【正文】 可將其歸入分子鍵。金屬鍵無(wú)飽和性和方向性。共價(jià)鍵有飽和性和方向性。離子鍵無(wú)飽和性和方向性。X值小的原子易失電子形成正離子，X值大的原子易得電子形成負(fù)離子。 原子的X越大，越易得到電子，X 大于2，呈非金屬性； 原子的X越小，越易失去電子，X小于2，呈金屬性。分子鍵：分子間較弱的相互作用力。 ⑤TiO2（金紅石）晶體是由兩套Ti4+離子四方原始格子和四套O2離子四方原始格子穿插而成?！　　　　　　? CsCl晶體結(jié)構(gòu) ③立方ZnS（閃鋅礦）晶體是由一套S2離子立方面心格子和一套Zn2+離子立方面心格子穿插而成。晶胞種類(lèi)
等同點(diǎn)在晶胞的位置
立方晶胞
原始式
體心式
面心式
六方晶胞
底心式
三方晶胞
原始式
四方晶胞
原始式
體心式
斜方晶胞
原始式
體心式
面心式
底心式
單斜晶胞
原始式
體心式
三斜晶胞
原始式
如：①NaCl晶體是由一套Na+離子立方面心格子和一套Cl離子立方面心格子穿插而成。四、空間格子的類(lèi)型：（14種布拉維空間格子） 以等同點(diǎn)為基準(zhǔn)取晶胞，根據(jù)七大晶系，晶胞的形狀共有7種。 高級(jí)晶族：立方晶系（等軸晶系） 中級(jí)晶族：六方晶系、三方晶系（菱方晶系）、四方晶系（正方晶系） 低級(jí)晶族：斜方晶系（正交晶系）、單斜晶系、三斜晶系三、 晶胞 晶胞是晶體中重復(fù)出現(xiàn)的最小結(jié)構(gòu)單元，它包含了整個(gè)晶體的特點(diǎn)。晶體的性質(zhì)： 結(jié)晶均一性、各向異性、自限性、對(duì)稱(chēng)性、最小內(nèi)能性。 CsCl晶體有2套空間格子，Cs+ 離子和Cl離子各構(gòu)成一套空間格子。 晶體中有幾套空間格子就有幾套等同點(diǎn)，判斷晶體中有幾套空間格子的方法是看晶體中有幾套等同點(diǎn)。 實(shí)際晶體中化學(xué)組成相同、結(jié)晶化學(xué)環(huán)境相同的質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一套等同點(diǎn)。 實(shí)際晶體是由組成晶體的離子或原子去占據(jù)一套或幾套穿插在一起的空間格子的結(jié)點(diǎn)位置而構(gòu)成。 陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)：空間點(diǎn)陣中的幾何點(diǎn)稱(chēng)為陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)?！　? NaCl的晶胞結(jié)構(gòu)空間點(diǎn)陣（空間格子） 在三維空間按周期性重復(fù)排列的幾何點(diǎn)的集合稱(chēng)為空間點(diǎn)陣（空間格子）。不具備這一特征的物體就不是晶體。 第一節(jié) 幾何結(jié)晶學(xué)基本概念一、 晶體的定義定義　　晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的固體，是具有格子構(gòu)造的固體。從這些基本原理出發(fā)，介紹了描述晶體結(jié)構(gòu)的方法，包括： i 從幾何結(jié)晶學(xué)角度——空間格子 ii 從球體堆積角度——負(fù)離子做堆積，正離子填充空隙 iii 用鮑林規(guī)則分析——多面體堆積 iv 取晶胞，晶胞中質(zhì)點(diǎn)的具體位置 以通過(guò)這些方法掌握NaCl型、CsCl 型、閃鋅礦型、螢石型、剛玉型的晶體結(jié)構(gòu)，并了解纖鋅礦型、金紅石型、碘化鎘CdI2型、鈣鈦礦型和尖晶石型結(jié)構(gòu)。所以，本章主要研究晶體的組成、空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系。 晶體所具有的性質(zhì)是由晶體中質(zhì)點(diǎn)排列方式所決定，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，性質(zhì)隨之發(fā)生變化。例如 ，TiO2光催化材料可以在太陽(yáng)光的照射下降解污染物，TiO2有金紅石、銳鈦礦、板鈦礦等幾種晶體結(jié)構(gòu)，銳鈦礦型TiO2材料的光催化性能優(yōu)于金紅石型；陶瓷行業(yè)中常用的粘土，由于晶體結(jié)構(gòu)不同，工藝性能也表現(xiàn)出很大的差異；α－Al2O3是良好的絕緣材料，而β－Al2O3可作為電池中的電解質(zhì)以離子導(dǎo)電的方式傳遞電荷。 第一章 晶體 無(wú)機(jī)非金屬材料所用原料及其制品大多數(shù)是以結(jié)晶狀態(tài)存在的物質(zhì)。某些習(xí)題是課堂授課內(nèi)容的延伸。所以要求同學(xué)們課上做好筆記，課下多看參考書(shū)。 材料科學(xué)基礎(chǔ)是一門(mén)新興學(xué)科，有些理論尚不成熟。 材料科學(xué)基礎(chǔ)是以物理、化學(xué)、物化等學(xué)科的知識(shí)為基礎(chǔ)。應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行綜合考慮。 學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)思維方式的兩個(gè)轉(zhuǎn)變： 從微觀結(jié)構(gòu)的角度考慮問(wèn)題 如：擴(kuò)散 原 高濃度—低濃度 現(xiàn) 為什么在不同的物質(zhì)中擴(kuò)散速度不同—結(jié)構(gòu)決定 建立工程意識(shí) 科學(xué)教育—是與非； 工程教育—是否可行、是否有效、是否最優(yōu)。該課程是后續(xù)工藝課的理論基礎(chǔ)課，同樣也是今后指導(dǎo)實(shí)際工作，進(jìn)行理論研究的理論基礎(chǔ)。至于如何具體從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)這些，則屬于工藝課的范疇。如:壓電陶瓷（PbTiO3系)、熱敏陶瓷、陶瓷基片、光電陶瓷、生物陶瓷、超導(dǎo)材料、核燃料、磁性材料、化學(xué)電池（βAl2O3)材料等。如：陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的部件、切削工具、耐磨軸承、火箭燃?xì)鈬娮?、各種密封環(huán)（石墨）、能承受超高溫作用的結(jié)構(gòu)部件。 傳統(tǒng)材料主要包括陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、磨料、磚瓦等。 從材料形態(tài)上看：不僅包括塊體材料，還包括粉體材料、纖維材料、晶須材料和薄膜材料。 從物質(zhì)結(jié)構(gòu)上看：可以包括單晶體、多晶體或無(wú)定形體?！　o(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用是顯而易見(jiàn)。 本課程研究的對(duì)象是無(wú)機(jī)非金屬材料。新材料已成為各個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域的突破口。無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ) 概論一. 研究對(duì)象及學(xué)習(xí)目的 自古以來(lái),材料的發(fā)展一直是人類(lèi)文明的里程碑。材料、能源、信息被公認(rèn)為是現(xiàn)代文明的三大支柱。 材料主要包括：金屬材料、有機(jī)材料、無(wú)機(jī)非金屬材料。 無(wú)機(jī)非金屬材料的最大特點(diǎn)是耐高溫、耐腐蝕，這些特點(diǎn)是其它材料無(wú)法比擬的。 研究的對(duì)象是“無(wú)機(jī)非金屬材料”， 從化學(xué)組成上看：包含硅酸鹽，和各種氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、氟化物等。 本專(zhuān)業(yè)主要研究多晶、多相無(wú)機(jī)非金屬材料，也可稱(chēng)為“陶瓷。 從所屬的工業(yè)產(chǎn)品來(lái)看：可分為傳統(tǒng)材料和現(xiàn)代陶瓷，所屬的工業(yè)產(chǎn)品涉及各個(gè)領(lǐng)域。 現(xiàn)代陶瓷按其功能又可分為兩大部分： 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷：能在高溫條件下承受各種機(jī)械作用的陶瓷材料。 功能陶瓷：具有聲、光、電、磁、熱等功能的陶瓷制品。 我們學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)的目的是：從理論上定性的了解無(wú)機(jī)非金屬材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系和變化規(guī)律，了解控制材料性能的基本和共性規(guī)律。 分為四大部分： 材料的結(jié)構(gòu)： 晶體結(jié)構(gòu) 晶體缺陷 玻璃體和熔體 固體表面 過(guò)程熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)：熱力學(xué)應(yīng)用 相圖 相圖的熱力學(xué)推導(dǎo) 擴(kuò)散 相變 材料制備原理：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu) 坯料制備與成型的理論基礎(chǔ) 固相反應(yīng) 燒結(jié) 材料的制備 實(shí)驗(yàn)： 包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和選作實(shí)驗(yàn)兩部分，獨(dú)立設(shè)課 材料科學(xué)基礎(chǔ)對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料的性能及生產(chǎn)過(guò)程中的一些共性問(wèn)題從理論上做了系統(tǒng)的討論。其重要性顯而易見(jiàn)。談到某一因素的影響時(shí)既有有利一面又有不利一面?！　〔牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)研究無(wú)機(jī)非金屬材料的共性問(wèn)題，是一門(mén)新興學(xué)科，一些理論和學(xué)說(shuō)仍在發(fā)展之中，這使我們更容易了解這些理論和學(xué)說(shuō)建立的過(guò)程，從中可學(xué)習(xí)到材料科學(xué)的一些研究方法和研究思路。要求在學(xué)習(xí)過(guò)程中及時(shí)復(fù)習(xí)所涉及到的有關(guān)內(nèi)容。在某些問(wèn)題上不同學(xué)派存在不同觀點(diǎn)，為了廣泛了解這些觀點(diǎn)授課內(nèi)容不只限于選用教材。 為了加強(qiáng)同學(xué)們獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力，習(xí)題的選擇有一定的難度。希望能獨(dú)立、認(rèn)真地完成，以收到良好的學(xué)習(xí)效果。然而不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的性質(zhì)。 人們對(duì)晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形的特征開(kāi)始的，1912年X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)的成功，使人們對(duì)晶體的研究從晶體的外部進(jìn)入到了晶體的內(nèi)部，使得對(duì)晶體的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的變化。然而晶體結(jié)構(gòu)又取決于晶體的化學(xué)組成，組成晶體的質(zhì)點(diǎn)不同意味著質(zhì)點(diǎn)間鍵的作用形式和排列方式發(fā)生改變。　　本章主要介紹了幾何結(jié)晶學(xué)、晶體化學(xué)的基本概念和原理。在此基礎(chǔ)上，了解晶體的組成、空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系。　　晶體的這一定義表明，不論晶體的組成如何不同，也不論其表觀是否具有規(guī)則的幾何外形，晶體的共同特征是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間按周期性的重復(fù)排列?！　∫訬aCl晶體為例。空間點(diǎn)陣（空間格子）中的結(jié)點(diǎn)是抽象的幾何點(diǎn)并非實(shí)際晶體中的質(zhì)點(diǎn)。 等同點(diǎn)：同一套空間格子中的結(jié)點(diǎn)叫等同點(diǎn)。實(shí)際晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是有實(shí)際內(nèi)容的原子或離子。所謂結(jié)晶化學(xué)環(huán)境相同是指質(zhì)點(diǎn)周?chē)谙嗤轿簧想x開(kāi)相同距離有相同的質(zhì)點(diǎn)。 NaCl晶體有2套空間格子，Na+ 離子和Cl離子各構(gòu)成一套空間格子。 CaF2 晶體有3套空間格子,Ca2+離子構(gòu)成一套空間格子；F離子有兩套空間格子。二、晶系： 根據(jù)晶體的對(duì)稱(chēng)性，將晶體分為三大晶族、七大晶系。對(duì)應(yīng)于七大晶系，晶胞形狀有七種。 等同點(diǎn)在晶胞的位置可以有以下幾種： ：等同點(diǎn)占據(jù)晶胞的各個(gè)角頂 ：等同點(diǎn)占據(jù)晶胞的各個(gè)角頂和體心 ：等同點(diǎn)占據(jù)晶胞的各個(gè)角頂和面心 ：等同點(diǎn)占據(jù)晶胞的各個(gè)角頂和上下底面中心 根據(jù)某一套等同點(diǎn)為基準(zhǔn)所取晶胞的形狀和該套等同點(diǎn)在晶胞中的位置可以判斷該套等同點(diǎn)構(gòu)成的空間格子類(lèi)型，共有十四種空間格子類(lèi)型，通常稱(chēng)為十四種布拉維空間格子（布拉維空間點(diǎn)陣）。 ②CsCl晶體是由一套Cl離子立方原始格子和一套Cs+離子立方原始格子穿插而成。 ④CaF2（螢石）晶體是由一套Ca2+離子立方面心格子和兩套F離子立方面心格子穿插而成。第二節(jié) 晶體化學(xué)基礎(chǔ)一、晶體中鍵的形式：1. 典型鍵型化學(xué)鍵：原子或離子結(jié)合成為分子或晶體時(shí)，相鄰原子或離子間的強(qiáng)烈的吸引作用稱(chēng)為化學(xué)鍵。 電負(fù)性（X）可衡量電子轉(zhuǎn)移的情況，因而可用來(lái)判斷化學(xué)鍵的鍵型。化學(xué)鍵的類(lèi)型： 離子鍵：凡是X值相差大的不同種原子作用形成離子鍵。如：堿土金屬與氧原子結(jié)合。 共價(jià)鍵：凡是X值較大的同種或不同種原子組成共價(jià)鍵。 金屬鍵：凡是X值都較小的同種或不同種原子組成金屬鍵，被給出的電子形成自由電子氣，金屬離子浸沒(méi)其中。分子鍵的類(lèi)型： 范德華鍵：分子間由于色散、誘導(dǎo)、取向作用而產(chǎn)生的吸引力的總和?！滏I鍵鍵力 范德華鍵鍵力 一般的情況下各種鍵的強(qiáng)度順序如下： 共價(jià)鍵最強(qiáng)，離子鍵很強(qiáng)，金屬鍵較強(qiáng)，三種化學(xué)鍵的鍵力遠(yuǎn)大于分子鍵，分子鍵中氫鍵的鍵力大于范德華鍵。如：SiO鍵（共價(jià)鍵和離子鍵成份各占50%）。當(dāng)引力=斥力時(shí)處于平衡，平衡間距r=r0。對(duì)于存在于離子晶體中的離子，它有確定的離子半徑?！　∏蝮w的堆積傾向于最緊密方式堆積。其密排面//（0001） ②立方最緊密堆積：ABCABC……（ACBACB……） 每三層重復(fù)一次，球體分布方式與立方面心格子相對(duì)應(yīng)，堆積體中有一套立方面心格子。 密堆率（堆積系數(shù)）：晶胞中含有的球體體積與晶胞體積之比。 最緊密堆積體中是有空隙的，空隙類(lèi)型有： ①四面體空隙：處于四個(gè)球體包圍之中的空隙，四個(gè)球體中心連線形成一個(gè)四面體。 空隙半徑（空隙中內(nèi)切球半徑）：八面體四面體 有n個(gè)球體作最緊密堆積： ①每個(gè)球周?chē)兴拿骟w空隙8個(gè)，每個(gè)四面體空隙為4個(gè)球共有，每個(gè)球占有四面體空隙數(shù)8*1/4=2 ②每個(gè)球周?chē)邪嗣骟w空隙6個(gè)，每個(gè)八面體空隙為6個(gè)球共有，每個(gè)球占有八面體空隙數(shù)6*6/1=1 n個(gè)球體作最緊密堆積的堆積體中，有2 n個(gè)四面體空隙，有n個(gè)八面體空隙。球體分布方式與立方原始格子相對(duì)應(yīng)，密堆率為52%。同理可知，n個(gè)球做簡(jiǎn)單立方堆積有n個(gè)立方體空隙?！　≡陔x子晶體中，負(fù)離子一般較大，負(fù)離子通常作最緊密堆積，正離子較小，填充于堆積體的四面體空隙或八面體空隙中，如果正離子太大，八面體空隙也填不下，則要求負(fù)離子改變堆積方式，作簡(jiǎn)單立方堆積，產(chǎn)生較大的立方體空隙，正離子填充于堆積體的立方體空隙中。 如：NaCl ：n個(gè)Cl離子做立方最緊密堆積，產(chǎn)生n 個(gè)八面體空隙，Na+離子填充全部八面體空隙。 ZnS：S2做立方最緊密堆積，Zn2+填充一半的四面體空隙?！　〔坏葟角蝮w堆積達(dá)到的密堆率可以大于等徑球體的密堆率。 如：NaCl，Na+周?chē)?個(gè)Cl，則Na+的CN=6 配位數(shù)決定了配位多面體的形態(tài)。同理，當(dāng)R+/ R=， 正離子恰好填入四面體空隙，此時(shí)正離子的配位數(shù)為4。 實(shí)際上，離子晶體中的R+/ R很少恰好是這些數(shù)值， 當(dāng)R+/ R在兩臨界值之間時(shí)，配位數(shù)取下限值。　　3. 離子的極化對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響 在外電場(chǎng)作用下離子被極化，產(chǎn)生偶極矩。 極化率（極化系數(shù)）α：離子被極化的難易程度（α越大，變形程度越大；α越小，變形程度越?。? 極化力β：離子極化其它離子的能力，主極化。而且α也大，總的極化作用大大加強(qiáng)，晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型可能因此而改變。 數(shù)量關(guān)系：正負(fù)離子的比例，如：NaCl中為1:1（兩套立方面心格子），CaF2中為1:2（三套立方面心格子） 大小關(guān)系：NaCl中，R+/R=，CN=6?！　O