1.6 晶体结构 1.6.1 晶体和非晶体 1.6.2 晶体的基本类型 1.6.3 实际晶体 1.6.4 液晶

1.6.1 晶体和非晶体 1、晶体与非晶体的特性比较 2、晶体的内部结构

1、晶体与非晶体的特性比较 晶 体 晶体的微粒在空间排列有一定的规律。

单晶体 内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列，具有典 型的晶体结构和突出的晶体的特性。显示各向异性 。 单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长成，其 内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列，具有典 型的晶体结构和突出的晶体的特性。显示各向异性 。

多晶体 多晶体由很多细小晶粒结合而成，多晶体中 每一小晶粒虽有各向异性，但由于晶粒的混乱 排列，总体上一般不表现出各向异性。

微 晶 是介于晶态和非晶态之间的物质，它们 在很小的范围内微粒作有规则排列，也可 以看作为由许多微小晶体组成的物质。

组成非晶体的微粒的空间排列是杂乱无章的。 非晶体又常称为“过冷的液体”。

晶体和非晶体的区别如下： 1.晶体有规则的几何外形; 1.非晶体没有一定的外形； 2.非晶体没有固定熔点； 2.晶体有固定的熔点; 3.晶体显各向异性。 1.非晶体没有一定的外形； 2.非晶体没有固定熔点； 3.非晶体显各向同性。

晶体与非晶体的内部结构特征 除玻璃外，金属和合金在某些特定条件下，也可以形成非晶态，称为金属玻璃。

按热力学观点看 晶体一般都具有最低能量，因而较为稳定。 非晶体一般能量较高都处于介稳或亚稳态。

晶体和非晶体之间无绝对界线。同一物质在 不同条件下既可形成晶体，又可形成非晶体。

2 晶体的内部结构 1)．点阵（晶格）结构 2)．晶胞 3)．晶系 4)．晶体结构的测定

1）．点阵（晶格）结构 晶体结构＝点阵＋结构单元 晶体中的每个结构单 元抽象为一个几何点， 许多点排成一行称直 线点阵； 许多行的直线点阵平 行排行称平面点阵； 许多平面点阵平行排列 称三维空间点阵。 晶体结构＝点阵＋结构单元

2）．晶胞 能够表现晶体结构特征的基本单位称为晶胞， 4个Na 4个Cl (包括晶格的形式、大小及位于晶格结点上的微

3）．晶系 晶胞的大小和形式可用六面体的3个边长a、b、c和 由cb、ca、ab 所成的3个夹角、、进行描述，这6个 数值总称为晶胞参数。 按照晶胞参数的不同，晶体可分为7个晶系。分别为 立方、四方、正交、三斜、单斜、三方、六方等。 立 方 晶 系 四 方 晶 系 正 交 晶 系 三 方 晶 系 c   b 单 斜 晶 系  三 斜 晶 系 a 六 方 晶 系

7种晶系总共有14种空间点阵形式 图5 14种空间点阵形式

4）．晶体结构的测定 1）Bragg方程 2dSin = n

2）X射线衍射图 当X射线波长已知时，即可用Bragg方程求出晶面间距d。各种晶体的原子、分子种类不同，排列方式不同，值加强峰的规律也不同，由此可确定晶体的结构。

1.6.2 晶体的基本类型 1．离子晶体 2．分子晶体 3．原子晶体 4．金属晶体 5.过渡性晶体 根据晶格结点上微粒间的作用力的不同，将晶体分为以下几种。 1．离子晶体 2．分子晶体 3．原子晶体 4．金属晶体 5.过渡性晶体

1．离子晶体 形成 离子晶体依靠正、负离子间的静电引力（离子键）相互吸引而成。 NaCl型晶胞

特点 由于离子键没有方向性和饱和性，所以离子晶体中离子的堆积形式与金属晶体相似，也采取负离子最紧密堆积方式。

特 性 离子晶体一般表现为 硬度较大， 熔点较高， 挥发度较低。 离子晶体比较稳定， 晶格能比较大，如下表 所示。

碱土金属氧化物正、负离子间的距离、晶格能、熔点及硬度 化合物 正负离子间 晶格能 熔点 硬度 的距离/nm /KJ.mol-1 /℃ （金刚石=10） MgO 0.210 -3932.96 2852 5.5-6.5 CaO 0.240 -3522.93 2614 4.5 SrO 0.258 -3309.54 2420 3.8 Ba0 0.277 -3125.45 1918 3.3

2．分子晶体 依靠较弱的范德华力，中性分子相互吸引，排列在晶格结点上而构成的。 分子晶体没有方向性和饱和性。

分子晶体的特性 分子晶体中分子间 的引力很弱，只要供 给较少的能量，晶体 就会被破坏。 所以分子晶体的 硬度较小， 熔点低， 挥发性大， 不导电。

3．原子晶体 原子晶体亦称共价晶体，它是由中性原 子依靠共价键结合而成，整个晶体是由 “无限”数目的原子构成的大分子。

典型的共价晶体： 金刚石（C） 金刚砂（SiC） 石英（SiO2）

如何区分钻石的品质 大小 1g=5克拉 或者 1克拉=0.2g=100分，20分以上才有证书 色度 D-N 12个级别（从100%依次降低一个百分数，N级为90%），一般与白金配选择G-H级别的较经济实惠，而且无搭配缺陷。  纯度 IF（也有称LC，镜下无瑕级)、VVS1、VVS2、VS1、VS2、SI1、SI2、I八个等级，其中IF级最好，I级最差。 切工 对于切工而言，好的切工从外观上看会比较饱满，可以感觉钻石的颗粒更大些  84.37克拉的钻石 203克拉的钻石

原子晶体的主要特性 原子晶体有方向性和饱和性， 配位数低；熔点高；硬度大；不导电；不溶于任何溶剂，化学性质十分稳定。

4．金属晶体 金属晶体是 通过金属键形 成的晶体。 金属的结构特点

金属键 无方向性、无饱和性、金属原子呈最紧密堆积 依靠“自由电子气”把失去价电子的 金属正离子“胶合”起来。“自由电子气” 1）形成 依靠“自由电子气”把失去价电子的 金属正离子“胶合”起来。“自由电子气” 与金属正离子间的强作用力称为金属键。 2）特征 无方向性、无饱和性、金属原子呈最紧密堆积

金属的结构特点 金属原子紧密堆积，以 使体系能量最低。 金属原子的配位数高。 金属键没有方向性、饱 和性。 周期表中约有2/3的金属原子是配位数为12的密堆积结构，即使在其他非密堆积结构中，金属原子的配位数也达到8，只有极少数为6，这与非金属元素单质表现出较低配位数是很不相同的。

金属的特性： 不透明、导电、导热、具有延展性。 能带理论

5.过渡性晶体 除上述4种基本类型外， 还有一些 过渡型晶体，这些晶体中粒子之间存在 着一种以上的结合力。包括： 层状晶体 链状晶体 富勒烯

层状晶体 在石墨晶体中既 有共价键又有金属 键性质， 层间结合则依靠 分子间作用力，所 以这是一种典型的 混合键型单质晶体。

链状晶体 的总称。链内硅氧原子间为带共 价性的离子键，链状阴离子之间 通过相隔较远的金属阳离子以离 子键相结合，因此链间结合力比 石棉是镁、铁、钙硅酸盐矿物 的总称。链内硅氧原子间为带共 价性的离子键，链状阴离子之间 通过相隔较远的金属阳离子以离 子键相结合，因此链间结合力比 链内结合力弱，故解理时易形成 纤维。 天然硅酸盐的基本结构单位是一个硅原子和4个氧原子组成的[SiO4]正四面体，所不同的只是这种硅氧四面体的连接和排列方式。

结 论: 单质晶体键型变化的根本原 因，在于周期表各原子电子结构 和性质上的差别。

富勒烯 富勒烯是碳元素继金刚石、石墨之后的第三种晶体形态。是金刚石、石墨的同素异形体或同质异晶体。最典型的是C60。 它是由20个六边形 12个五边形组成 　1985年,英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士（Sir Harold Walter Kroto，1939年10月7日~）和美国科学家理查德·埃里特·史沫莱（Sir Richard Errett Smalley，1943年6月6日~）等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。为此，克罗托博士获得1996年度诺贝尔化学奖。

1.6.3 实际晶体 1.晶体的缺陷－点缺陷 2.非整比化合物

1.晶体的缺陷－点缺陷 实际晶体存在着各种缺陷。 点缺陷、线缺陷、 面缺陷 、体缺陷 1）本征缺陷（热缺陷） 2）杂质缺陷

1）本征缺陷（热缺陷） 在没有外来原子时，由于晶格原 子的热运动，有一部分能量较大的 原子离开正常位置，进入间隙，变 成填隙原子，并在原来位置上留下 一空位。

2）杂质缺陷 由于外来原子进入晶体内部而 产生的缺陷。 杂质缺陷则形成固溶体，如以CaO稳定的ZrO2，其组成为（Zr1-xCax）O2-x。由于Zr4+被Ca2+替代就要产生氧离子O2-空位。该固溶体是重要的氧离子传导的固体电解质和耐火材料。

2、非整比化合物 AmBn实际晶体中A：B≠m：n。这 种偏离整数比的化合物就称为非整 比化合物。 非整比化合物比整比化合物的存 在更为普遍。

1.6.4液晶 液晶类物质的力学性能象液体，可以自由流动； 而光学性质却象晶体，显各向异性。 在一个方向上近程有序，而在另一个方向上却远程有序。 液晶物质主要包括向例相、胆甾相、近晶相。

总之，通过物质结构基础和元素周期表的学习，我们应当建立“物质的性质取决于其组成和结构”这一观念 作业：P59 8、 9、 12（1）、（2）、（3） 13、17、