【正文】 內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 第八章 晶體結(jié)構(gòu)與晶體材料 Chapter 8. Crystalline Structure amp。 Crystalline Materials 結(jié)構(gòu)化學(xué)精品課程 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 目錄 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 金屬晶體的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 離子晶體的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用 共價(jià)鍵型晶體、分子型晶體和混合鍵型晶體 1 2 3 4 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 【 教學(xué)要求 】 1．初步了解固體的能帶理論，了解常見能帶的類型 2．掌握晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理及常見幾種堆積形式對應(yīng)的晶胞的點(diǎn)陣形式、晶胞參數(shù)與球半徑的關(guān)系、配位數(shù)、空間利用率的計(jì)算 3．了解金屬晶體的堆積型式，金屬的原子半徑 4．掌握金屬鍵的本質(zhì) 5．了解合金的分類和性質(zhì) 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 6．掌握離子鍵與離子晶體的結(jié)構(gòu)特性 7．掌握幾種典型的離子化合物的點(diǎn)陣型式 8．掌握晶格能的定義，影響晶格能的因素 9．掌握離子極化和鍵型變異等概念，學(xué)會(huì)用離子極化和鍵型變異解釋一些離子晶體的性質(zhì) 10．掌握晶體的化學(xué)定律 11．掌握共價(jià)鍵型晶體的結(jié)構(gòu)特征，共價(jià)鍵型晶體金剛石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 【 教學(xué)重難點(diǎn) 】 重點(diǎn)：幾種堆積形式對應(yīng)的晶胞的點(diǎn)陣形式 難點(diǎn)：幾種典型的離子化合物的點(diǎn)陣型式 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 一、晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論 1. 金屬鍵的自由電子理論模型 外層價(jià)電子在整個(gè)金屬中運(yùn)動(dòng) , 類似于三維勢箱中運(yùn)動(dòng)的粒子 . 其 Schrodinger方程為： VEm x y z? ? ?? ? ? ? ?? ? ?2 2 2 22 2 2[ ( ) ]2 ??V ? 0 （自由電子模型） Em x y z???? ? ? ?? ? ?2 2 2 22 2 2()2??? ?結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 解此方程求得： yx znynx nzx y za b c a b c? ? ?8( , , ) s in s in s in?? ??a b c l? ? ? 3 / 22( ) s i n s i n s i nyx znynx nzl l l l?? ???22222 ()8 x y zhE n n nml? ? ?結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 電子由局限某個(gè)原子周圍運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展到整個(gè)金屬運(yùn)動(dòng) , 能量降低 , 這就是金屬鍵的起源 . 金屬的很多性質(zhì)可由此得到解釋 . 金屬鍵的強(qiáng)弱 , 可從原子化熱中得到反映 . 自由電子模型完全忽略電子間的相互作用 , 也忽略了原子實(shí)形成的周期勢場對自由電子的作用 , 處理結(jié)果當(dāng)然與真實(shí)金屬有差距 , 后來發(fā)展了“近自由電子模型” , 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 2. 金屬鍵的能帶理論 能帶理論可以看成是多原子分子軌道理論的極限情況 , 由分子軌道的基本原理可以推知 , 隨著參與組合的原子軌道數(shù)目的增多 , 能級間隔減小 , 能級過渡到能帶 . 將整塊金屬當(dāng)作一個(gè)巨大的超分子體系 , 晶體中 N個(gè)原子的每一種能量相等的原子軌道 , 通過線性組合 , 得到 N個(gè)分子軌道 .它是擴(kuò)展到整塊金屬的離域軌道 .由于 N 的數(shù)值很大（～ 1023數(shù)量級） , 得到的分子軌道間的能級間隔極小 , 形成一個(gè)能帶 . 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 分 子 軌 道 能 級 演 變 成 能 帶 的 示 意 圖 金屬鍵起源于金屬原子的價(jià)電子公有化于整個(gè)金屬大分子，在典型的金屬中，根本沒有定域的雙原子鍵，在形成金屬鍵時(shí)，電子由原子能級進(jìn)入晶體能級 (能帶 )形成了離域的Ｎ中心鍵，高度的離域，使體系的能量下降較大，從而形成了 — 種強(qiáng)烈的吸引作用。這就是 金屬鍵的本質(zhì) 。 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 單價(jià)金屬 Na的能帶結(jié)構(gòu) 導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征是具有導(dǎo)帶． Na的能帶結(jié)構(gòu) : 1s、2s、 2p能帶都是 滿帶 ，而 3s能帶中只填充了其中 N／ 2個(gè)軌道，是部分填充電子的能帶，即導(dǎo)帶． 3s 2p 2s 1s 滿帶 禁帶 導(dǎo)帶 空帶 Na:1s22s2p63s1 價(jià)帶 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 3s與 3p 金屬 Mg的能帶結(jié)構(gòu) Mg的 3s能帶雖已填滿，但與 3p空帶重疊，總體看來也是導(dǎo)帶． Mg:1s22s2p63s2 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 ?gE 5eV3 eVgE 滿帶 空帶 滿帶 空帶 滿帶 空帶 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 二、晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理 等徑圓球的堆積 晶體的密堆積原理 所謂密堆積原理指原子、分子、離子總是趨向于相互之間彼此配位數(shù)高空間利用率大的那些堆積。 (1) A1和 A3型最密堆積 堆積方式 立方 F 六方 H ABCABC ABABAB A1 A3 最密堆積 : A1 A3 密堆積 : A2 A4 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 等徑圓球密置三層 : 1. Hexagonal close packing hcp ABAB Type A3 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 2. Cubic close packing ccp, ABCABC Type A1 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 這兩種最密堆積是金屬單質(zhì)晶體的典型結(jié)構(gòu) . （ 2） ABABAB……, 即每兩層重復(fù)一次 , 稱為 A3 (或 A3)型 , 從中可取出 六方晶胞 。 （ 1） ABCABC……, 即每三層重復(fù)一次 , 這種結(jié)構(gòu)稱為 A1 (或 A1)型 , 從中可以取出 立方面心晶胞 。 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 紅 、 綠 、 藍(lán) 球是同一種原子，使用三種色球只是為了看清三層的關(guān)系 。 ① 立方最密堆積 (A1) 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 A1最密堆積形成立方面心 (cF)晶胞 垂直于密置層觀察 (俯視圖 ) 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 A1型密置面為 (111)面 , 晶胞中有四個(gè)球 , 1個(gè)球代表 1個(gè)結(jié)構(gòu)基元 . 分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為 : (0,0,0), (1/2,1/2,0), (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2) 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31 167。 晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論與密堆積原理 4個(gè)球體積 堆積系數(shù) (atomic packing factor, APF) 結(jié)構(gòu)化學(xué) 精品課程 ?上一頁 ?下一頁 ?回主目錄 ? 返回 上一頁 下一頁 回主目錄 返回內(nèi)江師范學(xué)院付孝錦 上一頁 下一頁 回主目錄 返回 2022/8/31