一六节晶体课件

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1、1.6.1.6.1 1 晶体和非晶体晶体和非晶体1.6.2 1.6.2 晶体的基本类型晶体的基本类型1.6.3 1.6.3 实际晶体实际晶体1.6.4 1.6.4 液晶液晶1.6 晶体结构1.6.1 晶体和非晶体1 1、晶体与非晶体的特性比较晶体与非晶体的特性比较2 2、晶体的内部结构晶体的内部结构 晶 体 晶体的微粒在空间排列有一定的规律。晶体的微粒在空间排列有一定的规律。1 1、晶体与非晶体的特性比较、晶体与非晶体的特性比较单晶体 单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长成，其单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长成，其内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列，具有典内部的粒子基本上按其特有的规律

2、整齐排列，具有典型的晶体结构和突出的晶体的特性。显示型的晶体结构和突出的晶体的特性。显示各向异性各向异性 。多晶体 多晶体由很多细小晶粒结合而成，多晶体中每一小晶粒虽有各向异性，但由于晶粒的混乱排列，总体上一般不表现出各向异性。微 晶 是介于晶态和非晶态之间的物质，它们是介于晶态和非晶态之间的物质，它们在很小的范围内微粒作有规则排列，也可在很小的范围内微粒作有规则排列，也可以看作为由许多微小晶体组成的物质。以看作为由许多微小晶体组成的物质。组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。非晶体又常称为非晶体又常称为“过冷的液体过冷的液体”。非晶体非晶体晶体和非晶

3、体的区别如下：1.晶体有规则的几何外形;2.晶体有固定的熔点;3.晶体显各向异性。1.1.非晶体没有一定的外形；非晶体没有一定的外形；2.2.非晶体没有固定熔点；非晶体没有固定熔点；3.3.非晶体显各向同性。非晶体显各向同性。晶体与非晶体的内部结构特征按热力学观点看晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体。不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体。2 晶体的内部结构1)1)

4、点阵（晶格）结构点阵（晶格）结构2)2)晶胞晶胞3)3)晶系晶系4)4)晶体结构的测定晶体结构的测定1）点阵（晶格）结构 晶体中的每个结构单晶体中的每个结构单晶体中的每个结构单晶体中的每个结构单元抽象为一个元抽象为一个元抽象为一个元抽象为一个几何点几何点几何点几何点，许多点排成一行称许多点排成一行称许多点排成一行称许多点排成一行称直直直直线点阵线点阵线点阵线点阵；许多行的直线点阵平许多行的直线点阵平许多行的直线点阵平许多行的直线点阵平行排行称行排行称行排行称行排行称平面点阵平面点阵平面点阵平面点阵；许多平面点阵平行排列许多平面点阵平行排列许多平面点阵平行排列许多平面点阵平行排列称称称称三维空间

5、点阵。三维空间点阵。三维空间点阵。三维空间点阵。晶体结构点阵结构单元晶体结构点阵结构单元2）晶胞 能够表现晶体结构特征的基本单位称为能够表现晶体结构特征的基本单位称为晶胞，晶胞，(包括晶格的形式、大小及位于晶格结点上的微包括晶格的形式、大小及位于晶格结点上的微粒）。如下面是粒）。如下面是NaClNaCl的晶胞，含的晶胞，含 4 4个个Na Na 4 4个个ClCl3）晶系 晶胞的大小和形式可用六面体的晶胞的大小和形式可用六面体的晶胞的大小和形式可用六面体的晶胞的大小和形式可用六面体的3 3 3 3个边长个边长个边长个边长a a a a、b b b b、c c c c和和和和由由由由cbcbcb

6、cb、cacacaca、ab ab ab ab 所成的所成的所成的所成的3 3 3 3个个个个夹角夹角夹角夹角 、进行描述，这进行描述，这进行描述，这进行描述，这6 6 6 6个个个个数值总称为数值总称为数值总称为数值总称为晶胞参数晶胞参数晶胞参数晶胞参数。按照晶胞参数的不同，晶体可分为按照晶胞参数的不同，晶体可分为按照晶胞参数的不同，晶体可分为按照晶胞参数的不同，晶体可分为7 7 7 7个晶系个晶系个晶系个晶系。分别为。分别为。分别为。分别为 立方、四方、正交、三斜、单斜、三方、六方等。立方、四方、正交、三斜、单斜、三方、六方等。立方、四方、正交、三斜、单斜、三方、六方等。立方、四方、正交、

7、三斜、单斜、三方、六方等。abc 立立 方方 晶晶 系系四四 方方 晶晶 系系正正 交交 晶晶 系系三三 方方 晶晶 系系单单 斜斜 晶晶 系系三三 斜斜 晶晶 系系六六 方方 晶晶 系系 7 7种晶系总共种晶系总共有有1414种空间点种空间点阵形式阵形式图图5 145 14种空间点阵形式种空间点阵形式4）晶体结构的测定1 1）BraggBragg方程方程2dSin=n2）X射线衍射图1.6.2 晶体的基本类型1离子晶体离子晶体2 2分子晶体分子晶体3 3原子晶体原子晶体4 4金属晶体金属晶体5.5.过渡性晶体过渡性晶体根据晶格结点上微粒间的作用力的不同，将晶体分为以下几种。1离子晶体n n形

8、形成成 离离子子晶晶体体依依靠靠正正、负负离离子子间间的的静静电电引引力（离子键）力（离子键）相互吸引而成。相互吸引而成。nNaClNaCl型晶胞型晶胞特点特点 由于离子键由于离子键没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性，所以，所以离子晶体中离子的堆积形式与金属晶体相似，离子晶体中离子的堆积形式与金属晶体相似，也采取也采取负离子最紧密堆积方式负离子最紧密堆积方式。特 性 离子晶体一般表现为离子晶体一般表现为 硬度较大，硬度较大，熔点较高，熔点较高，挥发度较低。挥发度较低。离子晶体比较稳定，离子晶体比较稳定，晶格能比较大，如下表晶格能比较大，如下表所示。所示。碱土金属氧化物正、负离子间的距离、晶格

9、能、熔点及硬度 化合物化合物化合物化合物 正负离子间正负离子间正负离子间正负离子间 晶格能晶格能晶格能晶格能 熔点熔点熔点熔点 硬度硬度硬度硬度 的距离的距离的距离的距离/nm/nm/nm/nm/KJ.mol-1/KJ.mol-1/KJ.mol-1/KJ.mol-1 /（金刚石（金刚石（金刚石（金刚石=10=10=10=10）MgO MgO0.2100.210-3932.96-3932.96 2852 5.5-6.5 2852 5.5-6.5 CaO CaO0.2400.240-3522.93-3522.93 2614 4.5 2614 4.5 SrO SrO0.2580.258-3309.5

10、4-3309.54 2420 3.8 2420 3.8 Ba Ba0 00.2770.277-3125.45-3125.45 1918 3.3 1918 3.32分子晶体 依依靠靠较较弱弱的的范范德德华华力力，中中性性分分子子相相互互吸吸引引，排排列列在在晶晶格结点上而构成的。格结点上而构成的。分子晶体分子晶体没有方向性和饱和性没有方向性和饱和性。分子晶体的特性 分子晶体中分子间分子晶体中分子间的引力很弱，只要供的引力很弱，只要供给较少的能量，晶体给较少的能量，晶体就会被破坏。就会被破坏。所以分子晶体的所以分子晶体的硬度较小，硬度较小，熔点低，熔点低，挥发性大，挥发性大，不导电。不导电。3原子

11、晶体 原子晶体原子晶体亦称亦称共价晶体共价晶体，它是由中性原，它是由中性原子依靠子依靠共价键结合而成共价键结合而成，整个晶体是由，整个晶体是由“无限无限”数目的原子构成的大分子数目的原子构成的大分子。典型的共价晶体典型的共价晶体：金刚石金刚石（C C）金刚砂金刚砂（SiCSiC）石英石英（SiOSiO2 2）如何区分钻石的品质如何区分钻石的品质n n大小大小1g=51g=5克拉克拉 或者或者11克拉克拉=0.2g=100=0.2g=100分，分，2020分以上才有证书分以上才有证书n n色度色度D-N12D-N12个级别（从个级别（从100%100%依次降低一个百分数，依次降低一个百分数，N

12、N级为级为90%90%），一般与白金配选择），一般与白金配选择G-HG-H级别的较经济实惠，而且级别的较经济实惠，而且无搭配缺陷。无搭配缺陷。n n纯度纯度IFIF（也有称（也有称LCLC，镜下无瑕级，镜下无瑕级)、VVS1VVS1、VVS2VVS2、VS1VS1、VS2VS2、SI1SI1、SI2SI2、I I八个等级，其中八个等级，其中IFIF级最好，级最好，I I级最差。级最差。n n切工切工对于切工而言，好的切工从外观上看会比较饱满，可以感对于切工而言，好的切工从外观上看会比较饱满，可以感觉钻石的颗粒更大些觉钻石的颗粒更大些 84.37克拉的钻石203克拉的钻石原子晶体的主要特性n 原

13、子晶体有原子晶体有方向性方向性和和饱和性饱和性，n n配位数低配位数低；熔点高熔点高；硬度大；不导电；不溶于任硬度大；不导电；不溶于任何溶剂，化学性质十分稳定。何溶剂，化学性质十分稳定。4金属晶体 金属晶体是金属晶体是通过通过金属键金属键形形成的晶体。成的晶体。金属的结构特点金属的结构特点金属键1 1 1 1）形成）形成 依靠依靠“自由电子气自由电子气”把失去价电子的把失去价电子的金属正离子金属正离子“胶合胶合”起来。起来。“自由电子气自由电子气”与金属正离子间的强作用力称为金属键。与金属正离子间的强作用力称为金属键。2 2）特征）特征 无方向性、无饱和性、金属原子呈最紧密堆积无方向性、无饱和

14、性、金属原子呈最紧密堆积金属的结构特点金属原子金属原子紧密堆积紧密堆积，以，以使体系能量最低。使体系能量最低。金属原子的配位数高。金属原子的配位数高。金属键没有方向性、饱金属键没有方向性、饱和性。和性。金属的特性：不透明、导电、导热、具有延展性。不透明、导电、导热、具有延展性。能带理论5.过渡性晶体 除上述除上述4 4种基本类型外，种基本类型外，还有一些还有一些过渡型晶体，这些晶体中粒子之间存在过渡型晶体，这些晶体中粒子之间存在着一种以上的结合力。包括：着一种以上的结合力。包括：层状晶体层状晶体 链状晶体链状晶体 富勒烯富勒烯层状晶体 在石墨晶体中既在石墨晶体中既有共价键又有金属有共价键又有金

15、属键性质，键性质，层间结合则依靠层间结合则依靠分子间作用力，所分子间作用力，所以这是一种典型的以这是一种典型的混合键型单质晶体混合键型单质晶体。链状晶体 石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物的总称。链内硅氧原子间为带共的总称。链内硅氧原子间为带共的总称。链内硅氧原子间为带共的总称。链内硅氧原子间为带共价性的离子键，链状阴离子之间价性的离子键，链状阴离子之间价性的离子键，链状阴离子之间价性的离子键，链状阴离子之间通过相隔较远的金属阳离子以离通过相隔较远的金属阳离子以离通过相隔较远的金属阳离子以离通过相隔较远的金属阳离子以离子键相

16、结合，因此链间结合力比子键相结合，因此链间结合力比子键相结合，因此链间结合力比子键相结合，因此链间结合力比链内结合力弱，故解理时易形成链内结合力弱，故解理时易形成链内结合力弱，故解理时易形成链内结合力弱，故解理时易形成纤维。纤维。纤维。纤维。结 论:单质晶体键型变化的根本原单质晶体键型变化的根本原因，在于周期表各原子电子结构因，在于周期表各原子电子结构和性质上的差别。和性质上的差别。富勒烯n n富勒烯是碳元素继金刚石、石墨之后的第三种晶体形富勒烯是碳元素继金刚石、石墨之后的第三种晶体形态。是金刚石、石墨的同素异形体或同质异晶体。最态。是金刚石、石墨的同素异形体或同质异晶体。最典型的是典型的是C

17、 C6060。n n它是由它是由2020个六边形个六边形n n1212个五边形组成个五边形组成1985年,英国化学家哈罗德沃特尔克罗托博士（SirHaroldWalterKroto，1939年10月7日）和美国科学家理查德埃里特史沫莱（SirRichardErrettSmalley，1943年6月6日）等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。为此，克罗托博士获得1996年度诺贝尔化学奖。1.6.3 实际晶体 1 1.晶体的缺陷晶体的缺陷点缺陷点缺陷 2.2.非整比化合物非整比化合物 1.晶体的缺陷点缺陷实际晶体存在着各种缺陷。实际晶体存在着各种缺陷

18、。点缺陷、点缺陷、线缺陷、线缺陷、面缺陷面缺陷 、体缺陷、体缺陷1 1）本征缺陷（热缺陷）本征缺陷（热缺陷）2 2）杂质缺陷杂质缺陷1）本征缺陷（热缺陷）在没有外来原子时，由于晶格原在没有外来原子时，由于晶格原子的热运动，有一部分能量较大的子的热运动，有一部分能量较大的原子离开正常位置，进入间隙，变原子离开正常位置，进入间隙，变成填隙原子，并在原来位置上留下成填隙原子，并在原来位置上留下一空位。一空位。2）杂质缺陷 由于外来原子进入晶体内部而由于外来原子进入晶体内部而产生的缺陷。产生的缺陷。2、非整比化合物 AmBnAmBn实际晶体中实际晶体中A A：BmBm：n n。这。这种偏离整数比的化合

19、物就称为非整种偏离整数比的化合物就称为非整比化合物。比化合物。非整比化合物比整比化合物的存非整比化合物比整比化合物的存在更为普遍。在更为普遍。1.6.4液晶液晶类物质的力学性能液晶类物质的力学性能象液体，可以自由流象液体，可以自由流动；动；而光学性质却象晶体，而光学性质却象晶体，显各向异性显各向异性。在一个方向上在一个方向上近程有序近程有序，而在另一个方向上却而在另一个方向上却远程有序。远程有序。液晶物质主要包括向例相、胆甾相、近晶相。提问与解答环节Questions And Answers谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal