固体结构

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第十章 固体结构

• §10.1 晶体结构和类型
  • 晶体的结构特征晶体理论
  • 晶体缺陷
  • 非晶体和准晶体
  • 晶体类型
• §10.2 金属晶体－金属键理论
  • 金属晶体的结构
  • 金属键理论
    • 非定域键
    • 金属晶体是金属原子或离子彼此靠金属键结合而成的。金属键没有方向性。 金属键的理论模型有电子海模型和能带理论（金属的分子轨道模型）。
      • 子主题
      • 2.能带理论 若有n个原子聚积成金属晶体，晶体中n个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过轨道叠加、线性组合得到n个分子轨道。由于n 数值很大(～1023)，所得分子轨道各能级间的间隔极小，几乎连成一片形成一个能带。n个分子轨道中，n/2个的分子轨道有电子占据，另外n/2个是空的。
        • 子主题
          • 电子有移动的空间了才能产生电流，导电性是靠导带中的电子实现的，满带和空带重叠可以成为导带
        • 导电
          • 金属能带结构的特点是存在导带（如Li、Na）或价电子满带与能量间隔不大的空带发生部分重叠（如Mg），在外电场作用下，导带中的电子可跃迁到相邻的空轨道，因而能导电。 电子是活动在整个金属晶体范围内，为非定域状态，所以金属是导体。
          • 由于半导体的禁带较窄，△E <3eV。在 外电场作用下，部分电子由满带跃入空带， 从而使空带变成了导带，满带中失去电子从 而留下可以接受电子的空穴。 半导体的导电性是导带中的电子传递 （电子导电）和满带中的空穴传递（空穴导 电）的混合导电。
          • 导电性区别
            • 升高温度时，金属中原子振动加剧，导 带中电子运动的阻碍加大，导电性下降，电 阻增大。 升高温度时，半导体中满带有更多的电 子跃入导带，导带中电子数增加，满带中空 穴增加，导电性增强，电阻减小。 低温时半导体是电子的绝缘体，高温时电子能激发跃过禁带而导电。
• §10.3 离子晶体－离子极化
  • 离子晶体的结构
  • 晶格能
  • 离子极化
    • 离子在靠近极板时会产生变形，电子和原子核的移动反向
    • 极化率
      • 离子中的电子被原子核吸引得越不牢，极化率越大
      • ① 离子半径 r ： r 愈大， α愈大。 　如α：Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+；F－<Cl－<Br－<I－ ② 负离子极化率大于正离子的极化率。 ③ 离子电荷：负离子电荷多的极化率大。 如：α(S2－) >α(Cl－) 正离子电荷少的极化率大。 如：α(Na+) >α(Mg2+) ④ 离子的最外层电子构型(离子半径、电荷相同)： (18+2)e-，18e- > 9～17e- > 8e- 如：α(Cd2+) 18 >α(Ca2+)8； α(Cu+) 18 >α(Na+)8 r/pm 97 99 96 95
    • 极化力
      • ①离子半径 r ：r 小者，极化力大。 ②离子电荷：电荷多者，极化力大。 ③离子的最外层电子构型： f ：(18+2)e-,18e- > 9～17e- > 8e- 当正负离子混合在一起时，着重考虑正离子的极化力，负离子的极化率，但是18e构型的正离子(Ag+, Cd2+ 等)也要考虑其变形性。
    • 离子极化的结果
• §10.5 层状晶体
  • 定义
    • 石墨具有层状结构，称为层状晶体。
• §10.4 分子晶体
  • 分子的偶极矩和极化率
    • • 分子的偶极矩与键矩的关系： 极性键构成的双原子分子： 分子偶极矩 = 键矩 多原子分子的偶极矩 = 键矩的矢量和，
  • 分子间的吸引作用
    • 分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。
    • 作用种类
      • 分子间力即范德华力为三种力的总称
        • 特点
          • 不同情况下，分子间力的组成不同。例如，非极性分子之间只有色散力；极性分子之间有三种力，并以色散力为主，仅仅极性很大的H2O 分子例外。
          • 分子间力作用的范围很小(一般是300- 500pm)。
          • 分子间作用力较弱，既无方向性又无饱和性
        • 意义
          • 决定物质的熔点、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。
        • 归纳
  • 氢键
    • HF 分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的 F 原子一侧。在几乎裸露的 H 原子核与另一个 HF 分子中 F 原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。
    • 形成条件
    • 特点
    • 类型
      • 除了HF、H2O、NH3 有分子间氢键外，在有机羧酸、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。 除了分子间氢键外，还有分子内氢键。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。