§ 8-2 晶体的基本类型与性质
? (一 ) 离子晶体
? 结 点,+,- 离子
? 作用力,+,- 离子间的静电引力, f=q+·q- /d2 d=r++r-
? 作用能 (晶格能 ):
U≈q+·q-/d
粗略估计 U的相对大小, CaCl2>KCl
? 精确,考虑多个异号离子 & 多层同号、异号离子 + e结构 等
?????? ??? ?? nd ezMzNU 11
2
0
? N0— Avogadro常数,M— Madelung常数,n— Born指数
不同晶体有表可查
? 晶格能：
? 定义 (热力学 ),离子 (g) ? 1 mol离子晶体 U=-ΔHθ
? 如,Na+(g) + Cl- == NaCl(s) ΔHθ= -786 kJ·mol-1
U(NaCl) = 786 kJ·mol-1
? 测定：用 Hess定律 (Born-Fajans-Haber循环 ) 教材 P206
? Na+(g) + Cl- ? NaCl(s) U=?
↑ ↑
Na(g) Cl(g)
↑ ↑
Na(s) + 0.5Cl2(g)
生成焓
解离能升华焓
e亲合能电离能
生成焓 = 升华焓 + 电离能 + 解离能 + (- e亲合能 ) + (-U )
? 离子晶体的性质：
? 熔点高,硬度大,熔融态导电,水溶液导电,无延展性 (脆 ):
? 典型离子晶体晶格能与性质的关系：
|q+q-|↑,r↓ ?U↑ ?结合牢固 ? m.p.↑,b.p.↑,硬度 ↑
? (二 ) 分子晶体, 原子晶体, 金属晶体
⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕
⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙?
⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙
⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕⊙⊕F?
晶 体 结 点 结点 间 力 性 质
离子晶体 + -离子 离子键 熔、沸点高,硬度大,无延展性,熔 /溶导电
分子晶体 分 子 VdW力,H键 熔、沸点低,无延展性 (∵ r
-6),硬度
小,不导电。如 CO2,O2,H2O,Ar等
原子晶体 原 子 共价键 熔、沸点高,硬度大 。 如金刚石,石英SiO
2,WC,金刚砂 SiC,刚玉 Al2O3,Si,GaAs
金属晶体 原子或 ⊕ 金属键自由 e与 ⊕ 胶合
因键强不一,熔、沸点、硬度高低不一 (W,
Cr,Na,Hg),有延展性 (键无方向性 ); 热、电
良导体,有金属光泽,因 hν→e→e*→hν’+e
? 表中, (1) 离子、原子晶体，因都是化学键结合，故熔点沸点高
? 而分子晶体为 Van de Waals力结合 (小 1~2数量级 /成百上千倍 ),故
熔点、沸点低
? 反之，若 m.p.,b.p.↑?原子,离子晶体； Δx小 ?原子,Δx大 ?离子
原子晶体例如,C,Si,SiO2,Al2O3,SiC,WC等
m.p.,b.p.↓ ?分子晶体
? (2) 一般，硬度, 原子晶体 >离子晶体
? (3) 原子与 分子晶体 内都有化学键，但要区分在 结点内
还是在结点 间 ?
? (4) 金属 /金属材料的性质还与金属本性、堆积方式、金
相、热处理及形成各种合金等多种因素有关 (自学 )
以上是基本类型 (典型 )的晶体，但常见晶体还有：
? (三 ) 混合型晶体
? 熔点、沸点、硬度,介于原、离子晶体与分子晶体之间
? 结点间同时存在 化学键 和 分子间力 两种相互作用，如
? 1、链状晶体
? 大多数硅酸盐及如天然硅酸盐中的：石棉、云母
? 基本结构为,Si-O四面体
? 结合成链或层，层间也可能 层 -Mn+-层 结合
? 用作干燥剂的硅酸凝胶 H2SiO3亦类此大分子
? 用于绝缘、耐热、隔热、分子筛等
? 2、层状晶体
? 如石墨 (单、多层纳米碳管 ),MoS2等。 C都采用 sp2杂化：
层内：大 π键,∴ 导电
层间,不导电 ?ρ各向异性
层间结合松弛，外力作用下易
滑动 ?做固体润滑剂,
轴承密封圈、电动机碳刷、铅
笔芯
水泵轴承 (尼龙 +石墨粉 )飞机刹
车片 (C-C复合 )自润滑 等
3.45
?
? MoS2做固体润滑剂 (无油车床 )
? 以上都是晶体的理想情形。实际研究中还应考虑
? 1) 一般材料多为多晶体
? 2) 晶体中存在各种缺陷,如掺杂原子，缺少粒子等
? 晶体缺陷对结构材料可能不利，但也有利用热处理技术人为
制造缺陷或形成多晶体、共晶体等,提高性能
? 尤其是掺杂原子的技术用于制造半导体，利用缺陷产生催化活
性中心 习题,1,4,5,6,9,11
? (一 ) 离子晶体
? 结 点,+,- 离子
? 作用力,+,- 离子间的静电引力, f=q+·q- /d2 d=r++r-
? 作用能 (晶格能 ):
U≈q+·q-/d
粗略估计 U的相对大小, CaCl2>KCl
? 精确,考虑多个异号离子 & 多层同号、异号离子 + e结构 等
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2
0
? N0— Avogadro常数,M— Madelung常数,n— Born指数
不同晶体有表可查
? 晶格能：
? 定义 (热力学 ),离子 (g) ? 1 mol离子晶体 U=-ΔHθ
? 如,Na+(g) + Cl- == NaCl(s) ΔHθ= -786 kJ·mol-1
U(NaCl) = 786 kJ·mol-1
? 测定：用 Hess定律 (Born-Fajans-Haber循环 ) 教材 P206
? Na+(g) + Cl- ? NaCl(s) U=?
↑ ↑
Na(g) Cl(g)
↑ ↑
Na(s) + 0.5Cl2(g)
生成焓
解离能升华焓
e亲合能电离能
生成焓 = 升华焓 + 电离能 + 解离能 + (- e亲合能 ) + (-U )
? 离子晶体的性质：
? 熔点高,硬度大,熔融态导电,水溶液导电,无延展性 (脆 ):
? 典型离子晶体晶格能与性质的关系：
|q+q-|↑,r↓ ?U↑ ?结合牢固 ? m.p.↑,b.p.↑,硬度 ↑
? (二 ) 分子晶体, 原子晶体, 金属晶体
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晶 体 结 点 结点 间 力 性 质
离子晶体 + -离子 离子键 熔、沸点高,硬度大,无延展性,熔 /溶导电
分子晶体 分 子 VdW力,H键 熔、沸点低,无延展性 (∵ r
-6),硬度
小,不导电。如 CO2,O2,H2O,Ar等
原子晶体 原 子 共价键 熔、沸点高,硬度大 。 如金刚石,石英SiO
2,WC,金刚砂 SiC,刚玉 Al2O3,Si,GaAs
金属晶体 原子或 ⊕ 金属键自由 e与 ⊕ 胶合
因键强不一,熔、沸点、硬度高低不一 (W,
Cr,Na,Hg),有延展性 (键无方向性 ); 热、电
良导体,有金属光泽,因 hν→e→e*→hν’+e
? 表中, (1) 离子、原子晶体，因都是化学键结合，故熔点沸点高
? 而分子晶体为 Van de Waals力结合 (小 1~2数量级 /成百上千倍 ),故
熔点、沸点低
? 反之，若 m.p.,b.p.↑?原子,离子晶体； Δx小 ?原子,Δx大 ?离子
原子晶体例如,C,Si,SiO2,Al2O3,SiC,WC等
m.p.,b.p.↓ ?分子晶体
? (2) 一般，硬度, 原子晶体 >离子晶体
? (3) 原子与 分子晶体 内都有化学键，但要区分在 结点内
还是在结点 间 ?
? (4) 金属 /金属材料的性质还与金属本性、堆积方式、金
相、热处理及形成各种合金等多种因素有关 (自学 )
以上是基本类型 (典型 )的晶体，但常见晶体还有：
? (三 ) 混合型晶体
? 熔点、沸点、硬度,介于原、离子晶体与分子晶体之间
? 结点间同时存在 化学键 和 分子间力 两种相互作用，如
? 1、链状晶体
? 大多数硅酸盐及如天然硅酸盐中的：石棉、云母
? 基本结构为,Si-O四面体
? 结合成链或层，层间也可能 层 -Mn+-层 结合
? 用作干燥剂的硅酸凝胶 H2SiO3亦类此大分子
? 用于绝缘、耐热、隔热、分子筛等
? 2、层状晶体
? 如石墨 (单、多层纳米碳管 ),MoS2等。 C都采用 sp2杂化：
层内：大 π键,∴ 导电
层间,不导电 ?ρ各向异性
层间结合松弛，外力作用下易
滑动 ?做固体润滑剂,
轴承密封圈、电动机碳刷、铅
笔芯
水泵轴承 (尼龙 +石墨粉 )飞机刹
车片 (C-C复合 )自润滑 等
3.45
?
? MoS2做固体润滑剂 (无油车床 )
? 以上都是晶体的理想情形。实际研究中还应考虑
? 1) 一般材料多为多晶体
? 2) 晶体中存在各种缺陷,如掺杂原子，缺少粒子等
? 晶体缺陷对结构材料可能不利，但也有利用热处理技术人为
制造缺陷或形成多晶体、共晶体等,提高性能
? 尤其是掺杂原子的技术用于制造半导体，利用缺陷产生催化活
性中心 习题,1,4,5,6,9,11
