1、1. 晶體及其特征晶體：晶體是內(nèi)部質(zhì)點在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體，即晶體是具有格子構(gòu)造的固體。特征：1) 自范性:晶體具有自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體外形能力的性質(zhì),又稱為自限性.2) 均一性:指晶體在任一部位上都具有相同性質(zhì)的特征.3) 各向異性:在晶體的不同方向上具有不同的性質(zhì).4) 對稱性:指晶體的物理化學(xué)性質(zhì)能夠在不同方向或位置上有規(guī)律地出現(xiàn),也稱周期性.5) 最小內(nèi)能和最大穩(wěn)定性2. 晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣n 晶體格子：把晶體中質(zhì)點的中心用直線聯(lián)起來構(gòu)成的空間格架即晶體格子，簡稱晶格。n 結(jié)點：質(zhì)點的中心位置稱為晶格的結(jié)點。n 晶體點陣：由這些結(jié)點構(gòu)成的空間總體稱為晶體點陣（空間格

2、子或空間點陣）。結(jié)點又叫陣點。點陣中結(jié)點僅有幾何意義，并不真正代表任何質(zhì)點。晶體中質(zhì)點排列具有周期性和對稱性 晶體的周期性：整個晶體可看作由結(jié)點沿三個不同的方向按一定間距重復(fù)出現(xiàn)形成的，結(jié)點間的距離稱為該方向上晶體的周期。同一晶體不同方向的周期不一定相同。可以從晶體中取出一個單元，表示晶體結(jié)構(gòu)的特征。取出的最小晶格單元稱為晶胞。晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中取出來的反映晶體周期性和對稱性的重復(fù)單元。3. 晶胞與晶胞參數(shù)晶胞晶體中的重復(fù)單元，平行堆積可充滿三維空間，形成空間點陣n 晶胞類型 ：q 固體物理學(xué)原胞：僅反映周期性最小的q 結(jié)晶學(xué)原胞：反映周期性和對稱性， 不一定是最小的。n 不同晶體的差別：不同

3、晶體的晶胞，其形狀、大小可能不同；圍繞每個結(jié)點的原子種類、數(shù)量、分布可能不同。選取結(jié)晶學(xué)晶胞的原則：1. 單元應(yīng)能充分表示出晶體的對稱性；2. 單元的三條相交棱邊應(yīng)盡量相等，或相等的數(shù)目盡可能地多；3. 單元的三棱邊的夾角要盡可能地構(gòu)成直角；4. 單元的體積應(yīng)盡可能地小。二、晶體結(jié)構(gòu)的定量描述 晶面指數(shù)、晶向指數(shù)n 晶面、晶向及其表征q 晶面：晶體點陣在任何方向上分解為相互平行的結(jié)點平面稱為晶面，即結(jié)晶多面體上的平面。q 晶向：點陣可在任何方向上分解為相互平行的直線組，位于一條直線上的結(jié)點構(gòu)成一個晶向。1. 晶面、晶向及其表征n 晶面：晶體點陣在任何方向上可分解為相互平行的結(jié)點平面，這樣的結(jié)點

4、平面稱為晶面。q 晶面上的結(jié)點，在空間構(gòu)成一個二維點陣。q 同一取向上的晶面，不僅相互平行、間距相等，而且結(jié)點的分布也相同。不同取向的結(jié)點平面其特征各異。 q 任何一個取向的一系列平行晶面，都可以包含晶體中所有的質(zhì)點。n 晶面指數(shù)：結(jié)晶學(xué)中經(jīng)常用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個坐標(biāo)軸（晶軸）上截距的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)比。n 晶面族：晶體結(jié)構(gòu)中原子排列狀況相同但不平行的兩組以上的晶面，構(gòu)成一個晶面族。常存在對稱性高的晶體（如立方晶系）中。n 晶面族指數(shù)（符號）：通常用晶面族中某個最簡便的晶面指數(shù)填在大括號 內(nèi)，稱為晶面族指數(shù)，用符號hkl表示。q 將hkl中的

5、77;h、±k、±l，改變符號和順序，進(jìn)行任意排列組合，就可構(gòu)成這個晶面族所包括的所有晶面的指數(shù)。n 同一晶面族各平行晶面的面間距相等。n 晶向：點陣可在任何方向上分解為相互平行的直線組，結(jié)點等距離地分布在直線上。位于一條直線上的結(jié)點構(gòu)成一個晶向。 同一直線組中的各直線，其結(jié)點分布完全相同，故其中任何一直線，可作為直線組的代表。不同方向的直線組，其質(zhì)點分布不盡相同。 任一方向上所有平行晶向可包含晶體中所有結(jié)點，任一結(jié)點也可以處于所有晶向上。n 晶向指數(shù)：用uvw來表示。其中u、v、w三個數(shù)字是晶向矢量在參考坐標(biāo)系X、Y、Z軸上的矢量分量經(jīng)等比例化簡而得出。晶向指數(shù)的確定：將

6、坐標(biāo)原點選在OP的任一結(jié)點O點，把OP的另一結(jié)點P的坐標(biāo)經(jīng)等比例化簡后按X、Y、Z坐標(biāo)軸的順序?qū)懺诜嚼ㄌ?內(nèi)，則uvw即為OP的晶向指數(shù)。n 晶向族：晶體中原子排列周期相同的所有晶向為一個晶向族，用uvw表示。 同一晶向族中不同晶向的指數(shù)，數(shù)字組成相同。 已知一個晶向指數(shù)后，對±u、±v、±w進(jìn)行排列組合，就可得出此晶向族所有晶向的指數(shù)。如111晶向族的8個晶向指數(shù)代表8個不同的晶向；110晶向族的12個晶向指數(shù)代表12個不同的晶向。2. 六方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)六方晶系的晶胞是邊長為a，高為c的六方棱柱體。n 四軸定向：晶面符號一般寫為（hkil），指數(shù)的排

7、列順序依次與a軸、b軸、d軸、c軸相對應(yīng)，其中a、b、d三軸間夾角為120o，c軸與它們垂直。它們之間的關(guān)系為：i=（hk）。n 晶向指數(shù)和晶向族指數(shù)分別用uvtw和uvtw來表示。其中t=（uv）。3. 晶向與晶面的關(guān)系在立方晶系中，同指數(shù)的晶面和晶向之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，即同指數(shù)的晶向與晶面相互垂直，也就是說hkl晶向是（hkl）晶面的法向。晶面間距與晶面指數(shù)的關(guān)系：2.2 1）離子鍵n 離子鍵實質(zhì) 離子鍵：由正、負(fù)離子依靠靜電庫侖力而產(chǎn)生的鍵合。 離子晶體：質(zhì)點之間主要依靠靜電庫侖力而結(jié)合的晶體。 典型離子晶體：第I族堿金屬元素和第VII族鹵族元素結(jié)合成的晶體，如NaCl，CsCl等。

8、n 離子鍵特性 a) 無方向性 離子核外電荷分布為球形對稱，因此在各方向上都可與相反電荷離子相吸引。 b) 無飽和性 一個離子可以同時和幾個異號離子相結(jié)合。n 離子晶體性質(zhì) 1) 離子鍵結(jié)合力很大，故離子晶體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，反映在宏觀性質(zhì)上，離子晶體的熔點高，硬度大，熱膨脹系數(shù)小; 2) 離子晶體若發(fā)生相對移動，將失去電平衡，離子鍵被破壞，故離子晶體多為脆性; 3) 離子鍵中很難產(chǎn)生可以自由運(yùn)動的電子，則離子晶體都是很好的絕緣體; 4) 大多數(shù)離子晶體對可見光透明，在遠(yuǎn)紅外區(qū)有一特征吸收峰紅外光譜特征。 2) 共價鍵n 共價鍵實質(zhì) 共價鍵：原子之間通過共用電子對或通過電子云重疊而產(chǎn)生的鍵合。 共

9、價晶體或原子晶體：靠共價鍵結(jié)合的晶體。 典型的共價晶體：第IV族元素C（金剛石），Si，Ge，Sn（灰錫）等的晶體，屬金剛石結(jié)構(gòu)。n 共價鍵特性 有飽和性 有方向性 ） 金屬鍵n 金屬鍵實質(zhì) 金屬鍵：是元素失去最外層電子（價電子）后變成帶正電的離子和自由電子組成的電子云之間的靜電庫侖力而產(chǎn)生的結(jié)合。 金屬晶體：靠金屬鍵結(jié)合的晶體。 典型金屬晶體：第I、II族及過渡金屬元素的晶體。n 金屬鍵特性 無方向性 無飽和性金屬元素最外層電子一般為12個，組成晶體時每個原子的最外層電子都不再屬于某個原子，而為所有原子所共有，因此可以認(rèn)為在結(jié)合成金屬晶體時，失去了最外層電子的正離子“沉浸”在由價電子組成的電

10、子云中。 金屬鍵結(jié)合力主要是正離子和電子云之間的靜電庫侖力，對晶體結(jié)構(gòu)沒有特殊的要求，只要求排列最緊密，這樣勢能最低，結(jié)合最穩(wěn)定。 4）范德華鍵（分子鍵）n 分子鍵實質(zhì) 范德華鍵（分子鍵）：是通過“分子力”而產(chǎn)生的鍵合。 分子力包括三種力：a) 定向作用力（葛生力 ，Keesen force ）極性分子中的固有偶極矩產(chǎn)生的力；b) 誘導(dǎo)作用力（德拜力，Debye force ）感應(yīng)偶極矩產(chǎn)生的力，即極性分子和非極性分子之間的作用力；c) 色散作用力（倫敦力，London force ）非極性分子中的瞬時偶極矩產(chǎn)生的力n 分子晶體性質(zhì) 分子晶體結(jié)合力很小，在外力作用下，易產(chǎn)生滑動并造成很大變形，

11、所以分子晶體熔點、硬度都很低。5）氫鍵 氫鍵：氫原子同時和兩個電負(fù)性很大而原子半徑較小的原子（O，F(xiàn)，N等）相結(jié)合所形成的鍵，是一種特殊形式的物理鍵，也具有飽和性。（2） 晶體中鍵的表征實際晶體中的鍵合作用可用鍵型四面體表示 ：四面體頂點代表單一鍵合，邊棱上的點代表由兩種鍵共同結(jié)合，側(cè)面上的點表示由三種鍵共同結(jié)合，四面體內(nèi)任意一點由四種鍵共同結(jié)合。 （2）晶體中鍵型的估算元素的電負(fù)性：元素的原子在形成價鍵時吸引電子成為負(fù)離子傾向大小的度量，表征了原子對電子的吸引能力。 有：x I+E 或 x k（I+E）式中 x元素的電負(fù)性； I元素的原子失去一個電子成為正離子時所需消耗的 能量（為正值），稱

12、為元素的電離能； E元素的原子獲得一個電子成為負(fù)離子時所放出的能 量（為負(fù)值），稱為元素的電子親和能； k比例系數(shù)。 兩種元素的原子相互結(jié)合時： x大：獲得電子的傾向大，即易于形成負(fù)離子； x小：獲得電子的傾向小，即易于形成正離子。 所以元素的電負(fù)性可表示元素的原子獲得電子的傾向性的相對大小。 如果A、B兩元素相結(jié)合，其中一個電負(fù)性大，一個電負(fù)性小，即x大，則傾向于形成離子鍵。而x小時，則傾向于形成共價鍵，其中 x xAxB。 可用以下經(jīng)驗公式計算由A、B兩元素組成的晶體的化學(xué)鍵中離子鍵的百分?jǐn)?shù)： 離子鍵%1exp - (xAxB)2 式中： xA 、 xB 分別為A、B元素的電負(fù)性值。 離子

13、鍵 > 50: 離子晶體 離子鍵 50: 極性共價晶體（如SiO2） 離子鍵 < 50: 原子晶體2. 離子晶體與晶格能 晶格能概念對了解離子晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)非常重要。 （1）晶格能的概念 晶格能：拆散1mol離子晶體使其離子呈氣體狀態(tài)時所需要的能 量。單位：J/mol （2）晶格能的意義 1) 判斷晶體與鍵強(qiáng)有關(guān)的性能 晶格能：熔點 ， 硬度， 熱膨脹系數(shù) 2) 判斷晶體的穩(wěn)定性晶格能：晶體的穩(wěn)定性 晶格能可通過實驗測定和理論計算來求得。（3）晶格能的實驗測定根據(jù)熱力學(xué)原理，利用熱化學(xué)中的赫斯（Hess）定理和化學(xué)反應(yīng)熱、汽化熱、離解熱、電離能、電子親和能等實測數(shù)據(jù)，通過 波恩（ Born ） 哈勃循環(huán)（ Haber ）來求得晶格能。有：則：（4）晶格能的理論計算 把晶格拆散所需消耗的能量也就是把其化學(xué)鍵拆散所消耗的能量，則晶格能與鍵能的數(shù)值相等，但符號相反。 即有： EL（晶格能拆散晶格）u（鍵能形成晶格） 離子