固体物质的分类和宏观特征教学课件

固体物质的分类和宏观特征1、战鼓一响，法律无声。——英国2、任何法律的根本；不，不成文法本身就是讲道理……法律，也----即明示道理。——爱·科克3、法律是最保险的头盔。——爱·科克4、一个国家如果纲纪不正，其国风一定颓败。——塞内加5、法律不能使人人平等，但是在法律面前人人是平等的。——波洛克固体物质的分类和宏观特征固体物质的分类和宏观特征1、战鼓一响，法律无声。——英国2、任何法律的根本；不，不成文法本身就是讲道理……法律，也----即明示道理。——爱·科克3、法律是最保险的头盔。——爱·科克4、一个国家如果纲纪不正，其国风一定颓败。——塞内加5、法律不能使人人平等，但是在法律面前人人是平等的。——波洛克4.5固体物质的分类和宏观特征1、固体的分类固体晶体(crystal)单晶体多晶体无定型固体(amorphoussolid)2、晶体的特征(1)具有规则的几何外形晶面角守恒定律2、晶胞(unitcell)构成晶体的平行六面体的最小的基本单元称为晶胞。

整个晶体是由晶胞无间隙地堆砌而成。晶胞参数(unitcellparameters)

构成晶胞的六面体的三个边长a、b、c（称为晶轴）及三个夹角α、β、γ称为晶胞参数。它们决定了晶胞的大小和形状。晶胞的分类—晶系

晶系晶轴轴间夹角实例

立方a=b=cα=β=γ=900Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=900Sn,SiO2正交a=≠b≠cα=β=γ=900I2,BaCO3三方a=b=cα=β=γ≠900As,Al2O3a=b≠cα=β=900，γ=1200单斜a≠b≠cα=γ=900，β≠900KClO3三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠900K2CrO7六方a=b≠cα=β=900，γ=1200Mg,CuS立方晶系(a=b=c,α=β=γ=900)简单立方型体心立方型面心立方型4.7金属晶体1、金属键(Metallicbond)(1)自由电子气模型

在金属晶体中，金属元素的价电子为所有原子（或离子）所共有，可以在整个金属晶格的范围内自由运动，称为自由电子(freeElectrons)。金属借助这些自由电子与金属离子之间的作用力而结合成晶体，此作用力则称为金属键。（2）能带理论（Energybandtheory)（1）由于晶体中原子之间的相互作用，而使原子某个轨道的能级分裂成一组能量非常相近的能级，称为能带。

一个能级中所含能级的数量与晶体中原子的个数相同。(2)电子在能带中的排布仍然遵守能量最低原理、泡利原理和洪特规则。(3)能级分为满带、导带和空带：全部被电子充满的能带称为满带。部分被电子充满的能带称为导带。在电场的作用下，导带中的电子可以从较低能级跃迁到较高能级，形成电流。没有电子的能带称为空带。

(4)能带之间的区域称为禁带。禁带宽度：金属：0～1eV半导体：<3eV绝缘体：>5eV空带金属半导体绝缘体2、晶体类型及结构（1）简单立方堆积（2）体心立方堆积（3）面心立方堆积（4）六方密堆积4.8离子晶体(ioniccrystal)1、离子晶体的性质具有较高的熔点和沸点；

大多数固体不导电；一般易溶于极性溶剂决定晶格类型的因素：①离子所带电荷的数量；②正、负离子的半径；③离子的极化。2、离子半径与晶体结构的关系离子在空间排布时，在满足电中性和能量最低原理的前提下，每个离子周围将尽可能多地排列异电荷离子配位数：

每个离子周围邻接的异电荷离子的数目。+++半径比r+/r-<0.4140.414>0.414(0.225～0.414)(0.414～0.732)(0.732～1)配位数468晶体构型ZnS型NaCl型CsCl型3、几种简单的离子晶体类型(1)CsCl型（简单立方晶型）：(2)NaCl型（面心立方晶型）(3)ZnS型（面心立方晶型）:4、离子极化对晶体结构的影响离子的极化(polarizationofions)

在外电场的作用下，离子最外层的电子云发生变形，称为离子的极化。当带相反电荷的离子相互接近时，会互相引起极化作用，但一般正离子的极化能力大于负离子，而负离子由于极化而产生的电子云的变形大于正离子。影响离子极化能力的因素离子半径越小，所带电荷数越多，极化能力越强；(2)与最外层电子构性有关极化能力：18，18+2，2>9～17>8影响离子变形性的因素(1)离子半径越大，变形性越大(2)负离子价数越高，变形性越大；正离子价数越高，变形性越小。离子极化对晶体结构和性质的影响离子的极化使离子键向共价键转化，使晶体的结构和性质向共价化合物转变（如熔点和沸点降低，在水中的溶解度减小，颜色发生变化等）4.9原子晶体和分子晶体在晶体中，原子以共价键相互连接而组成晶格点阵，晶体构型取决于共价键的性质（方向性和饱和型），一般比离子型晶体配位数低，硬度和熔点比离子晶体高，溶解度和延展性差。1、原子晶体（共价晶体covalentcrystals)2、分子晶体（molecularcrystals)在晶体中，分子通过分子间作用力而构成晶格点阵，形成晶体。分子性晶体一般也采取紧密堆积方式，配位数较大，熔点和沸点都较低，固态及液态均不导电。3、混合键型晶体石墨：同层碳原子：3个σ键（sp2杂化轨道）--共价键1个大π键（p自由电子）--金属键不同层碳原子：

分子间力4.10晶体缺陷(crystaldefect)

具有完整空间点阵结构的晶体称为理想晶体。

晶体结构偏离理想点阵结构的现象称为晶体缺陷。缺陷种类点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷4.11现代材料1、液晶(liquidcrystal)1881年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现:胆甾醇苯甲酸酯C6H5CO2C27H45加热时，在419–452K之间熔化成为混浊的，光学、电学性质各向异性液体，称为液晶。液晶的相变固体液晶液体熔点清亮点液晶分子的特点：

大多为含有极性基团的棒状有机化合物活或聚合物分子。应用：显示材料，检测2、富勒烯1、相和相变

系统内物理性质及化学性质完全均匀的一部分称为一相。H2O(l)糖水糖水糖

均相系统（homogeneoussystem)多（复、非均）相系统heterogeneoussystem

4.11相变及相图(Phasetransitionandphasediagrams)相平衡

若在一个多相系统中，各相的组成及数量均不随时间而变化，则称该系统处于相平衡

相变：

体系从一种相向另一种相的转变，或指物质从一相向另一相的转移（通常也就是物质的聚集态的变化）。

对纯物质而言，相平衡的温度与压力互为依赖关系。

相图：

描述体系的相态随温度、压力及组成变化的图称为相图。

相图可以从理论计算得到，但更多的是从实验获得。相图是研究多相体系性质的重要工具。1.Phasediagramsofone-componentsystemsOABCGLSpTOA,OB,OC:----两相线OA:L-G平衡线OB:L-S平衡线OC:S-G平衡线O:三相点(273.16K,610Pa)C:临界点(647K,22.06Mpa)水的冰点:

在101.325kPa下,被空气所饱和了的水的凝固点(273.15K)。水的三相点:

纯水三相平衡的温度。H2O(l)H2O(g)H2O(s)H2O(l)H2O(s)空气P=101.325kPa临界现象200040006000P/atmT冰的相图

S(正交硫)

S(单斜硫)LGpT硫的相图4.11现代材料1、液晶(liquidcrystal)1881年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现:胆甾醇苯甲酸酯C6H5CO2C27H45加热时，在419–452K之间熔化成为混浊的，光学、电学性质各向异性液体，称为液晶。液晶物质的相变固体液晶液体熔点清亮点

液体向列相近晶相A近晶相B胆甾相热致型液晶分子的结构特点：

大多为含有极性基团的刚性棒状有机化合物或聚合物分子。应用：

显示材料（LCD)，溶致型液晶

由符合一定结构要求的化合物（如双亲分子）与溶剂（如水）组成的有序体系。双亲分子：由憎水基团（非极性基团）和亲水基团（极性基团）构成的分子如：C12H25SO3Na2、C60的发现和Fullerene化学1996年，Robert.F.Curl,Harold.W.Kroto,RichardESmalley因发现C60而获诺贝尔化学奖发现C60的装置(1985,828-9,11)C60的结构由60个碳原子构成的球形32面体，由12个五边形和20个六边形组成；每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子连结，剩余的P轨道在C60的外围和内腔形成球面π键。

包括在内的所有含有偶数个碳原子所形成的分子称为FullereneC60OsO4{[(C2H5)3P]2Pt}6C60C60的化合物3、纳米材料和纳米结构尺度范围在1–100nm（10-7–10-9m）之间的材料，称为纳米材料。氮化硅纳米丝γ-Al2O3TiO2纳米结构的特殊性质：（1）量子尺寸效应：当体系尺寸下降到某一数值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续能级（能带）变为离散能级，能级间隙变宽的现象，称为量子尺寸效应。（2）表面效应

由于纳米材料具有巨大的表面积，因此体系具有巨大的表面能和表面活性。纳米材料的应用：纳米陶瓷：

具有良好的韧性，在1800C下弯曲而不断裂，“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”。纳米半导体材料：