《材料化学》课程教学课件（讲稿）第四章 无机⾮⾦属材料

目录4.1离子晶体与共价晶体4.2鲍林规则4.3共价键与共价晶体4.4无机单质材料4.5二元无机化合物材料4.6三元无机化合物材料4.7硅酸盐材料

4.1 离⼦晶体与共价晶体 4.2 鲍林规则 4.3 共价键与共价晶体 4.4 无机单质材料 4.5 ⼆元无机化合物材料 4.6 三元无机化合物材料 4.7 硅酸盐材料 • ⽬录 2

现代科技需要耐高温、耐腐蚀、耐老化、高强度、高韧性的结构材料和具有良好的光、电、声、磁、热、力等性质的功能材料。这些材料多数为无机固体物质，很多材料是非整比的化合物，常用固相反应制备。根据凝聚状态，无机非金属材料也可分为晶态和非晶态

现代科技需要耐⾼温、耐腐蚀、耐⽼化、⾼强度、⾼韧 性的结构材料和具有良好的光、电、声、磁、热、⼒等性 质的功能材料。这些材料多数为无机固体物质，很多材料 是⾮整⽐的化合物，常⽤固相反应制备。 根据凝聚状态，无机⾮⾦属材料也可分为晶态和⾮晶态。 3

离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的结构和特性结点微粒晶体类型微粒间作用力晶体特性熔点、沸点高，硬度大而脆：离子键离子晶体阳、阴离子熔融或溶于水能导电原子原子晶体共价键熔点高、硬度大，导电性差分子分子晶体分子间力，氢键熔点、沸点低，硬度小熔点、沸点有高有低，硬度有金属晶体金属键原子和阳离子大有小，有可塑性及金属的光泽，导电性好典型的离子晶体：常见的无机盐如NaCl,NaBr,KI等典型的共价晶体：Si,Ge,金刚石，SiC等典型的分子晶体：CO2、SO2、O2、Cl等典型的金属晶体：各种金属单质，如Na,K，Mg等

晶体类型 结点微粒 微粒间作⽤⼒ 晶 体 特 性 离⼦晶体 阳、阴离⼦ 离⼦键 熔点、沸点⾼，硬度⼤⽽脆， 熔融或溶于⽔能导电 原⼦晶体 原⼦ 共价键 熔点⾼、硬度⼤，导电性差 分⼦晶体 分⼦ 分⼦间⼒，氢键 熔点、沸点低，硬度⼩ ⾦属晶体 原⼦和阳离⼦ ⾦属键 熔点、沸点有⾼有低，硬度有 ⼤有⼩，有可塑性及⾦属的光 泽，导电性好 离⼦晶体、原⼦晶体、分⼦晶体和⾦属晶体的结构和特性 典型的共价晶体：Si, Ge, ⾦刚⽯, SiC 等 典型的离⼦晶体：常见的无机盐如NaCl, NaBr, KI等 典型的分⼦晶体：CO2 、SO2 、O2 、 Cl2等 典型的⾦属晶体：各种⾦属单质，如Na, K, Mg 等 4

4.1离子晶体与共价晶体4.1.1、离子键与离子晶体一.离子键（Ionic bond）——指通过正、负离子之间的吸引（静电引力）形成的化学结合作用（化学键），又称电价键。离子键特征：①作用力强；键的离子性与元素的电负性有关②无方向性和饱和性「一个离子周围能容纳多少个异性离子及其配置方式，是由各离子的半径和离子间的库仑作用来决定③离子键的本质是静电引力

4.1 离⼦晶体与共价晶体 4.1.1、离⼦键与离⼦晶体 ⼀. 离⼦键（Ionic bond）——指通过正、负离⼦之间的吸引 （静电引⼒）形成的化学结合作⽤（化学键），⼜称电价键。 离⼦键特征： ① 作⽤⼒强；键的离⼦性与元素的电负性有关 ② 无⽅向性和饱和性[ ⼀个离⼦周围能容纳多少个异性离⼦及 其配置⽅式，是由各离⼦的半径和离⼦间的库仑作⽤来决定] ③ 离⼦键的本质是静电引⼒ 5

二、离子晶体（ioniccrystal)1、定义：阴阳离子间通过离子键结合而成的晶体2、特点：（1）晶体不导电，在熔融状态或水溶液中导电，不存在单个分子(2)熔沸点较高、硬度较高，密度较大难压缩，难挥发

⼆、离 ⼦ 晶 体（ionic crystal） 1、定义：阴阳离⼦间通过离⼦键结合⽽成的晶体 （2） 熔沸点较⾼ 、硬度较⾼，密度较⼤难压缩，难挥发 （1）晶体不导电，在熔融状态或⽔溶液中导电, 不存在单个分 ⼦ 2、特点： 6

二、离子晶体（Ionic crystal)3、二元离子晶体典型的空间结构(1)、NaCl 型(2) 、CsCl 型

3、⼆元离⼦晶体典型的空间结构 ⑴、NaCl 型 ⑵、CsCl 型 ⼆、离 ⼦ 晶 体（Ionic crystal） 7

离子晶体特征：结构稳定丶熔点高、硬度大、膨胀系数小，有较大脆性，熔态或水溶液中能导电。离子键与金属键之比较：金属键可看成是高度离域的共价键；离子键则是一种定域键。离域是电子在分子、离子或固体金属中不止与单一原子或单一共价键有作用力关系的一种电子运动状态Delocalization happens when electric charge is spread over more than oneatom.For example, bonding electrons may be distributed among severalatoms that arebonded together8定域键是只存在于两个原子之间的共价键

n 离⼦晶体特征：结构稳定、熔点⾼、硬度⼤、膨胀系数⼩ ，有较⼤脆性，熔态或⽔溶液中能导电。 n 离⼦键与⾦属键之⽐较： ⾦属键可看成是⾼度离域的共价键； 离⼦键则是⼀种定域键。 Delocalization happens when electric charge is spread over more than one atom. For example, bonding electrons may be distributed among several atoms that are bonded together. 离域是电⼦在分⼦、离⼦或固体⾦属中不⽌与单⼀原⼦或单⼀共价键有 作⽤⼒关系的⼀种电⼦运动状态。 定域键是只存在于两个原⼦之间的 共价键 。 8

一些离子化合物和共价化合物的晶格能与键能值CompoundLatticeEnergy(kJ/mol)BondBond Length (A)Bond Energy (kJ/mol)LiF1024C-C1.54345Lil744C-C1.34611911NaFC=C1.20837788NaCIC-N2901.43Nal693KF815615C-N1.38682KBrCHN8911.16KI641C-O3501.432910MgF2C-O1.23741SrCl22130C=O1.131080Mgo39389

Compound Lattice Energy (kJ/mol) LiF 1024 LiI 744 NaF 911 NaCl 788 NaI 693 KF 815 KBr 682 KI 641 MgF2 2910 SrCl2 2130 MgO 3938 ⼀些离⼦化合物和共价化合物的晶格能与键能值 9

NaCl的晶体结构示意图Cl10Nat

Cl￾Na+ NaCl的晶体结构⽰意图 10

【NaCI型】①在NaCI晶体中每个Na+同时吸引着6个CI它们所围成的空间几何构型是正八面体11

①在NaCl晶体中每个Na+同时吸 引着＿个Cl ６ -。 它们所围成的空间⼏何构型 是 正⼋⾯体。 【 NaCl 型 】 11