第三章 晶体结构-S
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点群、空间群和晶体结构介绍
上述的推导过程完全可以推广到其它晶系的空间群。 把上述办法依次用于7种晶系，共导出66种空间群。如果再 考虑点群元素与布喇菲点阵之间的取向关系，又能得到另 一些空间群，结果总共得出73种点式空间群。
附表3 73种点式空间群
3.4.2 非点式空间群 螺旋轴
非点式空间群必包含1个非初基平移T的非点式操作，引入了 这种非点式操作，又可以导出157种非点式空间群。
(n/2)<S<n－左螺旋
二次螺旋轴
所有可能的晶体学螺旋轴操作
石英结构中的六次螺旋轴
石英的基本结构可以看成是硅氧四面体在三和六次螺旋轴 附近的螺旋链。左边为其中一个三次螺旋，右方显示的是螺旋 连接构成晶体框架。
滑移面
由镜面和平移组合产生的对称元素称为滑移反映面，简称滑 移面。滑移面的基本操作可表示为{m· t}，其对称群为{m· t}p，P=0 ，±1，±2……。 晶体中有3种不同的滑移面，即轴向滑移、对角线滑移（又称 n滑移）和金刚石滑移。 所有滑移中，都是经镜面操作后再平移单胞周期的某一分数 的距离。和螺旋轴的操作相同，镜面和平移两步操作的先后次序 是不重要的。
பைடு நூலகம்
这两种类型的对称操作正是描述整个晶体结构对称性的基本操作。 图 (a)是正交点阵的阵 点 上 放 上 对 称 性 为 C2vmm2 的物体的空间群的俯 视图。
(a)正交晶系的Pmm2空间群
图中画出单胞的轮廓，原点选在左上角，a轴指向页底，b 轴指向右， c 轴从页面指出来。以圆圈排列来表示它的对称性 ，在左边的图中每个阵点的对称性用一般位置点的等效点系表 示。其中每一个圆圈既可以代表晶体中单个原子，也可以代表 原子集团。在右边的图上给出对称元素的配置。在原点有一个 沿 c 方向的2次轴和 2个镜面 (用粗线表示 )。 P- 初基点阵， mm2基本操作。非基本操作（附加的2次轴和镜面）未表示。
2021年高中化学选修二第三章《晶体结构与性质》知识点复习(答案解析)(1)
一、选择题1．下列关于晶体的说法中，不正确的是()①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性②含有金属阳离子的晶体一定是离子晶体③共价键可决定分子晶体的熔、沸点④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小⑤晶胞是晶体结构的基本单元⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定⑦CsCl和NaCl晶体中阴、阳离子的配位数都为6A．①②③B．②③④C．④⑤⑥D．②③⑦答案：D解析：①晶体中原子呈周期性有序排列，有自范性；而非晶体中原子排列相对无序，无自范性，故①正确；②金属晶体是由金属阳离子和自由电子构成的，所以含有金属阳离子的晶体不一定是离子晶体，可能是金属晶体，故②错误；③原子晶体中共价键可决定晶体的熔、沸点，但分子晶体中共价键不决定晶体的熔、沸点，故③错误；④MgO的晶格能远比NaCl大，这是因为前者离子所带的电荷数多，离子半径小，故④正确；⑤晶胞是晶体结构的基本单元，晶体内部的微粒按一定规律作周期性重复排列，故⑤正确；⑥晶体尽可能采取紧密堆积方式，以使其变得比较稳定，故⑥正确；⑦NaCl为面心立方结构，钠离子的配位数为6，CsCl为体心立方结构，铯离子的配位数为8，故⑦错误。
所以为②③⑦故答案为D。
2．某种硫的氧化物冷却到289.8 K时凝固得到一种螺旋状单链结构的固体，其结构片段如图所示。
下列有关该物质的说法中正确的是A．固态物质中S原子的杂化轨道类型是SP2杂化B．该物质的化学式为SO3C．从该结构片段分析可知所有的O原子和S原子在同一平面上D．该结构片段中S-O键之间的夹角约为120º答案：B解析：A.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，则固态物质中S原子的杂化轨道类型是SP3杂化，故A错误；B.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，其中2个氧原子为该硫原子单独占有，还有2个氧原子为两个硫原子共有，则每个硫原子单独占有的氧原子数为3，氧化物的化学式为SO3，故B错误；C.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，空间构型为四面体形，则所有的O原子和S原子不可能在同一平面上，故C错误；D.由题给结构片段可知，每个硫原子的周围有4个氧原子，空间构型为四面体形，不是平面三角形，则S-O键之间的夹角不可能约为120º，故D错误；故选B。
材料化学-晶体结构缺陷
14
3. 质量平衡：缺陷方程两边必须保持质量平衡； 4. 电中性：缺陷反应两边必须具有相同数目的总有效电荷，
但不必为零； 5. 表面位置：不用特别表示，当一个M原子从晶体内部迁
移到表面时，M位置数增加。
15
有效电荷：缺陷及其周围的总电荷减去理想晶体中同一区 域的电荷之差。
—— 对于自由电子和空穴：有效电荷等于实际电荷；
平衡常数为：
Ag
Vi
Ag
• i
VAg
K
[ Agi• ][VAg ] [ Ag ][Vi ]
令N为晶体中格位总数，Ni为间隙总数，即：
[VAg
]
[
Ag
• i
]
Ni
[Ag ] N Ni
对于大多数规则晶体结构，有：
[Vi ] N
仅与体系自身结构特性有关
23
因此，
K
N
2 i
N
2 i
(N Ni )(N ) N 2
13
缺陷反应方程式
1. 位置关系：在化合物 MaXb 中，M 位置的数目必须与 X
位置的数目成一个正确的比例；
2. 位置增殖：当缺陷发生变化时，有可能引入或消除空位， 相当于增加或减少点阵位置数，这种变化必须服从位置 关系；
—— 引起位置增殖的缺陷：VM，VX，MM，MX，XM， XX，等等；
—— 不引起位置增殖的缺陷： e’，h˙，Mi，Li，等等；
35
俘获空穴中心
通过俘获空穴而形成色心。
卤素蒸气中加热
NaCl
NaCl1+
Vk心：两个相 邻卤素离子俘
获一个空穴
H心：一列卤 素离子中插入 一个卤素原子
36
非整比晶体中的空位和填隙子
3. 质量平衡：缺陷方程两边必须保持质量平衡； 4. 电中性：缺陷反应两边必须具有相同数目的总有效电荷，
但不必为零； 5. 表面位置：不用特别表示，当一个M原子从晶体内部迁
移到表面时，M位置数增加。
15
有效电荷：缺陷及其周围的总电荷减去理想晶体中同一区 域的电荷之差。
—— 对于自由电子和空穴：有效电荷等于实际电荷；
平衡常数为：
Ag
Vi
Ag
• i
VAg
K
[ Agi• ][VAg ] [ Ag ][Vi ]
令N为晶体中格位总数，Ni为间隙总数，即：
[VAg
]
[
Ag
• i
]
Ni
[Ag ] N Ni
对于大多数规则晶体结构，有：
[Vi ] N
仅与体系自身结构特性有关
23
因此，
K
N
2 i
N
2 i
(N Ni )(N ) N 2
13
缺陷反应方程式
1. 位置关系：在化合物 MaXb 中，M 位置的数目必须与 X
位置的数目成一个正确的比例；
2. 位置增殖：当缺陷发生变化时，有可能引入或消除空位， 相当于增加或减少点阵位置数，这种变化必须服从位置 关系；
—— 引起位置增殖的缺陷：VM，VX，MM，MX，XM， XX，等等；
—— 不引起位置增殖的缺陷： e’，h˙，Mi，Li，等等；
35
俘获空穴中心
通过俘获空穴而形成色心。
卤素蒸气中加热
NaCl
NaCl1+
Vk心：两个相 邻卤素离子俘
获一个空穴
H心：一列卤 素离子中插入 一个卤素原子
36
非整比晶体中的空位和填隙子
晶格结构
1.晶体 2.晶胞 3.点阵晶系 4.金属晶体 5.离子晶体 6.分子晶体与原子晶体
重难点
晶胞的概念；原子坐标以及体心 平移、面心平移、底心平移；晶 体结构模型；
教学方法
3-1 晶 体
1、 晶体的宏观特征 远古时期,人类从宝石开始认识晶体。红宝石、 蓝宝石、祖母绿等晶体以其晶莹剔透的外观， 棱角分明的形状和艳丽的色彩，震憾人们的感 官。名贵的宝石镶嵌在帝王的王冠上，成为权 力与财富的象征，而现代人类合成出来晶体， 如超导晶体YBaCuO、光学晶体BaB2O4、 LiNbO3、磁学晶体NdFeB等高科技产品，则推 动着人类的现代化进程。
Na原子的电子组态为1S22S22P63S1，1S,2S,2P电 子正好填满，形成满带，3s轨道形成的能带只填 一半，形成导带。Mg原子的3s 轨道虽已填满， 但它与3p轨道的能带重叠。从3s3p 总体来看， 也是导带。能带的范围是允许电子存在的区域， 而能带间的间隔，是电子不能存在的区域，叫禁 带。金属在外电场作用下能导电。导带中的电子， 受外电场作用，能量分布和运动状态发生变化， 因而导电。满带中电子已填满，能量分布固定， 没有改变的可能，不能导电，空带中没有电子， 也不能导电。若空带与满带重叠，也可形成导带。
离子半径的变化规律
1.同主族, 从上到下, 电子层增加, 具有相同电荷数的离子 半径增加. 2.同周期: 主族元素, 从左至右 离子电荷数升高, 最高价离 子, 半径减小. 3.同一元素, 不同价态的离子, 正电荷高的半径小。 4.一般负离子半径较大; 正离子半径较小 5.周期表对角线上, 左上元素和右下元素的离子半径相似. 如: Li+ 和 Mg2+, Sc3+ 和 Zr4+ 的半径相似. 6. 镧系元素离子半径，随原子序数增加，缓慢减小
重难点
晶胞的概念；原子坐标以及体心 平移、面心平移、底心平移；晶 体结构模型；
教学方法
3-1 晶 体
1、 晶体的宏观特征 远古时期,人类从宝石开始认识晶体。红宝石、 蓝宝石、祖母绿等晶体以其晶莹剔透的外观， 棱角分明的形状和艳丽的色彩，震憾人们的感 官。名贵的宝石镶嵌在帝王的王冠上，成为权 力与财富的象征，而现代人类合成出来晶体， 如超导晶体YBaCuO、光学晶体BaB2O4、 LiNbO3、磁学晶体NdFeB等高科技产品，则推 动着人类的现代化进程。
Na原子的电子组态为1S22S22P63S1，1S,2S,2P电 子正好填满，形成满带，3s轨道形成的能带只填 一半，形成导带。Mg原子的3s 轨道虽已填满， 但它与3p轨道的能带重叠。从3s3p 总体来看， 也是导带。能带的范围是允许电子存在的区域， 而能带间的间隔，是电子不能存在的区域，叫禁 带。金属在外电场作用下能导电。导带中的电子， 受外电场作用，能量分布和运动状态发生变化， 因而导电。满带中电子已填满，能量分布固定， 没有改变的可能，不能导电，空带中没有电子， 也不能导电。若空带与满带重叠，也可形成导带。
离子半径的变化规律
1.同主族, 从上到下, 电子层增加, 具有相同电荷数的离子 半径增加. 2.同周期: 主族元素, 从左至右 离子电荷数升高, 最高价离 子, 半径减小. 3.同一元素, 不同价态的离子, 正电荷高的半径小。 4.一般负离子半径较大; 正离子半径较小 5.周期表对角线上, 左上元素和右下元素的离子半径相似. 如: Li+ 和 Mg2+, Sc3+ 和 Zr4+ 的半径相似. 6. 镧系元素离子半径，随原子序数增加，缓慢减小
材料科学基础第三章典型晶体结构(共71张PPT)
Zn离子的位置交叉错开。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连 接方式
与金刚石晶胞的比照 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构 〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子 的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相 对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的 燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是 单质碳的一维结构形式。碳纳米 管按照石墨烯片的层数分类可分 为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多 壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构 〔AB type〕 点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构 可以看作是Zn离子处在由S离 子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面 体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞， 化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。 以由体正积 负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积 影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连 接方式
与金刚石晶胞的比照 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构 〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子 的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相 对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的 燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是 单质碳的一维结构形式。碳纳米 管按照石墨烯片的层数分类可分 为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多 壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构 〔AB type〕 点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构 可以看作是Zn离子处在由S离 子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面 体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞， 化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。 以由体正积 负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积 影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投
点群、空间群和晶体结构介绍
群是某些具有相互联系规律的一些元素的组合，群的元素可 以是字母、数字、对称操作、点阵等。
任何一个群都应具有以下4个基本性质：
封闭性（Closure）
群G的n个不等效元素中，任两个元素组合或一个同类元素自 身组合都是群中的一个元素。
群中所有元素都遵循组合律，但组合次序不能变。
有唯一的单位元素（E）。它和群中任何一个元素的组合是元素 本身。 群中每一个元素，必有一个相应的逆元素（Inverse Element） 使得两者相乘为其本身。 以一个4次对称轴C4的全部操作所构成的群G来说明4个基本性 质。 两个独立群的直接积 设有两个独立群 GA和GB，其中GA是n阶群，GB是m阶群。两个 群中除了恒等元素外，没有其它共有元素，两个群的元素间相乘有 ai · bj=bj · ai 交换律，即 两个群的直接积G以 G G A G B 表示：
立方系各晶类的投影图
在(e)所示：在投影面上{111)位置4个3轴，单胞3个轴为4次轴， 过单胞3个轴两两构成3个镜面及6个{110}的镜面。一般位置点的等 效点系共有48个点。 5种点群中(e) 是该晶系的全对称点群。从这5种点群可以看 到立方晶系不一定有4次轴，例如点群(a) 和(b) 就没有4次轴。另 外，立方晶系并不一定总是具有最高的对称性，例如四方晶系的 点群D4h-4／mmm(16阶)和六方晶系的点群D6h-6／mmm(24阶)就 比立方晶系的点群T-23(12阶)的对称性高。
这两种类型的对称操作正是描述整个晶体结构对称性的基本操作。 图 (a)是正交点阵的阵 点 上 放 上 对 称 性 为 C2vmm2 的物体的空间群的俯 视图。
(a)正交晶系的Pmm2空间群
图中画出单胞的轮廓，原点选在左上角，a轴指向页底，b 轴指向右， c 轴从页面指出来。以圆圈排列来表示它的对称性 ，在左边的图中每个阵点的对称性用一般位置点的等效点系表 示。其中每一个圆圈既可以代表晶体中单个原子，也可以代表 原子集团。在右边的图上给出对称元素的配置。在原点有一个 沿 c 方向的2次轴和 2个镜面 (用粗线表示 )。 P- 初基点阵， mm2基本操作。非基本操作（附加的2次轴和镜面）未表示。
晶体结构
图8-9中，r、s、t分别为2， 分别为2 2 ，3 ； 1/r:1/s:1/t=1/2:1/2:1/3 =3:3:2， =3:3:2，即晶面指标为 332），我们说（332） ），我们说 （332），我们说（332） 晶面，实际是指一组平行 晶面， 的晶面。 的晶面。
图8-9
示出立方晶系几组晶面及其晶面指标。 图7-10 示出立方晶系几组晶面及其晶面指标。 100）晶面表示晶面与1/a轴相截与b 1/a轴相截与 轴平行； （100）晶面表示晶面与1/a轴相截与b轴、c轴平行； 110）晶面面表示与a 轴相截， 轴平行； （110）晶面面表示与a和b轴相截，与c轴平行； 111）晶面则与a 轴相截，截距之比为1:1:1 （111）晶面则与a、b、c轴相截，截距之比为1:1:1
d
= a h +k +l
(
)
8.2.1 晶体结构中可能存在的对称元素
晶体的点阵结构使晶体的对称性跟分子的对称性 有一定的差别： 有一定的差别： 晶体的对称性除了具有分子对称性的4种类型的 ⑴晶体的对称性除了具有分子对称性的 种类型的 对称操作和对称元素外，还具有与平移操作有关的3种 对称操作和对称元素外，还具有与平移操作有关的 种 类型的对称操作和对称元素。 类型的对称操作和对称元素。 (1) . (2) . (3) . (4) . (5) . (6) . (7) . 旋转轴--旋转操作 旋转轴--旋转操作 镜面--反映操作 镜面 反映操作 对称中心--反演操作 对称中心 反演操作 反轴--旋转反演操作 反轴 旋转反演操作 点阵--平移 平移操作 点阵 平移操作 螺旋轴--螺旋旋转操作 螺旋轴 螺旋旋转操作 滑移面--反演滑移操作 滑移面 反演滑移操作
反映面： 3．反映—反映面： 反映 反映面 若物体含有一个对称面， 若物体含有一个对称面，那么在对称面一侧的每一 都可在对称面的另一侧找到它的对应点。 点，都可在对称面的另一侧找到它的对应点。另一种 特殊情况是物体本身是一个平面物体， 特殊情况是物体本身是一个平面物体，被包含在对称 面内，则平面上每一点与自己对应。 面内，则平面上每一点与自己对应。 反轴： 4．旋转反演—反轴： 旋转反演 反轴 这是一个复合操作，即绕轴旋转2π/n后 这是一个复合操作，即绕轴旋转2π/n后，再按对 称中心反演后，图形仍能复原，我们称这轴为反轴， 称中心反演后，图形仍能复原，我们称这轴为反轴， 记为n 这一对称操作与分子对称性中介绍的映轴Sn 记为 n 。 这一对称操作与分子对称性中介绍的映轴 Sn 是一个相关操作。相互间的联系如下： 是一个相关操作。相互间的联系如下：
第三章晶体结构
子晶体所释放的能量，用 U 表示。
晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离 子键越强。 一般而言，晶格能越高，离子晶体的熔点越高、硬度越大。晶格 能大小还影响着离子晶体在水中的溶解度、溶解热等性质。但离
子晶体在水中的溶解度与溶解热不但与晶体中离子克服晶格能进入水中 吸收的能量有关，还与进入水中的离子发生水化放出的能量（水化热） 有关。
子作周期性平移的最小集合。
复晶胞：素晶胞的多倍体；
体心晶胞（2倍体），符号I；
面心晶胞（4倍体），符号F； 底心晶胞（2倍体），符号A(B﹑C)。
二． 三种复晶胞的特征
1. 体心晶胞的特征：晶胞内的任一原子作体心平移[原子坐
标 +（1/2，1/2，1/2）]必得到与它完全相同的原子。
2. 面心晶胞的特征：可作面心平移，即所有原子均可作在其
P区的第三周期第三主族的Al3+ 也是8e-构型 ；d区第三至七副族原
素在表现族价时，恰相当于电中性原子丢失所有最外层s电子和次
外层d电子，也具有8e-构型 ；稀土元素的+3价原子也具有8e-构型 ， 锕系元素情况类似。 （3）18e-构型 ds区的第一、二副族元素表现族价时，具有18e-构 型 ；p区过渡后元素表现族价时，也具有18e-构型。 （4）（9—17）e-构型 d区元素表现非族价时最外层有9—17个电
图3-6 晶体微观对称性与它的宏观外形的联系
图3-7 晶态与非晶态微观结构的对比
3-2 晶胞
3-2-1 晶胞的基本特征
1.晶体的解理性：用锤子轻敲具有整齐外形的晶体（如方解 石），会发现晶体劈裂出现的新晶面与某一原晶面是平行 的，这种现象叫晶体的解理性。 2.布拉维晶胞：多面体无隙并置地充满整个微观空间，即
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(5)能带与能带之间存在能量的间隙，简称带隙， 又叫禁带宽度。
第三章
晶体结构
§3.4 金属晶体
绝缘体：只有满带和空带， 且E超过5 eV, 在一般电场条 件下难以将满带电子激发入 空带，因此不能形成导带. 半导体：只有满带和空带， 但E小于3 eV．易受光或热激 发使满带中部分电子跃迁到 空带，形成导带而导电． E < 3 eV E > 5 eV
阳离子所含d电子数越多(18,18+2 )，电子层数越多， 阴离子的变形性越大，这种附加极化作用一般也较大。
第三章
晶体结构
§3.7 离子的极化
4、 离子极化对化合物结构和性质的影响 由于阴阳离子相互极化，使电子云发生强烈变 形，电子云发生重叠。相互极化越强，电子云重叠 程度也越大，键的极性也越弱，键长缩短，从而离 子键过渡到共价键。
第三章
晶体结构
晶体
作为半导体材料，用GaAs芯 片制造计算机将使运算速度提高 千倍.
锗酸铋（BGO）晶体是一种新型闪 烁晶体，在基本粒子、空间物理和高能 物理等研究领域有广泛应用。
第三章
晶体结构
晶体
晶体：由原子、离子或分子（质点）在空间按一 定规律周期性重复排列所构成的固体物质叫晶体。
产地:甘肃省肃北县
半径大，分子间距大，作用力小；相反，半径 小，作用力大。 NaCl 熔点 801C° NaI熔点 660C °
第三章
晶体结构
§3.5 离子晶体
2. 离子电荷数的影响 离子电荷高，离子键强 ，化合物的熔点也高。
NaCl 熔点 801C° MgO 熔点 2800C°
3. 离子的电子构型 在离子电荷和离子半径相同的条件下，离子 构型不同，正离子的有效正电荷的强弱不同，顺 序为： 8e<9-17e<18e或18+2e
高，最高价离子半径减小。 Na + > Mg 2 + > Al 3 + K + > Ca 2 +
第三章
晶体结构
§3.5 离子晶体
c ) 同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。 Ti 4 + < Ti 3 + ； 第二周期 第四周期 F－ Br－ Fe 3 + < Fe 2 + 。
d ) 负离子半径一般较大；正离子半径一般小 。 136 pm Li + 60 pm 。 195 pm ；K+ 133 pm 。
晶 体 的 对 称 性
CaF2
第三章
晶体结构
晶体
晶 体 的 异 向 性
云 母 片
产地:甘肃省肃北县
蜡滴
玻 璃 片
云母薄片上的热导率有异向性
9
第三章
晶体结构
晶体
晶 体 有 确 定 的 熔 点
第三章
晶体结构
晶体
晶体的周期性结构能够对X光产生衍射:
晶 体 的 X 射 线 衍 射 效 应
第三章
晶 金属晶体 离子 原子晶体 原子 离子晶体 离子 分子晶体 分子
*大部分有此性质
粒子间作 用力 金属键 共价键 离子键 分子间力
物理性质 熔融 熔沸 硬度 导电 点 性 高* 高 高 低 大* 大 大 小 好* 差 好 差
实例
Cr K
SiO 2
NaCl 干冰
第三章
晶体结构
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晶体结构
§3.7 离子的极化
• 对于不同电子层结构的阳离子，极化作用大小的 顺序为：18，18+2 >9~17 >8 2、 离子的变形性（主要指阴离子） 被带相反电荷离子极化而发生离子电子云变形的 性质称为离子的变形性，或可极化性。 （1）电子层结构相同的离子，负电荷数越大，变形 性越大。O2->F（2）电子层结构相同的离子，电子层越多，离子半 径越大，变形性越大。如；I- > Cl-> Br- > F-
§3.4 金属晶体
§3.4
3.4.1 金属键
金属晶体
金属晶体中原子之间的化学作用力叫做金属键。 金属键是一种遍布整个晶体的离域化学键。
金属键没有饱和性和方向性. 原子化热：指1mol金属完全气化成互相远离的 气态原子吸收的能量。
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§3.4 金属晶体
1、经典的金属键理论(电子气理论)。
把金属键描绘成从金属原子上“脱落”下来的大量 自由电子形成 “电子气”，金属原子则“浸泡”在“电子 气”的“海洋”之中。
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§3.5 离子晶体
3.5.5 离子晶体的性质
熔沸点高，硬度大 晶体无延展性。 熔融后或溶解在水中具有良好的导电性。 晶格能较小、离子水合热较大的晶体，易溶于水。
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§3.6 分子晶体和原子晶体
3.6 分子晶体和原子晶体
3.6.1 分子晶体
在分子晶体中，分子之间的作用力是分子间力， 因而分子晶体的熔点很低。如干冰晶体和碘晶体。
BeCl2 MgCl2 714 CaCl2 782 SrCl2 875 BaCl2 963
熔点
405
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§3.7 离子的极化
阳离子的半径增大，极化力减小，离子键的成分 多，熔点增大。 AgCl(728K) NaCl(1074K) HgCl2(550K) (3) 离子键向共价键过渡，导致化合物在水中溶解 度降低。 离子键结合的无机化合物一般是可溶于水的，而 共价型的无机晶体，却难溶于水。 AgF、AgCl、AgBr、 AgI 共价程度依次增大,故 溶解度依次减小。
离子相互极化的增强
－＋ －＋
. .
259 307 322 346
. .
246 277 288 299
. .
键型 离子型 过渡型 过渡型 共价型
. .
离子半径之和/pm 实测键长/pm AgF AgCl AgBr AgI
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§3.7 离子的极化
（1） 化合物的晶体结构 较强的极化作用使晶体结构从高配位结构形式向 低配位结构形式过渡。 AgBr(0.51)、CuI(0.44)的晶型为ZnS型，配位数为4。 实际上，典型的离子化合物很少，绝大部分化合 物是介于离子型和共价型之间。 （2）离子键向共价键过渡，引起晶格能降低，导致 化合物的熔沸点降低。
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§3.5 离子晶体
3.5 离子晶体
3.5.1 离子键理论的基本要点
靠正、负离子的静电引力而形成的化学键叫做离 子键。
3.5.2 离子键的特征
1 作用力的实质是静电引力
q1 ⋅ q2 F∝ 2 r
2 离子键无方向性和饱和性
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§3.5 离子晶体
只要空间许可，一个离子可以同时和几个电荷相 反的离子相吸引，因此离子键无饱和性。 在离子晶体中，每一个离子周围排列异号离子 的数目（配位数）是固定的。
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§3.5 离子晶体
NaCl离子晶体的结构
Na+ Cl-
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§3.5 离子晶体
CsCl离子晶体的结构
Cs+ Cl-
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§3.5 离子晶体
ZnS 离子晶体的结构
Zn2+ S2-
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§3.5 离子晶体
注意：离子晶体中没有独立的“分子”，因 此，其化学式只表示晶体中正负离子数量比，并 不表示实际分子。如 NaCl并不表示NaCl晶体中存 在NaCl分子。 3 P152表3-7
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§3.5 离子晶体
3.5.3 离子键的特征
1 离子半径的变化规律 a ) 同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷 数的离子半径增加。 Li + < Na + < K + < Rb + < Cs + b ) F－ < Cl－ < Br－ < I－ 同周期的主族元素，从左至右离子电荷数升
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§3.7 离子的极化
AgS、 Cu2S 溶解度也非常小？ S2-离子的负电荷高、半径又大、变形性和极化作 用都大。 (4) 导致化合物颜色的加深 一般情况下，如果组成化合物的两种离子都是无色 的，这个化合物也无色。如：NaCl KNO3 如果其中一个离子是无色的，另一个离子有颜色，则 这个离子的颜色就是该化合物的颜色。如：KCrO4
c a b
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§3.6 分子晶体和原子晶体
3.6.2 原子晶体
原子晶体是以共价键为骨架形成的晶体。 金刚石和石英（SiO2）是最典型的原子晶体
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§3.7 离子的极化
3.7 离子极化理论
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§3.7 离子的极化
3.7 离子极化理论
基本要点 1、离子极化：
在自身电场的作用下，正负离子的原子核和电子发生 位移，导致正负离子变形，产生诱导偶极的过程。 结果：发生电子云重叠。 离子极化力(主要指阳离子) • 高电荷，小半径的阳离子有强的极化能力， Si4+>Al3+>Mg2+>Na+ Mg2+ >Ca2+>Sr2+>Ba2+ + +-
第三章 晶体结构
§3.4 金属晶体（3.4.1 金属键） §3.5 离子晶体 §3.6 分子晶体和原子晶体 §3.7 离子的极化
第3章
第25题
第163页
补充1：试解释下列各组化合物熔点的高低关系。 (1)NaCl> NaBr (2)CaO>KCl (3) MgO>Al2O3 补充2：试用离子极化理论解释下列各组化合物热分 解温度的高低关系。 (1)CaSO4> CdSO4 (3) MnSO4 >MgSO4 (2) MnSO4 > Mn2(SO4 ) 3