第九章固体结构PPT课件
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第九章固体结构PPT课件
（1） 氯化钠的晶体结构
AB型：NaCl型
晶格:面心立方 配位比:6:6
.
24
氯化钠的晶格扩展
.
25
（2） 氯化铯的晶体结构
AB型：CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8
.
26
（3） 硫化锌的晶体结构
AB型： ZnS型
晶格: 面心立方 配位比: 4:4
.
27
其它类型的离子晶体
AB2型：CaF2的结构
离子半径的概念在预言物质性质、判断矿物中离子相互取 代等方面十分有用，但使用时要注意选用同一套数据，不 能将来源不同的数据混用。
形成离子晶体时只有当正、负离子紧靠在一起，晶体才能 稳定。离子能否完全紧靠与正. 、负离子半径之比r+/r-有关。29
半径比(r+/r-)规则:
(4r)22(2r2r)2
+ e- + e-
e- e- e-
+ e-
e- + e-
e-
e-
+
+
+
+
e- e-
+ e- +
e- e-
e-
++金属键的电子海模型（碱金属）
.
18
二、金属晶体的结构
❖ 1.金属晶体的定义
金属原子或离子彼此靠金属键结合而成的晶体。
❖ 2.金属晶体的特点
有金属光泽，能导电、传热，富有延展性等。
❖ 3.金属晶体中粒子的排列方式
❖1.晶格能的定义
在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体 变为气态正离子和气态负离子时所吸收的能量。
M a X b ( s ) ab M g ba X g
AB型：NaCl型
晶格:面心立方 配位比:6:6
.
24
氯化钠的晶格扩展
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25
（2） 氯化铯的晶体结构
AB型：CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8
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26
（3） 硫化锌的晶体结构
AB型： ZnS型
晶格: 面心立方 配位比: 4:4
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27
其它类型的离子晶体
AB2型：CaF2的结构
离子半径的概念在预言物质性质、判断矿物中离子相互取 代等方面十分有用，但使用时要注意选用同一套数据，不 能将来源不同的数据混用。
形成离子晶体时只有当正、负离子紧靠在一起，晶体才能 稳定。离子能否完全紧靠与正. 、负离子半径之比r+/r-有关。29
半径比(r+/r-)规则:
(4r)22(2r2r)2
+ e- + e-
e- e- e-
+ e-
e- + e-
e-
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+
+
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e- e-
+ e- +
e- e-
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++金属键的电子海模型（碱金属）
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二、金属晶体的结构
❖ 1.金属晶体的定义
金属原子或离子彼此靠金属键结合而成的晶体。
❖ 2.金属晶体的特点
有金属光泽，能导电、传热，富有延展性等。
❖ 3.金属晶体中粒子的排列方式
❖1.晶格能的定义
在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体 变为气态正离子和气态负离子时所吸收的能量。
M a X b ( s ) ab M g ba X g
中药化学九单元结晶PPT课件
•
也称为饱和浓度。
•
该状态的溶液称为饱和溶液。
•
• 影响物质的溶解度的因素： • 物质的化学性质 • pH值 • 温度 • 溶剂的种类 • 溶剂的组成 • 离子强度
•
•
当某一物质在特定的溶剂中溶解时，
其溶解度主要随pH值、温度而变化。
•
大多数物质的溶解度随温度的升高
而增大。
•
也有一些物质对温度不敏感。
•
ln C / C* =2Mσ/ RTρr =lnS
• 过饱和度与颗粒大小的关系：
•
过饱和度越大，颗粒直径越小。
•
若某溶液中同时存在大小不同的诸
多颗粒，则经过一段时间之后，小颗粒溶
质逐渐消失，而大颗粒溶质逐渐粗大整齐，
这就是结晶操作中的养晶过程。
• 过饱和溶液的形成
•
结晶的首要条件是溶液处于过饱和状态，
（1）晶体的自范性。
晶体具有自发地生长成为结晶多 面体的可能性，即晶体常以平面作为与周 围的分界面，这种性质称为晶体的自范性。
•
晶体为化学性质均一的固体，且 具有规则的晶型。晶体在形成过程中，其 分子、原子或离子按一定方式排列，形成 有规则的多面体外形，称为结晶多面体。
• （2）晶体的均匀性
•
晶体中每一宏观质点的物理性质和
物质的分离与纯化。
•
重结晶的关键是选择适合的溶剂。
• 杂质产生的原因主要包括：
•
某些杂质与产物的溶解度相近，产生
共结晶现象；
•
有些杂质会被结合到产品的晶格中；
•
因洗涤不完全，而使晶体上带有母液
和杂质。
• 结晶操作：
• 溶剂的选择 • 操作过程 • 结晶条件的控制
§2.1 固体的微观结构
分析：从图上可以看出，沿不 同方向所画的等长直线 AB 、 AC 、 AD 上，晶体微粒的数目不同。正 因为在不同方向上晶体微粒的排列 情况不同，才引起晶体在不同方向 上物理性质的不同。
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退 出
总之，晶体外形的有规则和它的各向异性都是由于晶 体内部结构有规则的缘故。非晶体内部的物质微粒的排列 是不规则的，由于微粒的数目非常多，平均起来，各个方 向的物理性质就相同了。
石英晶体
雪花晶体
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退 出
2．物理性质 晶体在不同的方向上不仅导热性能不同，机械强度和 导电性能等其他物理性质也不同。也就是说，晶体内部的 物理性质与方向有关，这种特性叫做各向异性。 3．晶体可分为单晶体和多晶体 （1）如果整个物体就是一个晶体，这样的物体就叫做 单晶体。 （2）如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶 体（晶粒）组成的，这样的物体就叫做多晶体，它没有规 则的几何形状，具有各向同性。
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退 出
常见的固体中属于晶体的有：石英、云母、明矾、食 盐、硫酸铜等。
晶 体
非晶体
属于非晶体的有：玻璃、松香、沥青、橡胶等。
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退 出
二、晶
体
1. 晶体的外形是有规则的几何形状
例如，食盐晶体的外形是呈立方体形，明矾的晶体是 八面体。
食盐结构示意图
食盐晶体
明矾晶体
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退 出
石英晶体的中间是一个六面棱柱，两端是六面棱锥； 雪花晶体的形状虽然不同，但都具有六角形的规则图案。
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退 出
四、晶体和非晶体存在差异的原因 主要是因为它们有不同的微观结构。
《固体物理教案》课件
《固体物理教案》PPT课件第一章：引言1.1 固体物理的重要性介绍固体物理在科学技术领域中的应用，如半导体器件、磁性材料等。
强调固体物理对于现代科技发展的关键性作用。
1.2 固体物理的基本概念定义固体物理的研究对象和方法。
介绍晶体的基本特征和分类。
1.3 教案安排简介本教案的整体结构和内容安排。
第二章：晶体结构2.1 晶体的基本概念解释晶体的定义和特点。
强调晶体结构在固体物理中的核心地位。
2.2 晶体的点阵结构介绍点阵的基本概念和分类。
讲解点阵的周期性和空间群的概念。
2.3 晶体的空间结构介绍晶体的空间结构描述方法。
讲解晶体中原子的排列方式和空间群的对称性。
第三章：晶体物理性质3.1 晶体物理性质的基本概念介绍晶体物理性质的分类和特点。
强调晶体物理性质与晶体结构的关系。
3.2 晶体介电性质讲解晶体的介电性质及其与晶体结构的关系。
介绍介电材料的制备和应用。
3.3 晶体磁性质讲解晶体的磁性质及其与晶体结构的关系。
介绍磁材料的制备和应用。
第四章：固体能带理论4.1 能带理论的基本概念介绍能带理论的起源和发展。
强调能带理论在固体物理中的重要性。
4.2 紧束缚模型讲解紧束缚模型的基本原理和应用。
介绍紧束缚模型的数学表达式和计算方法。
4.3 平面紧束缚模型讲解平面紧束缚模型的基本原理和应用。
介绍平面紧束缚模型的数学表达式和计算方法。
第五章：半导体器件5.1 半导体器件的基本概念介绍半导体器件的定义和特点。
强调半导体器件在现代电子技术中的重要性。
5.2 半导体二极管讲解半导体二极管的工作原理和特性。
介绍半导体二极管的制备和应用。
5.3 半导体晶体管讲解半导体晶体管的工作原理和特性。
介绍半导体晶体管的制备和应用。
第六章：超导物理6.1 超导现象的基本概念介绍超导现象的发现和超导材料的特点。
强调超导物理在凝聚态物理中的重要性。
6.2 超导微观理论讲解超导微观理论的基本原理，如BCS理论。
介绍超导材料的制备和应用。
2019-2020学年高二物理人教版选修3-3课件第九章 1_2固体液体
-11-
1~2 固体 液体
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随堂检测
(4)若某种液体浸润,那么它对所有固体都浸润。 ( ) 解析:同一种液体,对有些固体浸润,对有些固体不浸润,同一种固 体,可以被某些液体浸润,也可以不被另一些液体浸润。 答案:×
-12-
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没有确定的几何形 (1)有确定的熔点;
状
(2)物理性质上表现为各向同性
-18-
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探究一
探究二
探究三
2.晶体的微观结构与物理性质
(1)晶体结构。
①组成晶体的物质微粒有规则地在空间排列,呈现空间上的周期
性。
②晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力,结构不同、作用
-24-
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探究一
探究二
探究三
知识归纳 1.液体的微观结构 液体中的分子跟固体一样是聚集在一起的,液体分子的热运动主 要表现为在平衡位置附近做微小的振动,但液体分子只在很小的区 域内有规则地排列,这种区域是暂时形成的,边界和大小随时改变, 有时瓦解,有时又重新形成。液体由大量这种暂时形成的小区域构 成,这种小区域杂乱无章地分布着。
-4-
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二、晶体的微观结构 1.为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同呢? 答案:因为它们具有不同的微观结构。 2.在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列 的,具有空间上的周期性。 3.有的物质在不同条件下可以形成不同的晶体,那是因为组成它 们的微粒能够按照不同规则在空间分布,例如石墨和金刚石。 4.同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些非 晶体在一定条件下也可以转化为晶体,这说明物质是晶体还是非晶 体,并不是绝对的。
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(4)若某种液体浸润,那么它对所有固体都浸润。 ( ) 解析:同一种液体,对有些固体浸润,对有些固体不浸润,同一种固 体,可以被某些液体浸润,也可以不被另一些液体浸润。 答案:×
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没有确定的几何形 (1)有确定的熔点;
状
(2)物理性质上表现为各向同性
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2.晶体的微观结构与物理性质
(1)晶体结构。
①组成晶体的物质微粒有规则地在空间排列,呈现空间上的周期
性。
②晶体内部各微粒之间存在很强的相互作用力,结构不同、作用
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知识归纳 1.液体的微观结构 液体中的分子跟固体一样是聚集在一起的,液体分子的热运动主 要表现为在平衡位置附近做微小的振动,但液体分子只在很小的区 域内有规则地排列,这种区域是暂时形成的,边界和大小随时改变, 有时瓦解,有时又重新形成。液体由大量这种暂时形成的小区域构 成,这种小区域杂乱无章地分布着。
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二、晶体的微观结构 1.为什么晶体的形状和物理性质会与非晶体不同呢? 答案:因为它们具有不同的微观结构。 2.在各种晶体中,原子(或分子、离子)都是按照一定的规则排列 的,具有空间上的周期性。 3.有的物质在不同条件下可以形成不同的晶体,那是因为组成它 们的微粒能够按照不同规则在空间分布,例如石墨和金刚石。 4.同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现,有些非 晶体在一定条件下也可以转化为晶体,这说明物质是晶体还是非晶 体,并不是绝对的。
固体的结构与性质
二 晶体的内部结构 1 晶格 把晶体中规则排列的粒子看作几何点，叫作结点。 把晶体中规则排列的粒子看作几何点，叫作结点。将结点 按照一定方向和某种规则连接起来， 按照一定方向和某种规则连接起来，得到可以描述晶体内 部结构的空间格子，简称晶格。晶格有14种不同形状。 部结构的空间格子，简称晶格。晶格有 种不同形状。 种不同形状
晶体类型 结点上的粒子
离子晶体 正、负离 子
原子晶 体 原子 极性分 子
分子晶体 非极性分子
金属晶体 金属原子、 金属原子、金属 正离子(离子间隙 正离子 离子间隙 处有自由电子) 处有自由电子 金属键
结合力
离子键
共价键
性 质 特 征
熔、沸点 硬度 机械性能
较高 硬 脆
高 硬 不脆
分子间 力、氢 键 低 软 软
如，Na的3s1形成3s能带： Na的 形成3 能带：
(σ*3s) (σ3s)
能量较低的σ3s能带充满电子，称满带； 3s能带没 能量较低的σ3s能带充满电子，称满带；σ*3s能带没 σ3s能带充满电子 有电子，为空带，又称导带,在满带和导带之间有禁带。 有电子，为空带，又称导带,在满带和导带之间有禁带。
标准态下
Na+(g)+Cl-(g)
U=786kJ·mol-1
z1 z 2 U ∝ d
z：阴、阳离子所带电荷数 ： d：核间距 ：
对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越高、 对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越高、核 间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。 间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。 2 离子晶体的稳定性 晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔点越高，硬度越大。 晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔点越高，硬度越大。 思考：按熔点高低将下列物质排列： 思考：按熔点高低将下列物质排列：NaCl、MgO、CaO、KCl。 、 、 、 。 MgO > CaO >NaCl>KCl
固体结构全部优秀PPT
45°
65.1°
82.8
37
晶体的对称性
38
2.2金属的晶体结构
重点与难点：
1.三种典型金属晶体结构的晶体学特点；
2.晶体中的原子堆垛方式和间隙。
39
一、三种典型的金属晶体结构
最常见金属晶体结构
面心立方晶体结构
面心立方
A1或fcc（face-centred cubic lattice）
体心立方
20
原子是实在物体
21
晶向指数的求法及标定
第一种求法：
1） 确定坐标系
2） 过坐标原点，作直线与待求晶向平行；
3） 在该直线上任取一点，并确定该点的坐标（x，y，z）
4） 将此值化成最小整数u，v，w并加以方括号[u v w]即
是。
z
[101]
y
视频
o
x <100>晶向族
22
2.晶面指数（ Miller Indices of Crystallographic Planes ）
晶面指数为（233）
24
晶面指数不仅仅代表一个面，而是代表着一组相互平
行的晶面。
这两个面晶面指数相同吗？
晶面族：
晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，
只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，
以{hkl}表示。
它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。
对称性越高，所包括的晶面数越多！
固体结构全部
第二章 固体结构
气态（gas state）
物质（substance）
液态（liquid state）
晶体（crystal）
固态（solid state）
第九章 固态相变(一)
3.晶体缺陷的影响
固态相变时母相中的晶体缺陷对相变有促进作用，这是由 于缺陷处在晶格畸变，该处原子的自由能较高。形核时，原缺 陷能可用于形核，使形核功比均匀形核功降低，故新相易在母 相的晶界、位错、层错、空位等缺陷处形核。此外晶体缺陷对 组元的扩散和新相的生长也有很大影响。实验表明，母相的晶 粒越西，晶内缺陷越多，相变速度也越快。
脱溶分解、共析转变等
连续型相变：若在很大范围内原子发生轻微的重排，相变的 起始状态和最终状态之间存在一系列连续状态，不需形核， 靠连线涨落形成新相，这种相变为连续型相变。
调幅分解
按相变时是否获得符合状态图的平衡组织可将固态相变分 为平衡转变和非平衡转变；
根据相变过程中有无原子的扩散可以将固态相变分为扩散 相变、半扩散相变和非扩散型相变。
变晶核形状和共格性等降低形核阻力，使固态相变得以进行。
当新相和母相为共格界面时，界面能很低，相变阻力主要来
自应变能，为减少应变能，新相晶核应为圆盘状或针状。当
新相和母相为非共格界面时，若比热引起的应变能不大的情
况下，相变阻力主要来自界面能，为减少界面能，新相晶核
应为球形，以降低单位体积的表面积，减少界面能。
n级相变：相变过程中新旧两相自由焓的第（n-1）偏导数相等， 而其n阶偏导数不相等。
2. 按结构变化分类 按发生相变时新相与母相在晶体结构上的差异，可以将相 变分为重构型相变和位移型相变。
重构型相变——伴随化学键的破坏，新键的形成，原子重 新排列，新相和母相在晶体学上没有明确的位向关系。所 需要克服较高的能垒，相变潜热很大，相变进行缓慢。
5. 过渡相
过渡相是指成分和结构，或两者都处于新旧两相之间的 亚稳相。
这种情况通常发生在稳定相的成分与母相相差较远，转 变温度较低，原子扩散慢，稳定相的形核困难。钢中的渗碳 体其实也是铁碳平衡中的一过渡相。
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.
8
1. 面心立方密堆积:fcc
.
配位数 12
空间占有率 74%
9
2.六方密堆积:hcp
.
配位数 12
空间占有率 74%
10
3.体心立方堆积:bcc
.
配位数 8
空间占有率 68%
11
最密堆积层间的两类空隙 A 四面体空隙
B 八面体空隙
.
12
C 简单立方堆积所形成的空隙
.
13
四、晶体类型
金属晶体 离子晶体 分子晶体 层状晶体
六方密堆积（hcp），面心立方密堆积（fcc）， 体心立方堆积（bcc）
.
19
用金属离子价层s和p轨道上的电子数目来判断金属原 子采用的堆积方式。若s，p电子数较少，容易出现体 心立方堆积， s，p电子数较多常出现面心立方堆积， 而s，p电子数居中则为六方密堆积。多晶现象。
常温下某些金属元. 素的晶体结构
.
16
一、金属键理论
金属键的定义：金属正离子在电子海中规则排 列，并靠自由电子的胶合作用构成金属晶体， 这种作用就是金属键。
金属键的特征：没有方向性。每个金属原子周 围总是有尽可能多的临近金属离子紧密地堆积 在一起，以使系统能量最低。金属晶体内原子 都以具有较高的配位数为特征。
.
17
金属键的理论模型——电子海模型
离子半径的概念在预言物质性质、判断矿物中离子相互取 代等方面十分有用，但使用时要注意选用同一套数据，不 能将来源不同的数据混用。
形成离子晶体时只有当正、负离子紧靠在一起，晶体才能 稳定。离子能否完全紧靠与正. 、负离子半径之比r+/r-有关。29
半径比(r+/r-)规则:
(4r)22(2r2r)2
z
c
a
b y
x
a, b, c, , , 晶胞参数
.
5
立方晶系（NaCl，ZnS）
a=b=c ===90°
.
6
三种典型立方晶体结构
简单立方
体心立方 面心立方
.
7
三、球的密堆积
密堆积：许多固体的微观结构可用球（代 表原子或离子）堆积描述。最简单的情况 是金属，金属单质的所有原子都相同，其 结构可看作等径圆球堆积，并且尽可能紧 密地堆积在一起形成密堆积结构。
AB2型：金红石的结构
.
28
ABX3型：钙钛矿的结构
❖ 4.离子半径与配位数
设想离子成球形，在离子晶体中正、负离子中心之间的距 离是正、负离子半径之和。离子中心之间的距离可以用X 射线衍射测出。
离子中心之间的距离与晶体构型有关。为了确定离子半径， 通常以NaCl构型的半径作为标准，对其他构型的半径再作 一定的校正。
.
14
离子晶体
晶格节 点粒子
粒子间 作用力
物理性质
熔沸点
硬度
熔融导 电性
例
离子 离子键 高
大
好 NaCl
原子晶体 原子 共价键 高
大
差
金刚 石
金属晶体
原子 离子
金属键
高 低
大 小
好
Cr, K
分子晶体 分子
分子间 力
低
小
差 干冰
.
15
第二节 金属晶体
一、金属键理论 二、金属晶体的结构 三、金属合金
20
第三节 离子晶体
一、离子键 二、离子晶体的结构 三、晶格能 四、离子极化
.
21
一、离子键
❖1.离子键的定义 正、负离子的静电作用。
❖2.离子键的特点
离子键没有方向性和饱和性。离子在晶体中常常趋 向于采取紧密堆积的方式，但不同的是各离子周围 接触的是带异号电荷的离子。一般负离子半径较大， 可把负离子看作等径圆球进行密堆积，而正离子有 序地填在四面体空隙和八面体空隙之中。
第一节 晶体结构和类型
一、晶格结构的特征 二、晶格理论 三、球的密堆积 四、晶体类型
一、晶格结构的特征
晶体：是由原子、离子或分子在空间按一 定规律周期性地重复排列构成的固体。
晶体结构的特征： ✓晶体具有规则的几何外形 ✓晶体呈现各向异性 ✓晶体具有固定的熔点
.
晶面夹角 守恒定律
2
三种晶体的熔点
金刚石
B汽 化 热r2 H ( l m ) ,3f 1 2mvap Hm(B2r,l)KBr(s)
升 华 焓
=
sub Hm
（1） 氯化钠的晶体结构
AB型：NaCl型
晶格:面心立方 配位比:6:6
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24
氯化钠的晶格扩展
.
25
（2） 氯化铯的晶体结构
AB型：CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8
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（3） 硫化锌的晶体结构
AB型： ZnS型
晶格: 面心立方 配位比: 4:4
.
27
其它类型的离子晶体
AB2型：CaF2的结构
+ e- + e-
e- e- e-
+ e-
e- + e-
e-
e-
+
+
+
+
e- e-
+ e- +
e- e-
e-
+
+
金属键的电子海模型（碱金属）
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二、金属晶体的结构
❖ 1.金属晶体的定义
金属原子或离子彼此靠金属键结合而成的晶体。
❖ 2.金属晶体的特点
有金属光泽，能导电、传热，富有延展性等。
❖ 3.金属晶体中粒子的排列方式
食盐
.
干冰
3
二、晶格理论
晶格：是用点和线反映晶体结构的周期性， 是从实际晶体结构中抽象出来以表示晶体 周期性结构的规律。
晶胞：包括晶格点上的微粒在内的平行六面 体。它是晶体的最小重复单元，通过晶胞在 空间平移并无隙地堆砌而成晶体。
.
4
如果将三维空间以周期性的方式全部占满， 则仅有14种六面体是允许的，称之为14个布 拉维晶格。这14种六面体都是平行六面体， 按对称性划分，可分为7类，称为7个晶系。
r/r 0.414
配位比为6:6 NaCl晶体
.
30
离子半径比与配位数的关系
r / r 0.225→0.414 0.414→0.732 0.732→1.00
1.00
配位数 4 6 8
12
构型 ZnS 型 NaCl 型 CsCl 型 最密堆积
r/r 0.414最理想的稳定结构(NaCl)
.
31
三、晶格能(U)
.
22
二、离子晶体的结构
❖ 1.离子晶体的定义
靠正、负离子相互作用形成的离子键而组成的晶体。
❖ 2.离子晶体的特点
硬度大，熔点高，熔融后都能导电。❖Fra bibliotek3.离子晶体类型
AB型（NaCl、CsCl和ZnS），AB2型（萤石CaF2 和金红石TiO2），ABX3型（钙钛矿CaTiO3）。
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三种典型的离子晶体
❖1.晶格能的定义
在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体 变为气态正离子和气态负离子时所吸收的能量。
M a X b ( s ) ab M g ba X g
❖2.晶格能的计算
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（1）利用Born-Haber循环,计算晶格能
K(s) +
H m,1
1 2 1
H (KBrs,)