第3章 固体结构和固体性能
晶体结构与性质知识总结(完善)
3-1、晶体的常识 一、晶体和非晶体 1、概述——自然界中绝大多数物质是固体，固体分为和两大类。 * 自范性——晶体能自发地呈现多面体外形的性质。本质上，晶体的自范性是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性有序排列的宏观表象。 * 晶体不因颗粒大小而改变，许多固体粉末用肉眼看不到规则的晶体外形，但在显微镜下仍可看到。 * 晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当，熔融态物质凝固速率过快常得到粉末或没有规则外形的块状物。 * 各向异性——晶体的许多物理性质如强度、热导性和光导性等存在各向异性即在各个方向上的性质是不同的 二、晶胞 1、定义——描述晶体结构的基本单元。 2、特征—— （1）习惯采用的晶胞都是体，同种晶体所有的晶胞大小形状及内部的原子种类、个数和几何排列完全相同。 （2）整个晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。 <1> 所谓“无隙”是指相邻晶胞之间没有任何间隙； <2> 所谓“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。 3、确定晶胞所含粒子数和晶体的化学式——均摊法分析晶胞与粒子数值的关系 （1）处于内部的粒子，属于晶胞，有几个算几个均属于某一晶胞。 （2）处于面上的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。 （3）处于90度棱上的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。 （4）处于90度顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于60度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；处于120度垂面顶点的粒子，同时为个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。 4、例举 三、分类
晶体根据组成粒子和粒子之间的作用分为分子晶体、原子晶体、金属晶体和离子晶体四种类型。 3-2、分子晶体和原子晶体 一、分子晶体 1、定义——只含分子的晶体。 2、组成粒子——。 3、存在作用——组成粒子间的作用为（），多原子分子内部原子间的作用为。 * 分子晶体中定含有分子间作用力，定含有共价键。 * 分子间作用力于化学键。 4、物理性质 （1）熔沸点与硬度——融化和变形只需要克服，所以熔沸点、硬度，部分分子晶体还可以升华。熔融一定破坏分子间的和可能存在的键，绝不会破坏分子内部的。 同为分子晶体的不同物质，一般来说尤其对于结构组成相似的分子，相对分子质量越大，熔沸点越；相对分子质量相差不大的分子，极性越大熔沸点越；含氢键的熔沸点会特殊的些。 例如： （2）溶解性——遵循同性互溶原理（或说相似相溶原理）：即极性分子易溶于性溶剂（多为），如卤化氢（HX）、低级醇和低级羧酸易溶于极性溶剂水；非极性分子易溶于非极性（有机）溶剂，如硫、磷和卤素单质（X2）不易溶于极性溶剂水而易溶于非极性溶剂CS2、苯等。同含氢键的溶解性会更，如乙醇、氨气与水。 5、类别范畴 （1）除C、Si、B外的非金属单质，如卤素、氧气和臭氧、硫（S8）、白磷（P4）、足球烯（C60）、稀有气体等。 （2）除铵盐、SiO2、SiC、Si3N4、BN等外的非金属互化物，包括非金属氢化物和氧化物，如氨（NH3）、冰（H2O）、干冰（CO2）、三氧化硫（SO3）等。 （3）所有的酸分子（纯酸而非溶液）。 （4）大多有机物。 （5）除汞外常温下为液态和气态的物质。 （6）能升华的物质。如干冰、碘、等。 6、结构例析 如果分子间作用力只有范德华力，其分子占晶胞六面体的个顶角和个面心，若以一个分子为中心，其周围通常有个紧邻分子，这一特征称为分子密堆积，如O2、C60、CO2、I2等。 （1）干冰 固态的，色透明晶体，外形像冰，分子间作用力只有，熔点较，常压能升华，常作制冷剂或人工降雨。 二氧化碳分子占据立方体晶胞的个面心和个顶角，与每个二氧化碳分子距离最近且相等的二氧化碳分子有个，若正方体棱长为a，则这两个相邻的CO2的距离为。 （2）冰 固态的，色透明晶体，水分子间作用力除外，还有，氢键虽远小于共价键，但明显大于范德华力，所以冰的硬度较，熔点相对较。 每个水分子与周围距离最近且相等的水分子有个，这几个水分子形成一个的空间构型，晶体中水分子与氢键的个数之比为。这一排列使冰中水分子的空间利用率不高，留有相当大的空隙，所以冰的密度于液体水（4C的水密度最大，通常认为是1）。 （3）天然气水合物 ——可燃冰·海底储存的潜在能源，甲烷分子处于水分子形成笼子里，形式多样。 二、原子晶体 1、定义——相邻间以键结合而成空间网状的晶体。整块晶体是一个三维的共价键网状结构的
选修3-3第九章固体、液体的性质-固体教案
【教学目标】 1.了解固体的微观结构。会区别晶体和非晶体，列举生活中常见的晶体和非晶体。 2.初步了解材料科学技术的有关知识及应用，体会它们的发展对人类生活和社会发展的影响。 【自学评价】 1、 称为晶体； 称非晶体 2、常见的晶体有： ； 常见的非晶体有： 。 3、预习课本，完成下表 4、组成晶体的微观粒子按 在空间整齐地排列，微粒的热运动表现为 。 【经典范例】 1、下列说法中正确的是 （ ） A 、显示各向异性的物体必定是晶体 B 、不显示各向异性的物体必定是非晶体 C 、具有确定熔点的物体必定是晶体 D 、不具有确定熔点的物体必定是非晶体 2、下列说法错误的是 （ ） A 、晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质威力是规则排列的 B 、有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构 C 、凡各向同性的物质一定是非晶体 D 、晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的 3、如图所示，食盐的晶体是由钠离子和氯离子组成的。这两 种离子在空间中三个互相垂直的方向上，都是等距离排列地交 错排列的。已知食盐的摩尔质量是 克/摩，食盐的密度是克/ 厘米3。阿伏伽德罗常数为×1023摩-1。在食盐晶体中两个距离 最近的钠离子中心间的距离的数值为多少？ 【思维点播】 1、如何正确理解晶体的各向异性 在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测量晶体的物理性能得到的结果不同。 例如晶体在不同
的方向还可以有不同的硬度、弹性、热膨胀性质、导电性能等。需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各种物理性能上表现出各向异性，例如云母、石膏晶体在导热性能上表现出显著的各向异性——沿不同的方向传递热的快慢不同；方铅矿晶体在导电性能上表现出显著的各向异性——沿不同的方向电阻率不同；立方体的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同的方向弹性不同；方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向上的折射率不同。值得指出的是，只有单晶体才回有各向异性的物理性质，多晶体和非晶体一样，物理性质都是各向同性的。 【跟踪训练】 ★1、下列固体中全是由晶体组成的是( ).【l】 (A)石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜(B)石英、玻璃、云母、铜 (C)食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香(D)蜂蜡、松香、橡胶、沥青 ★★2.某物体表现出各向异性是由于组成物体的物质微粒( ).【1】 (A)在空间的排列不规则(B)在空间按一定的规则排列 (C)数目较多的缘故(D)数目较少的缘故 ★★3.如果某个固体在不同方向上的物理性质是相同的，那么( ).【1】 (A)它一定是晶体(B)它一定是多晶体 (C)它一定是非晶体(D)它不一定是非晶体 ★★★4.在样本薄片上均匀地涂上一层石蜡，然后用灼热的金属针尖点在样本的另一侧面，结果得到如图所示的两种图样，则( ).【2】 (A)样本A一定是非晶体(B)样本A可能是非晶体 (C)样本B一定是晶体(D)样本B不一定是晶体 ★★★5.晶体在熔解过程中吸收的热量，主要用于( ).【2】 (A)破坏空间点阵结构，增加分子动能 (B)破坏空间点阵结构，增加分子势能 (C)破坏空间点阵结构，增加分子的势能和动能 (D)破坏空间点阵结构，但不增加分子的势能和动能 ★★★★6.某种材料制成的厚度均匀的长方形透明体，测得某单色光沿AB和CD方向穿过透明体时，折射率不相同，如图所示，则说明该材料( ).【2】 (A)一定是单晶体(B)一定是多晶体 (C)一定是非晶体(D)可能是多晶体
无机化学第四版第七章思考题与习题答案讲课教案
第七章固体的结构与性质 思考题 1.常用的硫粉是硫的微晶，熔点为11 2.8℃，溶于CS2，CCl4等溶剂中，试判断它属于哪一类晶体?分子晶体 2.已知下列两类晶体的熔点： (1) 物质NaF NaCl NaBr NaI 熔点/℃993 801 747 661 (2) 物质SiF4SiCl4SiBr4 SiI4 熔点/℃-90.2 -70 5.4 120.5 为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高? 而且熔点递变趋势相反? 因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、NaI随着阴离子半径的逐渐增大，晶格能减小，所以熔点降低。分子晶体的熔点主要取决于分子间力，随着SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4相对分子质量的增大，分子间力逐渐增大，所以熔点逐渐升高。
3.当气态离子Ca2+，Sr2+，F-分别形成CaF2，SrF2晶体时，何者放出的能量多?为什么?形成CaF2晶体时放出的能量多。因为离子半径r(Ca2+)
固体结构
10--固体结构 [教学要求] 1．熟悉晶体的类型、特征核组成晶体的微粒间的作用力。 2．了解金属晶体的三种密堆积结构及其特征。理解金属键的形成核特征。 3．熟悉三种典型离子晶体的结构特征。理解晶格能的概念和离子电荷、半径对晶格能的影响；熟悉晶格能对离子化合物熔点、硬度的影响；了解晶格能的热化学计算方法。 4．了解离子半径及其变化规律、离子极化及其对键型、晶格类型、溶解度、熔点、颜色的影响。 5．熟悉键的极性和分子的极性；了解分子的偶极矩和变形性及其变化规律，了解分子间力的产生及其对某些物性的影响。 [教学重点] 1．晶胞 2．各种类型晶体的结构特征,特别是离子晶体。 3．离子极化 [教学难点] 晶胞的概念, 离子极化 [教学内容] §10.1 晶体结构和类型 10.1.1 晶体结构的特征与晶格理论 1. 晶体结构的特征 晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。特征： (1) 晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明显的特征，同一种晶体由于生 成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的晶面角却不会变. (2) 晶体表现各向异性，例如热、光、电、硬度等常因晶体取向不同而异。 (3) 晶体都有固定的熔点，玻璃在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后 变成液体.
2. 晶格理论的基本概念 晶格(点阵)是晶体的数学抽象。 晶胞是晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移并无限地堆砌而成晶体，它有二个要素： 一是晶胞的大小、型式。晶胞的大小、型式由a、b、c三个晶轴及它们间的夹角α.β.γ所确定。 另一是晶胞的内容。由组成晶胞的原子或分子及它们在晶胞中的位置所决定晶胞的内容包括粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。 按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。 按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。
第七章 固体的结构及性质
第七章固体的结构及性质 思考题解析 1．常用的硫粉是硫的微晶，熔点为112.8℃, 溶于CS2、CCl4等溶剂中，试判断它属于哪一类晶体？ 解：分子晶体。 2．已知下列两类晶体的熔点： （1）物质NaF NaCl NaBr NaI 熔点/℃993 801 747 661 （2）物质SiF4SiCl4SiBr4SiI4 熔点/℃ -90.2 -70 5.4 120.5 为什么钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高，而且熔点递变趋势相反？ 解：因为钠的卤化物为离子晶体，硅的卤化物为分子晶体，所以钠的卤化物的熔点比相应硅的卤化物的熔点高。离子晶体的熔点主要取决于晶格能，NaF、NaCl、NaBr、NaI随着阴离子半径逐渐增大，晶格能逐渐减小，所以熔点逐渐降低。分子晶体的熔点主要取决于分子间力，随着SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4相对分子质量逐渐增大，分子间力逐渐增大，所以熔点逐渐升高。 3．当气态离子Ca2+、Sr2+、与F-分别形成CaF2、SrF2、晶体时，何者放出的能量多？为什么？ 解：形成CaF2晶体时，放出的能量多。因为离子半径r(Ca2+)>r(Sr2+)，形成的晶体CaF2的核间距较小而较稳定的缘故。 4．解释下列问题： （1）NaF的熔点高于NaCl； （2）BeO的熔点高于LiF； （3）SiO2的熔点高于CO2； （4）冰的熔点高于干冰（固态CO2）； （5）石墨软而导电，而金刚石坚硬且不导电。 解：（1）NaF 和NaCl均为离子晶体，离子电荷相同，而r(F-)
第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质
第七章晶体的点阵结构和晶体的性质 一、概念及问答题 1、由于晶体内部原子或分子按周期性规律排列，使晶体具有哪些共同的性质？答：a. 均匀性，一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 b. 各向异性，在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。 c. 自发地形成多面体外形，晶体在生长过程中自发地形成晶面，晶面相交 成为晶棱，晶棱会聚成项点，从而出现具有多面体外形的特点。 2、点阵 答：点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一向量，将各个点按此向量平移能使它复原，凡满足这条件的一组点称为点阵。点阵中的每个点具有完全相同的周围环境。 3、晶体的结构基元 点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为晶体的结构基元。结构基元与点阵点是一一对应的。 4、晶体结构 在晶体点阵中各点阵点的位置上，按同一种方式安置结构基元，就得整个晶体的结构，所以地晶体结构示意表示为：晶体结构＝点阵+结构基元 5、直线点阵 根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱方向周期地重复排列的结构基元，抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列，称为直线点阵。 6、晶胞 按照晶体内部结构的周期性，划分出一个个大小和形状完全一样的平行六面体，以代表晶体结构的基本重复单位，叫晶胞。晶胞的形状一定是平行六面体。晶胞是构成晶体结构的基础，其化学成分即晶胞内各个原子的个数比与晶体的化学式一样，一个晶胞中包含一个结构基元，为素晶胞，包今两个或两个以上结构基元为复晶胞，分别与点阵中素单位与复单位相对应。 7、晶体中一般分哪几个晶系？ 根据晶体的对称性，可将晶体分为7个晶系，每个晶系有它自己的特征对称
固体化学复习题答案报告
固体化学复习题 1．什么是固体化学？ 固体化学是研究固体物质的制备、组成、结构、性质和反应的化学分支学科。它是无机化学、固体物理、晶体结构和材料科学等多门学科的交叉领域，已成为当前无机化学学科中一个十分活跃的新兴分支学科。 2．固体化学的研究内容是什么？ (1) 固体中的缺陷平衡； (2) 固体中的扩散； (3) 固相化学反应。 3．按照材料的化学组成来分类，固体材料可以分成哪几类？ 金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。 4．按照材料的使用性能来分类，固体材料可以分成哪几类？ 结构材料：主要使用材料的力学性能； 功能材料：主要使用光、电、磁、热、声等功能特性。 5．按照材料组成的有序程度来分类，固体材料可以分成哪几类？ 晶态：固体具有长程有序的点阵结构，如氯化钠、硫化锌、砷 化锌等，其中的组成原子或基元是处于按一定格式空间 排列的状态。 非晶态：固体的结构类似液体，只在几个原子间距的量程范围内 或者说原子在短程处于有序状态，而长程范围原子的排 列没有一定的格式，如玻璃和许多聚合物。 6．按照材料中原子结合力本质来分类，固体材料可以分成哪几类？ 离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体、氢键晶体。 7．举例说明何谓共价晶体？何谓分子晶体？二者在电学性质上有什么本质的区别？ 共价晶体：组成原子之间靠共价键结合，键有方向性和饱和性，如硅、InSb、PbTe。 分子晶体: 组成分子之间靠范德华力结合，键能低。如Ar, H2、CO2。 8．简述石墨晶体中化学键的成键方式。 石墨晶体具有层状结构。每一层内的每个碳原子中的三个电子与邻近的三个碳原子以共价键结合，组成片状六角形的平面蜂巢结构，另一个价电子则为该层内所有碳原子所共有，形成金属键；层与层之间则以范德华力相互作用。因此，石墨晶体中既包含有共价键，又包含有金属键和范德华力，从而使得石墨表现出固体物质的多重性质：质地柔软光滑、容易磨碎、密度小、熔点高、不透明、有光泽和导电率高。 9．当今导致重大科学与技术进步的五大实验技术手段是什么？ 激光技术、核磁共振、同步辐射、质谱、超高压技术。 10.什么是组合化学？ 组合化学(Combinatorial Chemistry)特点为可以一次性成批量获得很大数量的类似化合物一化合物库（chemical library） 以供高通量筛选，寻找先导化合物。采用这种方法，可以大大增加寻找具有特殊功能新化合物的机会。 11．什么是软化学合成？
第7章 固体的结构与性质 习题参考答案
第7章固体的结构与性质习题参考答案 1．解：熔点高低、硬度大小的次序为：TiC> ScN> MgO> NaF。 2．解：（1）熔点由低到高的次序：KBr 7．解： 3θm f Al(s)+ F (g)AlF (s)H ???? → D (F －F) -U A 1 3+3e 3F(g)3F (g)E - - ???→ m sub H ? + Al(g) Al 3+(g) U ＝ m sub H ?+ D (F －F)+31 A E + I - m f H ? ＝ [326.4+3 2 ×156.9+3×（-322）+5139.1-（-1510）]kJ · mol -1 ＝ 6245 kJ · mol -1 8．解： K(s) + 1 2 I 2(s) KI(s) sub m H ? (K) s u b m H ? (I 2) 12I 2(g) -U 12 θ(I-I)D I(g) +e - I -(g) 1 A E + -e - K(g) I 1 K +(g) m f H ?= m sub H ?(K)+ 12 m sub H ?(I 2)+ 12 θ(I-I)D +1A E + I 1 -U =[90+ 12?62.4+12 ?152.549+(-295)+418.9-649] kJ · mol -1 =-328 kJ · mol -1 9．解：（1）极化力：Na +， ，Al 3+，Si 4+；变形性：Si 4+，Al 3+，Na +。 （2）极化力：I -，Sn 2+，Ge 2+；变形性：Ge 2+，Sn 2+，I -。 10．解：极化作用：SiCl 4> AlCl 3> MgCl 2> NaCl 。 f m H ? 第七章固体结构与性质 一、教学目的及要求 二、重点难点（略） 三、教学时间和地点： 四、教学内容 §7.1晶体与非晶体 7.1.1 晶体的特征 ●有一定的几何外形 ●有固定的熔点：即晶体在熔化时温度保持不变，直至全部熔化后，温度才 开始上升。如：冰的熔点0℃。 非晶体无固定的熔点在加热时，由开始软化到完全熔化， 整个过程中温度不断的变化。如：松香50~70℃软 化,70℃以上全部熔化。 ●各向异性：晶体的某些性质，如光学性质、力学性质、导热、导电性、机 械强度、溶解性等在不同方向不同。如：云母可按纹理面方 向裂成薄片。 非晶体各向同性，晶体和非晶体在性质上的差异是两者内部结构不同而造成的，晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列，造成晶体的各向异性。非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的。 7.1.2 晶体的内部结构 ●晶格点阵：晶格点阵——沿一定方向按某种规律把结点联接起来的几何图 形。晶格点阵可描述晶体内部的结构 ●晶胞：晶胞——晶格中，能表现其结构一切特征的最小部分。 ●晶格：按晶格结点在空间的位置分布,晶格有各种形状。分为7个晶系14 种晶格类型。 7.1.3 单晶体和多晶体 ●单晶体：由一个晶核各向均匀生长而成,晶体内部的粒子基本上保持其特 有的排列规律。如单晶冰糖、单晶硅、宝石、金刚石 ●多晶体：由很多单晶微粒杂乱无规则的聚结而成的。各向异性的特征消失， 使整体一般不表现各向异性。多数金属和合金都是多晶体。 7.1.4 非晶体物质 非晶体物质——结构无序的固体物质 玻璃体为典型的非晶物质 玻璃体物质：氧化物玻璃；金属玻璃；非晶半导体；高分子化合物 在一定条件下，晶体和非晶体可以互相转换 如：在迅速冷却下，石英晶体可以转换为石英玻璃 7.1.5 液晶 液晶——有些有机物质熔化后在一定的温度范围内微粒的分布仍部分 第七章晶体的点阵结构和晶体的性质 第七章晶体的点阵结构和晶体的性质 一、概念及问答题 1、由于晶体内部原子或分子按周期性规律排列，使晶体具有哪些共同的性质？答：a. 均匀性，一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 b. 各向异性，在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。 c. 自发地形成多面体外形，晶体在生长过程中自发地形成晶面，晶面相交 成为晶棱，晶棱会聚成项点，从而出现具有多面体外形的特点。 2、点阵 答：点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一向量，将各个点按此向量平移能使它复原，凡满足这条件的一组点称为点阵。点阵中的每个点具有完全相同的周围环境。 3、晶体的结构基元 点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为晶体的结构基元。结构基元与点阵点是一一对应的。 4、晶体结构 在晶体点阵中各点阵点的位置上，按同一种方式安置结构基元，就得整个晶体的结构，所以地晶体结构示意表示为：晶体结构＝点阵+结构基元 5、直线点阵 根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱方向周期地重复排列的结构基元，抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列，称为直线点阵。 6、晶胞 按照晶体内部结构的周期性，划分出一个个大小和形状完全一样的平行六面体，以代表晶体结构的基本重复单位，叫晶胞。晶胞的形状一定是平行六面体。晶胞是构成晶体结构的基础，其化学成分即晶胞内各个原子的个数比与晶体的化学式一样，一个晶胞中包含一个结构基元，为素晶胞，包今两个或两个以上结构基元为复晶胞，分别与点阵中素单位与复单位相对应。 7、晶体中一般分哪几个晶系？ 根据晶体的对称性，可将晶体分为7个晶系，每个晶系有它自己的特征对 第七章固体的结构和性质 【教学基本要求】 (1)了解晶体和非晶体的基本概念，掌握其特征。 (2)熟悉三种类型离子晶体的特征，了解晶格能对离子化合物性质的影响。 (3)了解金属键的形成和特性，并能用金属键的概念说明金属的共性。 (4)掌握四种不同类型晶体的结构特征和物理性质。 (5)理解离子极化的概念，掌握其应用。 【教学重点和难点】 重点 （1）晶体与非晶体特征和区别 （2）晶体的四中基本类型 （3）离子极化对物质性质的影响 难点 离子极化的基本概念以及对物质性质的影响 【引言】 物质的主要聚集状态有气体、液体和固体。固体物质又分为晶体和非晶体两大类，多数固体物质都是晶体。本章内容主要围绕以下三个方面展开。首先简单介绍有关晶体结构中的一些常用术语和基本概念。这一问题比较抽象，不好理解，希望读者注意把握重点，如晶体的特征。对于较难理解的晶体的空间结构要做到能够从几何概念上初步了解和想象。第二个问题是这一章的重点内容——四种晶体类型。四种晶体类型的划分是以晶体中晶格结点上的微粒不同以及微粒间结合力的不同划分的。晶体中晶格结点上微粒不同，其结合力不同，晶体的类型不同，其性质也就不同。通过学习要能够从晶体的性质推断其晶体类型；相反，知道了物质属于哪一类晶体，应可推知其性质。第三个问题是离子极化的概念。离子极化是把分子极化的概念推广到离子体系的结果。对于共价型的分子晶体，其物理性质的不同可从分子间力(有的也包括氢键)去解释。同样，对于离子晶体的有些物理性质等，可以用离子极化 的理论去说明。第三个问题的关键是理解概念、掌握应用。 【教学内容】 9.1 晶体与非晶体 9.1.1晶体的特征 X射线研究表明，固体可分为晶状固体和无定形固体两类。自然界中大多数固体物质是晶体。晶体内部的微粒在空间呈有序排列，非晶体内部的微粒则处于无序状态，所以二者的性质是不同的。晶体具有以下特征 1. 有一定的几何外形 从外观上看，晶体一般都具有规则的几何外形。例如食盐晶体是立方体，石英(SiO2)是六角柱体等，图见相关教材。与晶体相反，非晶体没有固定的几何外形，又称无定形体。例如，玻璃、橡胶、沥青、动物胶、松香等，他们的外形是随意性的。 2.有固定的熔点 在一定压力下将晶体加热，当温度升到某一定值（达到晶体的熔点）时，晶体才开始熔化，继续加热，在它没有全部熔化以前，温度保持不变，这是外界供给的热量用于晶体从固体转变为液体，直到晶体全部熔化后，温度才重新上升。而非晶体没有固定的熔点。如玻璃加热，它先变软，然后慢慢地熔化成粘滞性很大的流体。在这一过程中温度是不断上升的，从软化到熔体，有一段温度范围。 3.各向异性 晶体的某些性质具有方向性。如导电性、导热性、光学性质、力学性质等，在晶体的不同方向表现出明显的差别。例如云母特别容易按纹理面的方向裂成薄片；石墨晶体内平行于石墨层方向比垂直于石墨层的导热率要达4-6倍，导电率要大5000倍。而非晶体是各向同性的。 晶体的特性是由晶体的内部结构所决定的。应用X射线研究表明，晶体内部的微粒（离子、原子或分子）在空间的排列是有次序的、有规律的，它们总是按照某种确定的规则重复排列。非晶体内部微粒的排列是无次序的、不规律的。图9-2为石英晶体和石英玻璃（非晶体） 注意：晶体与非晶体之间并没有严格的限界，在一定条件下可相互转化。从热力学上讲，晶态物质比非晶态物质稳定。 第七章固体得结构与性质 思考题 1、常用得硫粉就是硫得微晶,熔点为11 2、8℃,溶于 CS2,CCl4等溶剂中,试判断它属于哪一类晶体?分子晶体2、已知下列两类晶体得熔点: (1) 物质NaF NaCl NaBr NaI 熔点/℃993 801 747 661 (2) 物质SiF4SiCl4 SiBr4SiI4 熔点/℃ 90、2 70 5、4 120、5 为什么钠得卤化物得熔点比相应硅得卤化物得熔点高? 而且熔点递变趋势相反? 因为钠得卤化物为离子晶体,硅得卤化物为分子晶体,所以钠得卤化物得熔点比相应硅得卤化物得熔点高,离子晶体得熔点主要取决于晶格 能,NaF、NaCl、NaBr、NaI随着阴离子半径得逐渐增大,晶格能减小,所以熔点降低。分子晶体得熔点主要取决于分子间力,随着SiF4、SiCl4、SiBr4、SiI4相对分子质量得增大,分子间力逐渐增大,所以熔点逐渐升高。 3、当气态离子Ca2+,Sr2+,F分别形成CaF2,SrF2晶体时,何者放出得能量多?为什么?形成CaF2晶体时放出得能量多。因为离子半径r(Ca2+) 物质结构与性质知识点总结 一.原子结构与性质. 一.认识原子核外电子运动状态，了解电子云、电子层（能层）、原子轨道（能级）的含义. 1.电子云：用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近，电子出现的机会大，电子云密度越大；离核越远，电子出现的机会小，电子云密度越小. 电子层（能层）：根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q. 原子轨道（能级即亚层）：处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道，s轨道呈球形、p轨道呈纺锤形，d轨道和f轨道较复杂.各轨道的伸展方向个数依次为1、3、5、7. 2.(构造原理） 了解多电子原子中核外电子分层排布遵循的原理，能用电子排布式表示1～36号元素原子核外电子的排布. (1).原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道(亚层)和自旋方向来进行描述.在含有多个核外电子的原子中，不存在运动状态完全相同的两个电子. (2).原子核外电子排布原理. ①.能量最低原理:电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道. ②.泡利不相容原理:每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子. ③.洪特规则:在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同. 洪特规则的特例:在等价轨道的全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）、全空时(p0、d0、f0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1. (3).掌握能级交错图和1-36号元素的核外电子排布式. ①根据构造原理，基态原子核外电子的排布遵循图⑴箭头所示的顺序。 ②根据构造原理，可以将各能级按能量的差异分成能级组如图⑵所示，由下而上表示七个能级组，其能量依次升高；在同一能级组内， 《固体物理》期末 考核报告 摘要：本课以本科理论物理的“四大力学”为基础。又是学习凝聚态物理学和材料科学的基础，它是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程。通过本课的学习，一方面是对以前所学基础理论知识的复习和应用，另一方面也为今后了解、掌握现代高新技术和从事科学研究打下基础。 关键字：力学、基础、课程-现代高新科技、应用 一、引言 固体物理就是研讨固体（主要是晶体）材料物理特性的一门科学。它是从固体中的原子和电子状态的根本特点出发来讨论固体的物理性质，所以是最基础的、又同专业关系最密切的一门课程，它也讨论非晶体材料的性质，是学习金属物理、半导体物理、电介质物理、磁学等的基础、先行课程。 虽然固体物理主要是讨论固体材料的问题，但是实际上对于讨论液体、气体材料也有参考价值，同时还体现了应用基础课的特点，既要讲有关的理论体系，又要讲和实验、生产的密切关系．特别要突出科学的研究方法。对于物理类和电子科学类的专业，固体物理是必修课。所以。对于了解学习固体物理的目的和难点是非常有必要的。 二、学习固体物理的目的 2.1 固体物理学的发展 固体物理对于技术的发展有很多重要的应用，晶体管发明以后，集成电路技术迅速发展，电子学技术、计算技术以至整个信息产业也随之迅速 发展。其经济影响和社会影响是革命性的。这种影响甚至在日常生活中也处处可见。新的实验条件和技术日新月异，正为固体物理不断开拓新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段，使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。由于固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础，也由于固体物理学科内在的因素，固体物理的研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。其发展趋势是：由体内性质转向研究表面有关的性质；由三维体系转到低维体系；由晶态物质转到非晶态物质；由平衡态特性转到研究瞬态和亚稳态、临界现象和相变；由完整晶体转到研究晶体中的杂质、缺陷和各种微结构；由普通晶体转到研究超点阵的材料。这些基础研究又将促进新技术的发展，给人们带来实际利益。同时，固体物理学的成就和实验手段对化学物理、催化学科、生命科学、地学等的影响日益增长，正在形成新的交叉领域。 2.2 学习固体物理的要求 固体物理是很抽象的，在于他研究的对象已经不是一般的某个体系，而是涉及组成物体的原子分子之间的结构能量问题，有些类似于原子物理，但又不一样。想要学好固体物理完全没有必要纠结于难记的公式和复杂的推导，关键是理解固体物理中引进的其它物理分支中没有的概念和研究方法，举个例子，一开始介绍倒格矢，概念很抽象，但是它的目的是研究晶格，晶体性质的，那么就需要站在晶体结构的角度理解它；研究满带，空带，就需要联系分子之间能量来理解它。要区分微观和宏观研究方法的不同，不要带着以往学物理的方法来学习固体物理。 对于大学生所学的固体物理，其中的内容都是比较浅显易懂，我们所要做的就是在课堂所学的基础上，去为将要学习更深的内容做好准备。利用大学所学的基础知识，对固体物理的一些基础的知识的了解，去更好的用到生活中去。这样才能做到真正的学以致用。 三、学习固体物理的难点 在学习固体物理的过程中，感觉固体物理最不好理解、也是我们不容易接受的内容有许多，而且其概念又非常重要。为了清楚地理解倒易空间在固体物理学上的应用,首先要强调傅里叶变换的物理意义，傅立叶变换是将一个函数转换为一系列周期函数来处理，从物理效果看,由傅立叶变换将晶体的周期性的实空间(正格子)变换成了周期性的倒易空间(倒格子)。因为晶体的周期性结构，由此使得其许多性质在某些方向上也具有周期性，例如原子核的位置的周期性排列产生了周期性的离子实势场，如果要研究晶体中的电子的运动，就必须要研究 第七章固体、液体和气体的性质 本章学习提要 1．知道固体和液体的微观结构；知道晶体和非晶体的区别。 2．知道表面张力和毛细现象。了解新材料的应用和发展前景。 3．掌握理想气体的状态方程。 本章学习的固体和液体的性质是对物质状态、结构和性质的认识在原有基础上的拓宽，理想气体的状态方程是基础型课程中讨论的气体实验定律的延伸和拓展。 本章重点是理想气体的状态方程，因为理想气体的状态方程是气体性质中的核心规律，在该方程的建立和应用中还包含了许多重要的物理方法，例如引入理想气体模型，把实际问题理想化的方法；根据气体实验定律推导出理想气体状态方程所用的科学推理方法等。 通过学习新材料的有关知识，了解新材料的应用和发展前景，感悟科技与社会发展的密切广西关系。 A 固体的基本性质 一、学习要求 知道固体的微观结构；*知道晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别；知道分子间的相互作用力跟分子间的距离有关。 感受从物质微观结构和微观粒子的运动来研究其宏观性质的研究方法，认识运用物理模型研究分子间相互作用的意义。 通过碳-60的发现及其广阔的应用前景，领略科技发展对经济建设的重要作用。 二、要点辨析 1．从分子动理论角度看固体、液体和气体的异同点 本章教材引言中指出了研究固体、液体和气体的性质是基于分子动理论，即分子的无规则运动有使物质离散的作用，而分子的相互作用力又有使物质聚集的作用。两种因素相互制约的结果呈现了不同的物态。固体分子间距离较小，分子只能在其平衡位置附近振动，因而有一定的体积和形状；液体分子间距离比固体大些，因而分子可以移动，有一定的体积而无一定的形状；气体分子间距离较大，分子间作用力很小，因而它们可以在空间自由运动，气体没有一定的体积和形状。 第七章固体、液体和气体的性质参考 资料 1．晶体与非晶体的微观结构的比较 （1）晶体：固体中的所有分子在分子力的作用下，整齐地在空间排列起来，形成了周期性的空间点阵。例如图7-5所示的平面矩形点阵，每个分子都以同样的方式对称地排列在某个分子周围，它们对该分子的作用力相互抵消，所以，这种完全有序的周期性排列是固体中分子聚集的最稳定状态，这就是晶体的状态，即晶态。 图7-5 图7-6 晶体最引人注目的特征是其美丽的对称性。它外观的对称性来源于内在结构——分子排列的对称性。理想的晶体中的分子在无限大的空间里排列成周期性点阵（即“晶格”），每个格点都是分子的平衡位置。如果在晶体中选某个格点O为原点的晶格（图7-6），向不同方向作周期性的平移，晶格是不变的。这叫做晶格的空间平移对称性。晶体还有围绕每个格点的旋转对称性等。 普通金属是由大量的细微晶粒构成的多晶体，晶粒的几何线度一般为10-4～10-3cm，最大的可达10-2cm，在排列取向上往往是无序的，半 导体材料硅和锗是典型的单晶体。 （2）非晶体：非晶体中分子的排列状态可归纳为“短程有序，长程无序”。 我们知道，玻璃是典型的非晶态固体，故非晶态又称玻璃态，图7 -7（a ）表示，晶体中每个分子到它最邻近的分子间的距离（键长）、近邻分子之间连线与连线的夹角（键角）精确地相等，无沦远近都表现出严格的有序，图7-7（b ）所示是非晶态的情况，其键长和键角虽不像晶体中那样严格相等，但也相差不大，所以在小范围内分子的位置还是有较强的关联的，即“短程有序”。但这种局域关联随着距离增大而急剧衰减，离得远的分子间就没有什么关联了，这说明了存非晶态中的“长程无序”。如果把图（a ）大部分遮去，只留下一角，你可以很容易地恢复全图；而对图（b ）来说，就不可能再恢复原样了。这就是长程有序与 无序的区别。 图7-7 非晶态研究是近年来固体物理和理沦物理中比较活跃的领域之一。非晶态半导体在太阳能电池、复印材料、存储器件等方面有广泛的应用；金属坡璃具有一般金属的高强度和比一般金属好的弹性和较高的电阻率，且具有优异的防辐照性能，使它在宇航、核反应堆、受控热核反应中有特殊的应用前景。 2．固体与液体的微观结构和性质的比较 微观结构宏观表现相同不同共同点不同点固体 （晶 体）分子间距离约为r 0，分分子排列整齐，有确定的平衡位置有一定的体积，不易被 压缩 无流动性各向异性第七章 固体结构与性质
第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质
固体的结构和性质(精)
无机化学第四版第七章思考题与习题答案
物质结构与性质知识点总结
固体物理的重点和难点
第七章固体液体与气体的性质
第七章固体、液体和气体的性质参考资料