在各种缺陷,如掺杂原子,缺少粒子等 ·晶体缺陷对结构材料可能不利,但也有利用热处理技术人为 制造缺陷或形成多晶体、共晶体等,提高性能 尤其是掺杂原子的技术用于制造半导体,利用缺陷产生催化活 性中心 习题:1,4,5,6,9,11
层内：大π键，∴导电 层间：不导电➔ ρ各向异性 层间结合松弛，外力作用下易 滑动 ➔ 做固体润滑剂: 轴承密封圈、电动机碳刷、铅 笔芯 水泵轴承(尼龙+石墨粉)飞机刹 车片(C-C复合)自润滑 等 3.45 Å • MoS2做固体润滑剂(无油车床) • 以上都是晶体的理想情形。实际研究中还应考虑 • 1) 一般材料多为多晶体 • 2) 晶体中存在各种缺陷，如掺杂原子，缺少粒子等 • 晶体缺陷对结构材料可能不利，但也有利用热处理技术人为 制造缺陷或形成多晶体、共晶体等, 提高性能 • 尤其是掺杂原子的技术用于制造半导体，利用缺陷产生催化活 性中心 习题：1, 4, 5, 6, 9, 11