固体

这是一篇关于固体的思维导图，主要内容包括：分类，晶格理论，金属键理论，离子键理论，分子间作用力和分子晶体，原子晶体及过渡晶体。

固体

• 分类
  • 晶体
    • 规则多面体几何外形
      • 自范性：生长过程中自发地形成规则的多面体几何外形
      • 晶面角守恒定律：生长过程中晶体的各个生长方向（晶向，垂直于晶面的方向）不变，各晶面间夹角不变
    • 固定熔点
      • 溶化后的固液共存阶段，晶体温度保持不变
    • 各向异性
      • 有各向异性的往往是单晶，多晶由单晶杂乱无章的排列在一起，往往在整体上体现出各向同性
    • 对称性
      • 轴对称，中心对称，镜面对称等
  • 非晶体（无定形体、玻璃体）
    • 从液态迅速冷却下来时内部粒子还未来得及排列整齐就被冻结而形成的无规则状态，与液体中排列情况相似，故被称为“过冷液体”
    • 玻璃短程有序，长程无序
  • 准晶体
    • 内部微粒采取不重复、非周期性、但却对称有序的排列
    • 不具有空间周期性，但却长程有序
• 晶格理论
  • 晶格
    • 将许多点等距离排成一行，再将行等距离平行排列。将这些点联结起来，得到平面格子。将这二维体系扩展到三维空间，得到的空间格子，即晶格，又叫做点阵
    • 晶格使用点和线反映晶体结构的周期性
    • 实际晶体的微粒位于晶格节点上
  • 晶胞
    • 晶体最小重复单元，通过晶胞在空间里平移无隙并置而形成晶体
      • 能够在三维空间中单靠平移操作无缝填充空间的基本几何体只有平行六面体
    • 用于确定晶胞大小形状的长度及夹角称为晶胞参数
  • 晶系
    • 立方（a=b=c,夹角均为90°）
      • 简单立方、体心立方、面心立方、（底心立方可以连成体积更小的简单立方）
      • 14种空间点阵型式（布拉维空间格子）
    • 四方（两条边相等，夹角90°）
      • 简单四方、体心四方、（底心四方可以连成更小的简单四方）、（面心四方可以连成更小的体心四方）
    • 正交（三条边均不相等，夹角均为90°）
      • 简单正交、体心正交、面心正交、底心正交
    • 单斜（三边均不等，两夹角相等且等于90°，另一个角不等于90°）
      • 简单单斜、底心单斜
    • 六方（两边相等，夹角为120°，剩余两角为90°）、三方（三边相等，夹角相等，均小于120°且不等于90°）、三斜（三边均不等，三角均不等）
      • 简单三斜、简单六方、简单三方
  • 晶体缺陷
    • 晶体中一切偏离理想的晶格结构都成为晶体缺陷
      • 点缺陷
        • 空位缺陷：本征缺陷
        • 杂质缺陷：外来杂质所产生
      • 线缺陷
      • 面缺陷
      • 体缺陷
    • 晶体缺陷对晶体生长有较大影响，使其物理和化学性能发生较大变化
      • 金属中微量杂质可以提高金属屈服强度，降低韧性（生铁硬而脆，熟铁软而硬）
      • 适当某些点缺陷的存在可以大大增强半导体材料的导电性和发光材料的发光性
• 金属键理论
  • 金属原子借助金属键所形成的稳定晶体即为金属晶体
    • 金属光泽，导电性好，导热性好等
  • 自由电子理论
    • 金属原子外层价电子容易电离，产生金属正离子和自由电子，同时每个金属正离子也很容易捕获自由电子复合成金属原子
    • 金属自由电子模型：金属正离子在电子海中规则排列
    • 金属键：通过自由电子不停运动，把金属离子吸引并连接在一起的结合力，成为金属键
      • 无方向性和饱和性
    • 能解释的性质：密度大（紧密堆积结构）、导电性（自由电子在外加电场中做定向运动）、传热性（自由电子不断运动，相互碰撞传递能量）、金属光泽（自由电子能量差异大，能吸收几乎所有可见光并重新反射回来）、延展性（静电作用在整个晶体范围内均匀分布，只要金属原子核间距不改变就不会破坏金属键）
  • 金属能带理论（分子轨道理论发展）
    • 把金属晶体作为一个巨大的分子处理
    • 要点
      • 金属原子中原子十分靠近，这些原子的价层轨道组成分子轨道，包括成键轨道、反键轨道和非键轨道
      • 金属晶体中同一原子轨道组合的序列轨道从低到高都有一定的能级间隔，随着原子数目增多，能级间隔减小
      • 晶体中原子数目巨大，轨道能级差极小，可以看作是连续的，所以这些能级差极微小的序列轨道构成一个能带，同一能带中，电子很容易从一个分子轨道进入另一个分子轨道
      • 按电子在能带中轨道上分布的不同，有满带、导带、禁带之分
      • 金属中相邻能带有时可以重叠，特别是金属相邻亚层原子轨道之间能级相近时，所形成的能带会出现重叠现象
    • 应用
      • 解释导电性
        • 导体：导带/空带和满带或导带重叠；半导体：禁带宽度小等于3eV（电子可以从满带跃迁到空带中）；绝缘体：禁带宽度大等于5eV
          • 加热金属晶体，使金属离子振动加剧，自由电子运动受阻，故导电性降低；但加热半导体，提高满带电子能量，电子容易跃迁，导电性增强
      • 解释金属光泽
        • 可见光照射，导带内电子吸收光子后，实现能带内不同能级轨道间的跃迁，当电子跃迁回能级较低的轨道时，原来吸收的能量以可见光形式释放
      • 解释传热性
        • 电子运动加速金属热传递
      • 解释延展性
        • 电子的“离域性”，使金属原子可在一定范围内运动而不破坏金属键，体现出金属的延展性
  • 金属晶体结构
    • 采取紧密堆积方式保证轨道最大程度重叠，实现结构稳定性最大
    • 常见结构
      • 简单立方堆积
        • 非密置层，AAA，原子配位数为6，空间利用率（堆积系数）：0.52
      • 面心立方最密堆积
        • 密置层，ABCABC，原子配位数12，堆积系数：0.74
          • 8个四面体空隙和4个八面体空隙
      • 体心立方密堆积
        • 密置层，ABAB,原子配位数为8，堆积系数：0.68
      • 六方最密堆积
        • 密置层，ABAB，原子配位数为12，堆积系数：0.74
• 离子键理论
• 分子间作用力和分子晶体
• 原子晶体及过渡晶体