下载文档原格式
《晶体结构与性质》讲义一、晶体的定义与特征当物质内部的粒子（原子、分子或离子）在三维空间中呈现出周期性的有序排列时，我们就称这种物质为晶体。
晶体具有一些显著的特征。
首先，晶体具有规则的几何外形。
这是因为其内部粒子的有序排列决定了晶体在宏观上呈现出特定的形状。
其次，晶体具有固定的熔点。
当晶体受热时，温度升高到一定程度，晶体开始熔化，且在熔化过程中温度保持不变，直到完全熔化。
再者，晶体具有各向异性。
这意味着晶体在不同方向上的物理性质（如导电性、导热性、光学性质等）可能存在差异。
二、晶体结构的基本概念1、晶格为了描述晶体中粒子的排列规律，我们引入了晶格的概念。
晶格是由无数个相同的点在空间有规则地排列而成，这些点称为晶格点。
通过连接晶格点，可以得到晶格的框架。
2、晶胞晶胞是晶体结构中能够反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。
晶胞的形状和大小可以用三条棱边的长度 a、b、c 和它们之间的夹角α、β、γ来表示，这六个参数被称为晶胞参数。
3、原子坐标在晶胞中，原子的位置可以用原子坐标来表示。
通常以晶胞的某个顶点为原点，以晶胞的三条棱边为坐标轴，原子在晶胞中的位置可以用其在三个坐标轴上的分数坐标来确定。
三、常见的晶体结构类型1、离子晶体离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成。
典型的离子晶体如氯化钠（NaCl），钠离子和氯离子在空间交替排列。
离子晶体具有较高的熔点和沸点，硬度较大，在熔融状态或水溶液中能够导电。
2、原子晶体原子晶体中，原子之间通过共价键结合形成空间网状结构。
常见的原子晶体有金刚石和二氧化硅。
原子晶体具有很高的熔点和硬度，一般不导电。
3、分子晶体分子晶体中，分子之间通过分子间作用力（范德华力或氢键）结合。
例如干冰（固态二氧化碳）就是一种分子晶体。
分子晶体通常熔点和沸点较低，硬度较小。
4、金属晶体金属晶体由金属阳离子和自由电子通过金属键结合而成。
金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
四、晶体的性质1、光学性质晶体对光的折射、反射和吸收等性质与其内部结构密切相关。
《材料科学基础》总结及重点第一章 材料的结构与键合1、金属键、离子键、共价键、分子键（范德华力）、氢键的特点，并解释材料的一些性能特点。
2、原子间的结合键对材料性能的影响。
用金属键的特征解释金属材料的性能—①良好的延展性；②良好的导电、导热性；③具有金属光泽。
3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。
本章重要知识点： 1. 金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。
第二章 固体结构1、晶体与非晶体（在原子排列上的区别）2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七大晶系及各自的特点，布拉菲点阵（14种） 、晶格常数、晶胞原子数。
3、晶面指数、晶面族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八面体间隙、四面体间隙。
各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变（重结晶、多晶型性转变） 。
（1）指数相同的晶向.和晶面必然垂直。
如[111]⊥（111）（2）当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl ）时，则必然满足晶带定理：h ·w+k ·v+l ·w =04、能绘出三维的体心、面心立方和密排六方晶胞，根据原子半径计算出金属的体心和面心立方晶胞的晶胞常数。
三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）；即：bcc 、fcc 、hcp 的晶格特征及变形能力（结合塑性变形一章的内容你必须知道常用金属材料的滑移面与滑移系的指数）。
给画出晶胞指出滑移面和滑移方向。
能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。
晶向和晶面指数的一些规律。
求晶面间距d （hkl ）、晶面夹角。
5、晶面间距：d （hkl ） 的求法：（1）立方晶系：222)(l k h ad hkl ++= （2）正交晶系：222)(1⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=c l b k a h d hkl （3）六方晶系：2222)()(341⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=c l a k hk h d hkl （4）四方晶系：2222)()/(/)(1c l a k h d hkl ++=以上公式仅适用于简单晶胞，复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。
08钢剪切强度引言：08钢是一种常用的结构钢，广泛应用于各个工业领域。
剪切强度是评价08钢材料力学性能的一个重要指标。
本文将对08钢剪切强度进行详细介绍，包括定义、影响因素、测试方法以及应用领域等方面的内容。
一、定义剪切强度是指材料在受到剪切力作用下抵抗变形和破坏的能力。
对于08钢而言，剪切强度可以理解为材料在受到外部剪切力时所能承受的最大力量。
二、影响因素1.材料的成分：08钢的成分对其剪切强度有着重要影响。
高含碳量和合金元素的08钢通常具有较高的剪切强度。
2.热处理工艺：热处理能够改变08钢的晶体结构和力学性能，从而对其剪切强度产生影响。
3.材料的状态：08钢的状态（固态、热处理后、冷却速率等）也会对其剪切强度产生一定的影响。
三、测试方法剪切强度的测试通常采用剪切试验机进行。
具体步骤如下：1.将08钢样品切割成标准的试样。
2.将试样固定在剪切试验机上。
3.施加剪切力，逐渐增加直至试样发生破坏。
4.记录试样破坏时所施加的剪切力，即为08钢的剪切强度。
四、应用领域08钢剪切强度的优良性能使其在各个领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.建筑工程：08钢常用于承受大型结构的剪切力，如桥梁、高层建筑等。
2.汽车制造：08钢在汽车制造中被广泛应用于车身结构和安全部件，以提高整车的强度和安全性。
3.机械制造：08钢常用于制造机械零部件，如轴承、齿轮等，以提高其耐磨性和耐久性。
4.航空航天：由于08钢的高强度和耐腐蚀性能，它常被用于飞机和火箭等航空航天器的结构件。
结论：本文对08钢剪切强度进行了详细的介绍，包括定义、影响因素、测试方法以及应用领域等方面。
剪切强度是评价08钢材料力学性能的重要指标，其优良的性能使得08钢在各个领域有着广泛的应用前景。
对于工程师和研究人员来说，了解和掌握08钢剪切强度的特性对于正确选择和应用该材料具有重要意义。
对于未来的研究方向，我们可以进一步深入研究08钢剪切强度的影响因素，以及开发出更高性能的08钢材料，以满足不断发展的工业需求。
必考点08 分子晶体共价晶体-题型一分子晶体的判断、结构和性质例1．（2022·高二课时练习）在海洋深处的沉积物中含有大量可燃冰，其主要成分是甲烷水合物。
甲烷水合物的结构可以看成是甲烷分子装在由水分子形成的“笼子”里。
下列说法正确的是A．甲烷分子和水分子的VSEPR模型都是正四面体形B．甲烷分子通过氢键与构成“笼子”的水分子相结合C．可燃冰属于分子晶体D．水分子的键角大于甲烷分子的键角例2．（2022·高二课时练习）图为冰晶体的结构模型，大球代表O，小球代表H。
下列有关说法正确的是A．冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构B．冰晶体具有空间网状结构，是共价晶体键形成冰晶体C．水分子间通过H OD．冰融化后，水分子之间的空隙增大例3．(2023·淄博高二检测)AB型化合物形成的晶体结构多种多样。
下图所示的几种结构所表示的物质最有可能是分子晶体的是()A．①① B．①① C．①① D．①①①①例4．(2023·烟台高二检测)下列说法正确的是()A ．分子晶体中一定存在分子间作用力，不一定存在共价键B ．水加热到很高的温度都难以分解与氢键有关C ．CO 2晶体是分子晶体，可推测SiO 2晶体也是分子晶体D ．HF 、HCl 、HBr 、HI 的熔沸点随着相对分子质量的增加依次升高例4．（2022秋·湖北宜昌·高三当阳一中校考期中）二茂铁【552(C H )Fe 】是由一个二价铁离子和2个环戊烯基负离子构成的。
熔点是173(℃在100℃时开始升华)，不溶于水，易溶于苯等非极性溶剂。
下列说法不正确的是A ．二茂铁属于分子晶体B ．55C H -中一定含π键C ．已知环戊二烯的结构式为，则其中仅有1个碳原子采取3sp 杂化 D ．在二茂铁结构中，55C H -与2Fe +之间形成的化学键类型是离子键【解题技巧提炼】1．分子晶体的判断方法(1)依据物质的类别判断：部分非金属单质、所有非金属氢化物、部分非金属氧化物、几乎所有的酸、绝大多数有机物都是分子晶体。
材料科学基础（B）考试试题（答案）一、名词解释（每小题5分，共20分）1、晶体、晶胞晶体：质点在三维空间作有序排列的固体晶胞：是晶体结构中的最小单元。
2、点缺陷、线缺陷点缺陷：亦称为零维缺陷，缺陷尺寸为原子大小数量级，包括空位、间隙原子、杂质原子和色心等。
线缺陷：亦称一维缺陷或位错，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，包括棱位错和螺形位错；3、硼反常现象硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同氧化硼一起熔融时，碱金属所提供的氧不象熔融玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼氧三角体转变为桥氧组成的硼氧四面体，致使玻璃从原来两度空间的层状结构转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。
这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反，所以称之为硼反常现象；4、烧结、固相反应烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这个过程叫烧结。
固态反应：固体直接参与反应并起化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用。
二、问答题1、影响置换型和间隙型固熔体形成的因素有那些?（10）答：（一）影响置换型固溶体形成的因素：（1）原子或离子半径：△r=（r1-r2）/r1<15%时形成连续固溶体；15%<△r <30%时形成有限固溶体；△r >30%时难于形成固溶体。
（2）晶体结构类型相同是形成是形成连续固溶体的必要条件。
（3）离子类型和化学键相同或相近容易形成固容体。
（4）电价要保持电中性。
（二）影响间隙型固溶体形成的因素：（1）杂质质点越小，易形成固溶体。
（2）晶体结构。
结构疏松易形成固溶体。
（3）电价要保持平衡。
2、试述石英晶体、石英熔体、Na2O•2SiO2熔体结构和性质上的区别。
（10）答：（1）结构区别石英晶体：以硅氧四面体为基本结构基元，硅氧四面体之间相互连接，在空间上有序排列；石英熔体：也是以以硅氧四面体为基本结构基元，但硅氧四面体中Si —O 键之间的交角大小以及硅氧四面体在空间上的连接是无序的；Na 2O•2SiO 2熔体结构：在结构上与石英熔体相似，由于该熔体中有Na 2O 组分，Na +与SiO 2中的O 形成非桥氧。
晶体的结构及性质基础知识一．晶体和非晶体1.定义：内部粒子（原子、分子或离子）在空间按一定规律做周期性重复排列的固体物质称为晶体。
例如：高锰酸钾、金刚石、干冰、金属铜、石墨等。
绝大多数常见固体都是晶体。
非晶体:内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态的固体称为非晶体。
例如：玻璃、沥青、石蜡等。
非晶体又称为无定形体。
2.晶体的重要特征（1）具有规则的几何外形（2）具有各向异性（3）有固定的熔点（4）X—射线衍射实验二．几类晶体的概念1.分子晶体：分子间以分子间作用力形成的晶体。
2.原子晶体：相邻原子间以共价键相结合形成的空间网结构的晶体叫原子晶体。
原子晶体又叫共价晶体。
3.离子晶体：由阴阳离子通过离子键结合而成的晶体叫做离子晶体。
4.金属晶体：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。
金属晶体的成键粒子是金属阳离子和自由电子。
三．离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体比较晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体组成晶体的粒子阳离子和阴离子原子分子组成晶体粒子间的相互作用离子键共价键范德华力（有的还有氢键）典型实例NaCl 金刚石、晶体硅、SiO2、SiC冰（H2O）、干冰（CO2）晶体的物理特性熔点、沸点熔点较高、沸点高熔、沸点高熔、沸点低导热性不良不良不良导电性固态不导电，熔化或溶于水能导电差差机械加工性能不良不良不良硬度略硬而脆高硬度硬度较小四．几种常见的晶体结构1.氯化钠晶体（离子晶体）在氯化钠晶体中：（1）与每个Na等距紧邻的Cl－有6个（2）与每个+Na等距紧邻的+Na有12个（3）每个氯化钠晶胞中含有4个NaCl。
（4）+Na周围与每个+Na等距紧邻的6个Cl－围成的空间构型为正八面体。
2.氯化铯晶体（离子晶体）在氯化铯晶体中：（1）与每个Cs+等距紧邻的Cl－有8个（2）与每个Cs+等距紧邻的Cs+有6个（3）每个氯化钠晶胞中含有1个CsCl。
3.干冰（分子晶体）在干冰的晶体中：（1）与每个CO2分子等距紧邻的CO2分子有12个。
第八章晶体结构
学时：2~3
重点；晶体的特征及各种晶体的特点，离子的极化。
固体实际上分为晶体和无定形体。
大部分物质分为晶体，（无定形体是指内部质点排列不规则，没有一定的几何外形,固定的熔点和熔化热。
如：玻璃、石蜡等。
无定形体在一定条件下可转化为晶体。
）今天我们要讨论的是晶体的特征。
一、晶体的特征：
1、具有一定的、整齐的、规则的几何形状。
2、具有固定的熔点。
3、各向异性，晶体的某些物体在晶体各个方向上不一定相同。
二、晶体的结构
性质是内部结构的反映，晶体为何会具有上述特性，让我们以NaCl模型来看一下晶体的结构。
在NaCl晶体中，Na+、Cl-是有规则地排列的，每个Na+周围有6个Cl-、每个Cl-周围也有6 Na+，我们将Na+、Cl-称为质点，这些质点以确定的位置在空间作规则的排列，得到一定的几何形状，在结构上称为结晶格子（或点阵、晶格）（每个质点在晶格中所占有的位置叫结点）。
晶格中最小的重复单位，或者说含有晶体结构中最具代表性的最小单位，叫晶胞。
例如：NaCl 模型是哪一个？（模型及P302图8~4）晶胞既然是晶体结构中最具有代表性的最小单位。
就要符合化合物的化学式比数，即一个晶胞中要含有6个Na+，6个Cl-。
另外，晶体还有单晶，多晶之分。
单晶：一个晶核均衡地有规则地生长。
多晶：多个小单晶在不同方向上不均衡地生长。
三、晶体的类型
按照晶格上质点种类和质点间作用力的不同，晶体可分为：
类型质点结合力性质例
离子晶体正负离子离子键熔点、沸点高；硬度大，脆；延展性NaCl，
差；导电性差，但在水溶液或熔融状态BaO，
下试点的良导体。
MgO等。
分子晶体小分子分子间熔、沸点低，硬度小，不导电（通常）CO2，
作用力I2等。
金属晶体金属原子金属键熔、沸点差别大（W很大，Hg很小），Mg，
或阳离子硬度差别较（Fe硬，Na软）原因：Au等。
金属键强弱不一样，导电性好。
原子晶体原子共价键熔、沸点高，硬度大，不导电，SiO2，SiC，
溶解性差。
金刚石等。
不再一一介绍了，要求掌握这么多。
四、离子半径
在离子晶体中，通过正、负离子核间距，可得到离子半径。
d = r++r-
核间距可用X-射线实验测得，但正、负离子半径测定很难，根据不同的处理方法，有两套离子半径数据：哥德希密特（Goldschmidt）离子半径与鲍林离子半径。
哥德希密特离子半径，采用r F-=133pm，r O2-=133pm为标准，并侧得各种离子
晶体的核间距，从而求出其它各种离子半径。
鲍林从核电荷数和屏蔽常数出发推理出一套求离子半径的方法。
[r=Cn/（Z－σ）（Cn为一取决于最外电子层的良自数n的常数）] 这样采用不同的方法，得出离子半径值是不同。
（本教材有时也混乱）一般规律（离子半径大小变化的）：
①带相同电荷数的变化规律与原子半径同。
同族的：Li+＜Na+＜K+＜Rb+＜Cs+
同周期：Na+＞Mg2+＞Al3+
②同一元素（M）：
③一般正离子半径大，负离子半径小
五、离子极化（本章重点）
㈠离子极化作用和变形性
1、含义：离子本身带电荷，所以电荷相反的离子相互接近是就有可能发生
极化，也就是说它们在相反电场的影响下电子云发生变形。
离子极化：（离子）使异号离子极化而变形的作用，成为该离子的极化作用变形性：被异号离子极化而发生的电子云变形的性能成为离子的变形性
+
阴阳离子相互接触后相互极化，变形的结果。
甚至会使电子云发生叠，得到共价分子（通常正离子的极化作用相对强一些，负离子的变形性相对弱些）
一般：某个离子使异号离子变形的作用强，就说它极化作用强。
某离子易被异号离子极化而变形，就说变形性强
2、影响因素：
离子极化礼和变形性，决定于离子的半径、电荷和电子层构型。
一般来说，阳离子具有多余的正电荷，半径较小，在外壳上缺电子，它容易对相邻阴离子起诱导作用，因此阳离子极化作用强一些。
而阴离子半径一般较大，在外壳上有较多的电子，容易变形，所以阴离子的变形性强一些。
下面在分别讨论一下阴阳离子极化作用、变形性的影响因素
①阳离子（极化性）
a、带电荷越多，极化作用越强。
Li+<Be2+ Na+<Mg2+<Al3+
b、半径越小，极化作用越强Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+
c、离子的电子构型（主要的影响因素）
(离子最外层电子结构) (如电荷半径相似)
8电子<7—17电子<18电子和18+2电子
Ca2+，Mg2+Mn2+，Fe2+Ag+，Pb2+
Mg2+1s22s22p6Mn2+1s22s22p63s23p63d5 4s24p64d10
这是由于18电子层最外层的d电子云分布松散，对核有较小的屏蔽作用，使其有效核电荷数增大，极化作用加强。
这里注意：18和18 +2电子由于d电子云的松散，其阳离子极化作用较大，相应地正是由于其d电子云松散，它的变形也较大。
例如：比较下列阳离子的极化作用大小：
1）r Ag+=126pm r K+=133pm Ag+ ＞K+
2）Hg2+（18e）Ca2+（8e）Hg2+＞Ca2+
②阳离子（主要表现变形行强一些）：
a：半径越大，变形性越大F-＜Cl-＜Br-＜I-
b：负电荷越高，变形性越大O2-＞F-
c：复杂无机阴离子，通常变形性较小，其变形性顺序为：
ClO4-＜F-＜NO3-＜H2O＜OH-＜CN-＜Cl-＜Br-＜I-
SO42-＜H2O＜CO32-＜O2-＜S2-
这是由于复杂阴离子虽然半径较大，担由p结构较紧密，结合力大，所以变形行小。
结论：1）最易变形的是半径大，电荷高的阴离子，及18e，18+2e电子构型阳离子。
2）最不易变形的是半径小，电荷高的稀有气体阳离子（Be2+,Al3+,Si4+等）
3、相互极化作用（附加极化）
虽然我们平时讲一般指阳离子的极化作用和阴离子的变形性，但是实际上，它们总是相互极化和变形的。
尤其是当阳离子也容易变形时，这种相互极化的作用就更加显著，这就是附加极化作用。
也就是既考虑了阳离
子的极化作用和阴离子变形性，又考虑了阳离子的变形性和阴离子的极化作用，这样彼此的极化作用和变形性都增强了。
这种互相极化作用发生在很多化合物之中，只是强弱不同而已。
4、离子极化率（自学P235）
（二）离子极化在无机化学中的作用
1、离子极化对化学键键型的影响
离子间由于存在极化作用，导致电子云发生部分重叠，使离子键向共价键转化，这种转化程度取决于阳离子的极化能力和阴离子的变形性。
尤
其是如果存在相互极化作用，电子云重叠会增大，离子键可能转向共价键。
例如：AgF AgCl AgBr AgI P317表
键长（计算值）259 310 322 346（pm）Ag+18e
离子半径之和I-变形性大
试验测定值246 277 288 299（pm）AgI是共价化合物
2、离子极化对离子化合物性质的影响
①对化合物溶解度的影响
由于离子极化使离子键→共价键过渡，所以共价成份增多，一般，离
子键结合的无机化合物易溶解于水，而共价型的无机晶体，难溶于水。
这样会使其溶解度减小。
如：AgF AgCl AgBr AgI
溶解度 1.4×10-1 2.0×10-4 2.9×10-5 2.4×10-7（25℃）
溶解度降低
②对晶格类型的影响
由于离子间极化作用会导致离子间作用力加强，离子间距离缩短，导致r+ / r-改变，有可能使配位数减小，晶型发生转化。
③对无机化合物颜色的影响
如果组成离子化合物的离子有颜色，那么该化合物也应有颜色。
如：Ni2+（绿）→NiSO4（绿色）
但是Ag+（无色），I-（无色），为什么AgI（黄色）？
由于Ag+极化作用较强，I-变形性较强，互相极化的结果，使电子云形状发生变化离子周围的电子能级发生了变化，可吸收一部分可见光，而显颜色。
一般极化作用越强，化合物颜色越深。
AgF（白）AgBr（浅黄）AgI（黄）
极化作用增强
④对无机含氧酸盐稳定性的影响
一般阴、阳离子相互极化作用强的易分解（不稳定）
CaCO3 K2CO3中Ca2+极化作用大于K+,所以CaCO3易分解
稳定性CaCO3＜K2CO3
CaCO3MgCO3R Ca2+＞R Mg2+ 极化作用Mg2+＞Ca2+ MgCO3易分解稳定性CaCO3＞MgCO3
最后应说明一点，离子极化学说在无机化学中有多方面的应用，是离子键理论的重要补充，但是由于在无机化合物中，离子性化合物毕竟只是一部分，所以应用此理论是要注意其局限性。
