材料科学基础 西安交大 石德珂 2-3 2-4离子共价晶体的结构

1、第三节第三节 离子晶体的结构离子晶体的结构 离子键离子键：正负离子静电引力相互结合起来的：正负离子静电引力相互结合起来的结合键结合键 。共价键共价键：相邻原子通过共用一对或几对价电：相邻原子通过共用一对或几对价电子使各原子的外层电子结构成为稳定的八电子使各原子的外层电子结构成为稳定的八电子层结构，这种结合键即为共价键。子层结构，这种结合键即为共价键。 金属键金属键：各原子都贡献出共价电子而变成外层：各原子都贡献出共价电子而变成外层为八电子层的金属正离子，这些价电子在金属为八电子层的金属正离子，这些价电子在金属正离子之间自由地运动，成为若干离子实相关正离子之间自由地运动，成为若干离子实相关的电子

2、，从而把金属结合起来，这就是金属键的电子，从而把金属结合起来，这就是金属键结合的金属晶体。结合的金属晶体。 二次键二次键：结合力较弱的分子键和氢键：结合力较弱的分子键和氢键一次键一次键：结合力较强的离子键、共价：结合力较强的离子键、共价键和金属键键和金属键各种晶体的性能各种晶体的性能金属晶体金属晶体：以金属键结合的晶体即为金属：以金属键结合的晶体即为金属晶体。金属晶体具有较好的塑性、任性，晶体。金属晶体具有较好的塑性、任性，有一定的熔点；具有良好的导电性、导热有一定的熔点；具有良好的导电性、导热性，有金属光泽；具有正的电阻温度系数。性，有金属光泽；具有正的电阻温度系数。离子晶体离子晶体：以离子

3、键结合的晶体即为离子：以离子键结合的晶体即为离子晶体。离子晶体具有硬度高、强度大、熔晶体。离子晶体具有硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数较小、脆性大、点和沸点高、热膨胀系数较小、脆性大、绝缘和透明等特性绝缘和透明等特性,如如NaCl型、型、CsC型、型、立方立方ZnS、CaF2型、六方型、六方ZnS等等 。一、离子晶体的主要特点一、离子晶体的主要特点离子晶体是由正负离子通过离子键按一定离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。离子晶体的硬度方式堆积起来而形成的。离子晶体的硬度高、强度大、溶点和沸点高、热膨胀系数高、强度大、溶点和沸点高、热膨胀系数图图CsCl型型NaCl型

4、型立方立方ZnS型型六方六方ZnS型型CaF2型型小，但脆性大；有良好的绝缘性；典型的小，但脆性大；有良好的绝缘性；典型的离子晶体往往是无色透明的。离子晶体往往是无色透明的。二、离子半径、配位数和离子的堆积二、离子半径、配位数和离子的堆积（1）离子半径离子半径 指从原子核中心到最外指从原子核中心到最外层电子的平衡距离。一般所了解的离子半层电子的平衡距离。一般所了解的离子半径是指离子在晶体中的接触半径，即以晶径是指离子在晶体中的接触半径，即以晶体中邻近的正负离子中心的距离作为正负体中邻近的正负离子中心的距离作为正负离子半径之和。正负离子间的平衡距离离子半径之和。正负离子间的平衡距离R0等于球状正

5、离子的半径等于球状正离子的半径R+与球状负离子半与球状负离子半径径R-之和。之和。（3）离子的堆积）离子的堆积 离子晶体通常看成离子晶体通常看成是由负离子堆积成骨架，正离子则按其自是由负离子堆积成骨架，正离子则按其自身的大小，居留于相应的负离子空隙身的大小，居留于相应的负离子空隙负离子配位多面体中。负离子配位多面体中。三、典型离子晶体的结构三、典型离子晶体的结构 见图见图（2）配位数）配位数 正负离子的配位数主要取正负离子的配位数主要取决于正、负离子的半径比，根据半径比选决于正、负离子的半径比，根据半径比选取不同的配位数。取不同的配位数。几种典型的离子晶体与共价晶体的晶体结构几种典型的离子晶体

6、与共价晶体的晶体结构返回本章返回本章第四节第四节 共价晶体的结构共价晶体的结构一、共价晶体的特点一、共价晶体的特点： 以共价键结合的晶体即为共价晶体。共价晶体具有强以共价键结合的晶体即为共价晶体。共价晶体具有强度高、硬度高、脆性大、熔点和沸点高、挥发性低、导电度高、硬度高、脆性大、熔点和沸点高、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特性，如金刚石型、能力较差和结构稳定等特性，如金刚石型、ZnS型型(AB)、SiO2型型(AB2)。二、典型共价晶体的结构二、典型共价晶体的结构 金刚石的结构见图金刚石的结构见图2-25 白硅石的结构见图白硅石的结构见图2-26陶瓷材料陶瓷材料金属与非金属元素之间的化合

7、物所构成的多晶体固金属与非金属元素之间的化合物所构成的多晶体固体材料。体材料。 陶瓷材料陶瓷材料离子晶体（离子晶体（MgO、Al2O3 )共价晶体（共价晶体（Si3N4、SiC） 硅酸盐的晶体结构硅酸盐的晶体结构 硅酸盐的基本硅酸盐的基本 结构单元结构单元 硅酸根（硅酸根（SiO44-） 四面体四面体 。硅酸盐结构硅酸盐结构 岛状结构单元岛状结构单元：当一个个：当一个个SiO44-四面体通四面体通过与其它正离子连接在一起时，就形成了过与其它正离子连接在一起时，就形成了岛状的硅酸盐结构。岛状的硅酸盐结构。 双四面体结构单元双四面体结构单元：当硅酸盐中的：当硅酸盐中的SiO44-四面体不是孤立存在

8、，而是通过共用一个四面体不是孤立存在，而是通过共用一个或更多的或更多的O2-离子而连接在一起。离子而连接在一起。 环状结构单元环状结构单元：当每个：当每个SiO44-四面体有两四面体有两个顶角的氧离子为相邻两个四面体共有时，个顶角的氧离子为相邻两个四面体共有时，就会形成环状单元。就会形成环状单元。 层状结构单元层状结构单元:当每个当每个SiO44-四面体四面体同一个平面同一个平面3个顶角的氧离子分别为个顶角的氧离子分别为3个相邻四面体所共有时，就会形成层个相邻四面体所共有时，就会形成层状结构单元。状结构单元。 链状结构单元链状结构单元：环状结构单元包含无：环状结构单元包含无穷多的四面体，形成无限伸长的直链穷多的四面体，形成无限伸长的直链状。状。硅酸盐结构特点硅酸盐结构特点结构中结构中Si4+键，而它们是通过连接键，而它们是通过连接起来的起来的; 结构是以硅氧四面体为结构的基础；结构是以硅氧四面体为结构的基础； 每一个只能连接每一个只能连接2个硅氧面体；个硅氧面体； 硅氧四面体只能共顶连接，而不能硅氧四面体只能共顶连接，而不能共棱和共面连接。共棱和共面连接。 1.晶体结构与空间点阵的异同？晶体结构与空间点阵的异同？2.全面理解晶系、布拉菲点阵、晶向与全面理解晶系