第一章物质的化学组成和聚集状态 §12固体 教学目的 通过课堂讲解,理解固体的分类,特别是晶体的分类,进而理解晶体和 非晶体在结构、结合力及性质等方面的差别,理解其在应用方面的差别,完 成对固体吸附剂和固体废物的基本了解。 基本内容: 、晶体结构 ①晶体的分类 ②各种晶体内结点上的粒子种类; ③各种晶体中粒子间的作用力。 2、宏观性质与键型、晶型的关系 ①熟悉各类晶体的物理特性; ②从键性(包括分子间力)、晶型角度解释物质的性质 ③从物质宏观性质推测物质的警醒。 3、非晶体 ①非晶态高分子化合物从固态转化为液态过程中的三态; ②Ig、T与塑料、橡胶耐热性及耐寒性关系 ③T与加工性关系 4、了解固体吸附剂的表面性质及用途 5、了解固体废弃物的产生、危害和资源化途径 基本概念: 1、固体、晶体、非晶体; 2、晶格、晶胞、单晶体、多晶体 3、离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体、过渡型晶体、混合键型
第一章 物质的化学组成和聚集状态 §1.2 固体 教学目的： 通过课堂讲解，理解固体的分类，特别是晶体的分类，进而理解晶体和 非晶体在结构、结合力及性质等方面的差别，理解其在应用方面的差别，完 成对固体吸附剂和固体废物的基本了解。 基本内容： 1、晶体结构 ①晶体的分类； ②各种晶体内结点上的粒子种类； ③各种晶体中粒子间的作用力。 2、宏观性质与键型、晶型的关系 ①熟悉各类晶体的物理特性； ②从键性（包括分子间力）、晶型角度解释物质的性质； ③从物质宏观性质推测物质的警醒。 3、非晶体 ①非晶态高分子化合物从固态转化为液态过程中的三态； ②Tg、Tf 与塑料、橡胶耐热性及耐寒性关系； ③Tf 与加工性关系。 4、了解固体吸附剂的表面性质及用途 5、了解固体废弃物的产生、危害和资源化途径 基本概念： 1、固体、晶体、非晶体； 2、晶格、晶胞、单晶体、多晶体； 3、离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体、过渡型晶体、混合键型
晶体; 4、玻璃态、玻璃化温度、粘流态、粘流化温度、塑料、橡胶; 5、分子筛、固体废弃物 教学方法: 学时分配 课堂教学的实施情况与建议:
晶体； 4、玻璃态、玻璃化温度、粘流态、粘流化温度、塑料、橡胶； 5、分子筛、固体废弃物 教学方法： 学时分配： 60min 课堂教学的实施情况与建议：
讲课提纲 从绪论和前一节课的内容我们着重从原子与分子的结构阐明物质性质与 化学变化的本质,但日常生活和生产上所用的各种材料都不是单个原子和分 子,而是由无数原子、分子以一定方式结合起来的聚集体。通常条件下,物 质的聚集态有气态、液态和固态。固态又在工程材料中占更重要的地位,而 材料是近代科学技术“三大支柱”之一,因此近年来发展起来一门新的分支 学科一一固体化学。他专门研究各类固体物质的合成、结构及应用。 固体的性质与其内部微粒间的相互影响有密切的关系。这次课我们就着 重在内部结构的基础上介绍固体物质的结构和性质,并适当联系他们的重要 用途。 、晶体与非晶体 固体物质通常是由分子、原子或离子等粒子组成。这些粒子之间,由于 存在着相互间的作用力,如化学键或分子间力,使得他们按一定方式排列, 只能在一定的平衡位置上振动,因此,固体具有一定的体积、形状和刚性。 根据结构和性质的不同,可以把固体分为晶体和非晶体两大类。X-ay研究 发现,晶体中的微粒(原子、分子或离子)在三维空间周期性重复排列,即 晶体是内部微粒有规则排列的固体。绝大多数无机物和金属都是晶体。非晶 体则是内部微粒排列没有规则的固体,其外部形状是一种无定形的凝固态物 质,故又叫无定形体。有机高分子化合物一般都是非晶体 晶体和非晶体相比较,通常有如下特征: (1)晶体具有一定的几何形状,如食盐晶体是立方体,水晶是六角棱柱 体,方解石是菱面体等,而非晶体则没有一定的几何外形。 (2)晶体有固定的熔点,当把晶体加热到某一温度时,它开始熔化,在 晶体未完全熔化之前继续加热,其温度保持不变。晶体熔化过程中这一温度 叫做晶体的熔点。非晶体没有固定的熔点,它从开始加热直到完全成为流体, 温度是不断上升的。 (3)晶体是各向异性的,即他在不同方向的力、光、热、电等物理性质 不同,例如云母片在不同方向上的传热速率不同,石墨在不同方向上的导电
讲课提纲 从绪论和前一节课的内容我们着重从原子与分子的结构阐明物质性质与 化学变化的本质，但日常生活和生产上所用的各种材料都不是单个原子和分 子，而是由无数原子、分子以一定方式结合起来的聚集体。通常条件下，物 质的聚集态有气态、液态和固态。固态又在工程材料中占更重要的地位，而 材料是近代科学技术“三大支柱”之一，因此近年来发展起来一门新的分支 学科——固体化学。他专门研究各类固体物质的合成、结构及应用。 固体的性质与其内部微粒间的相互影响有密切的关系。这次课我们就着 重在内部结构的基础上介绍固体物质的结构和性质，并适当联系他们的重要 用途。 一、晶体与非晶体 固体物质通常是由分子、原子或离子等粒子组成。这些粒子之间，由于 存在着相互间的作用力，如化学键或分子间力，使得他们按一定方式排列， 只能在一定的平衡位置上振动，因此，固体具有一定的体积、形状和刚性。 根据结构和性质的不同，可以把固体分为晶体和非晶体两大类。X-ray 研究 发现，晶体中的微粒（原子、分子或离子）在三维空间周期性重复排列，即 晶体是内部微粒有规则排列的固体。绝大多数无机物和金属都是晶体。非晶 体则是内部微粒排列没有规则的固体，其外部形状是一种无定形的凝固态物 质，故又叫无定形体。有机高分子化合物一般都是非晶体。 晶体和非晶体相比较，通常有如下特征： （1）晶体具有一定的几何形状，如食盐晶体是立方体，水晶是六角棱柱 体，方解石是菱面体等，而非晶体则没有一定的几何外形。 （2）晶体有固定的熔点，当把晶体加热到某一温度时，它开始熔化，在 晶体未完全熔化之前继续加热，其温度保持不变。晶体熔化过程中这一温度 叫做晶体的熔点。非晶体没有固定的熔点，它从开始加热直到完全成为流体， 温度是不断上升的。 （3）晶体是各向异性的，即他在不同方向的力、光、热、电等物理性质 不同，例如云母片在不同方向上的传热速率不同，石墨在不同方向上的导电
率不同,而非晶体都是各向同性的 自然界里,绝大多数的固体物质都是晶体,而非晶体只占极少数。非晶 体是在温度突然降到低于液体凝固点的情况下形成的。因为这时,液体中的 微粒(分子、离子、原子)来不及进行有规则的排列就变成了固态。常见的 非晶体有玻璃、石蜡、沥青炉渣等,其内部结构类似于液体,即内部微粒是 毫无规律的排列着。由此可知,只要控制在一定的条件下,晶体和非晶体可 以相互转化,如石英晶体可以转化为玻璃(非晶体),玻璃非晶体也可以转化 为晶态玻璃。 晶体的内部结构 晶体的外部特征是其内部微粒规则排列的反映。这些有规律排列的点的 在总和成为晶格(或空间点阵),如图所示。晶格中排列微粒的每一个点叫做 结点。物质微粒规则排列的无限重复构成晶体。晶格实质上是从晶体结构中 抽象出来的几何图形,它反映晶体结构的几何特征。在晶格中,能反映出晶 体对称特点、各构造单元排布规律及结晶化学特性的最小重复单位,称为单 位晶格,又叫晶胞。图**是晶体NaCl的晶胞,在一般情况下,晶胞是一个 平行六面体,含有一定数目的粒子,该粒子可以使离子、分子、原子。显然 宏观上的晶体是晶胞在空间有规律的重复排列而得到的,晶胞的形状、大小 和组成决定着整个晶体的结构和性质 按照组成晶体的微粒种类和结点间作用力的不同可以将晶体分为4种基 本结构:离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。 三、离子晶体 1、离子键 当电负性很小的元素原子和电负性很大的元素原子相遇时,前者易失去 电子形成带正电荷的阳离子(正离子),后者易得到电子变成带负电荷的阴离 子(负离子),阴阳离子之间由于静电引力而相互靠近,当进一步接近时,两 种离子的电子云之间有相互排斥。当接近到一定距离时,引力和斥力相等 达到了平衡,此时体系的能量最低,各离子就在一定的平衡位置上振动。这 种阴阳离子间的静电作用力就叫做离子键。由离子键形成的化合物(或分子 叫做离子化合物(或粒子型分子)
率不同，而非晶体都是各向同性的。 自然界里，绝大多数的固体物质都是晶体，而非晶体只占极少数。非晶 体是在温度突然降到低于液体凝固点的情况下形成的。因为这时，液体中的 微粒（分子、离子、原子）来不及进行有规则的排列就变成了固态。常见的 非晶体有玻璃、石蜡、沥青炉渣等，其内部结构类似于液体，即内部微粒是 毫无规律的排列着。由此可知，只要控制在一定的条件下，晶体和非晶体可 以相互转化，如石英晶体可以转化为玻璃（非晶体），玻璃非晶体也可以转化 为晶态玻璃。 二、晶体的内部结构 晶体的外部特征是其内部微粒规则排列的反映。这些有规律排列的点的 在总和成为晶格（或空间点阵），如图所示。晶格中排列微粒的每一个点叫做 结点。物质微粒规则排列的无限重复构成晶体。晶格实质上是从晶体结构中 抽象出来的几何图形，它反映晶体结构的几何特征。在晶格中，能反映出晶 体对称特点、各构造单元排布规律及结晶化学特性的最小重复单位，称为单 位晶格，又叫晶胞。图***是晶体 NaCl 的晶胞，在一般情况下，晶胞是一个 平行六面体，含有一定数目的粒子，该粒子可以使离子、分子、原子。显然 宏观上的晶体是晶胞在空间有规律的重复排列而得到的，晶胞的形状、大小 和组成决定着整个晶体的结构和性质。 按照组成晶体的微粒种类和结点间作用力的不同可以将晶体分为 4 种基 本结构：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。 三、离子晶体 1、离子键 当电负性很小的元素原子和电负性很大的元素原子相遇时，前者易失去 电子形成带正电荷的阳离子（正离子），后者易得到电子变成带负电荷的阴离 子（负离子），阴阳离子之间由于静电引力而相互靠近，当进一步接近时，两 种离子的电子云之间有相互排斥。当接近到一定距离时，引力和斥力相等， 达到了平衡，此时体系的能量最低，各离子就在一定的平衡位置上振动。这 种阴阳离子间的静电作用力就叫做离子键。由离子键形成的化合物（或分子） 叫做离子化合物（或粒子型分子）
离子键的特点: ①本质是静电作用力;②没有方向性、饱和性。 影响离子键强度的因素: 离子的电荷 根据库仑定律,正、负离子之间的静电引力同离子的电荷乘积成正比 即离子电荷增大,静电引力增大 离子的半径 正、负离子之间的静电引力同离子电荷中心之间的距离平方成反比,即 离子间间距越大,静电引力越小 同一周期,自左向右,主族元素的正离子的半径依次减少,如 Iat>Mg2+>AR 同一主族,自上而下,具有香甜能够电荷数的离子半径依次增大。如: F-<CI<Br<I, Lit<Nat<K+<Rb*<cst 同一元素形成的不同电荷的正离子,高价离子的半径较小,Fe3+<Fe2+ 此外,静电引力还与离子构型有关。 凡是由离子键结合而形成的晶体统称为离子晶体。在离子晶体中,晶格 结点上交替排列着阳离子和阴离子。 正离子负离子 吸引力 如图**所示,氯化钠晶胞是正立方体,在立方体的正中心有一个离子 (Na+),而每个面的中心有一个带相反电荷的离子(Cr),这种晶格是面心 立方晶格。在NaCl晶体中,Na和C的配位数都是6,所以整个晶格中Na 和Ch的配位数之比为66(即1:1)。由于在离子晶体中无法区分某个阳离子 属于哪个阴离子或某个阴离子属于哪个阳离子,所以离子晶体(如NaCl)实 际上是一个巨型分子,即晶格中不存在独立的小分子。因此,习惯上写的氯
离子键的特点： ①本质是静电作用力；②没有方向性、饱和性。 影响离子键强度的因素： ⅰ．离子的电荷 根据库仑定律，正、负离子之间的静电引力同离子的电荷乘积成正比， 即离子电荷增大，静电引力增大。 ⅱ．离子的半径 正、负离子之间的静电引力同离子电荷中心之间的距离平方成反比，即 离子间间距越大，静电引力越小。 同 一 周期 ，自 左向 右， 主族 元素 的正 离子 的半 径依 次减 少， 如 Na+>Mg2+>Al3+。 同一主族，自上而下，具有香甜能够电荷数的离子半径依次增大。如： F -<Cl-<Br-<I-，Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+。 同一元素形成的不同电荷的正离子，高价离子的半径较小，Fe3+<Fe2+。 此外，静电引力还与离子构型有关。 凡是由离子键结合而形成的晶体统称为离子晶体。在离子晶体中，晶格 结点上交替排列着阳离子和阴离子。 如图***所示，氯化钠晶胞是正立方体，在立方体的正中心有一个离子 （Na+），而每个面的中心有一个带相反电荷的离子（Cl-），这种晶格是面心 立方晶格。在 NaCl 晶体中，Na+和 Cl-的配位数都是 6，所以整个晶格中 Na+ 和 Cl-的配位数之比为 6:6（即 1:1）。由于在离子晶体中无法区分某个阳离子 属于哪个阴离子或某个阴离子属于哪个阳离子，所以离子晶体（如 NaCl）实 际上是一个巨型分子，即晶格中不存在独立的小分子。因此，习惯上写的氯