第 10 章液体和固体
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1. 液体和固体的定义
2. 液体的性质
3. 固体的性质
1.液体和固体的定义
⑴ 液体的定义比气体或固体更模糊
① 气体 : 几乎没有分子间作用力
② 固体 ： 粒子固定在空间中
③ 液体 ： 具有流体但不能相互逃逸，也用于定义弯月面的概念时
⑵ 基于排列（Ordering）的定义
① 燃气 : 无需订购
② 实心： 远程订购
③ 液体： 短程订购
⑶ 基于振动幅度的定义
① 燃气
② 固体 ： 当颗粒振动小于晶体结构中它们之间距离的一半时
③ 液体 ： 当晶体结构中粒子振动超过其间距离的一半时
⑷ 液晶 ： 液体像固体一样保持有序的状态
① 向列相 : 排列方向相同，不有序
② 近晶相 ： 同方向、规则间距排列
③ 胆甾相 ： 当下一层与上一层倾斜一定角度时
2.液体的性质
⑴【表面张力】(https://jb243.github.io/pages/933)
⑵ 【粘度】(https://jb243.github.io/pages/933)
⑶ 蒸气压
① 蒸气压和沸点
○ 蒸气压 : 液体蒸发和冷凝达到平衡时蒸气所施加的压力
○ 沸点 : 液体蒸气压等于外部压力时的压力
○ 正常沸点 (Tb) : 1 个大气压下的沸点
② 气液平衡（例如水）
③ 温度与拉乌尔定律
○ 从气相（蒸汽）到气相（水蒸气）的转变是一个吸热过程，即ΔH < 0
○ 温度升高 ⇒ 根据拉乌尔定律，平衡向吸热反应移动 ⇒ 平衡常数 (K) 增加 ⇒ 蒸气压增加
④ 克劳修斯-克拉佩龙方程
○ 公式 : 对于绝对温度 (T)
○ 推导
○ 不同温度下的蒸气压
○ 汽化焓、汽化熵的计算
○ 假设 : 汽化焓和熵不随温度变化
○ 汽化焓计算 : 根据 ln P - 1/T 曲线计算斜率并乘以 (-R)
图1. 汽化焓的计算
○ 汽化熵的计算
⑤ 安托万方程 : 计算蒸气压的经验方程
⑷ 冻结现象
① 定义： 即使温度低于其冰点，物质也不会凝固的现象，即过冷（例如水）
②原理：水需要很长时间才能形成六方结构，防止在冰点以下结冰
3.固体的性质
⑴ 固体的种类
①分为结晶固体和非晶固体
② 晶体固体有有序排列
③ 类型1：金属晶体：金属键合（电子海）。导电（例如 Na）
④ 类型 2： 离子晶体 ： 离子键合。仅在液态（例如 NaCl）下导电
⑤ 类型 3： 网络晶体 ： 共价键合。不导电
○ 定义阿伏伽德罗数的方法
○ 例外： 碳晶体在固态下导电> ⑥ 类型 4： 分子晶体 ： 分子间力。不导电
⑵ 金属晶体的结构
① 概述
○ 最近邻 : 最接近中心原子或离子的原子或离子
○ 常用配位数 : 距特定原子最近的原子数
○ 阴离子的配位数 : 距离特定阴离子最近的阳离子的数量
○ 阳离子的配位数 : 距离特定阳离子最近的阴离子数量
○ 金属晶体中共有14种晶胞
图2. 金属晶体的关键结构
图3. 六方密堆积结构
② 简单的立方体结构
○ 形状 : 立方体 8 个角上的原子
○ 每个晶胞的粒子数 : 角原子是球体的 1/8
○ 坐标数： 每轴2个，共6个
○ 半径关系： 关于一侧的长度（a）
○ 空间占有率 ： 低，自然界中很少见
○ 密度
○ 包装方式： 简单地直线堆放
③ 体心立方结构（BCC）
○ Cr、W、Mo、V、Li、Na、Ta、K、α-Fe、δ-Fe等
○ 形状 : 原子位于立方体的 8 个角，原子位于立方体的中心
○ 物理性能： 高熔点、高强度
○ 每个晶胞的粒子数 : 角原子是球体的 1/8，中心原子是整个球体
○ 配位数： 考虑中心原子时很方便。 8
○ 半径关系 : 考虑 3D 对角线长度 (a)
○ 空间占用率
○ 密度
○ 包装方式 ： 每层直线堆放，层间交替
④ 面心立方结构（FCC）
○ 铝、银、金、铜、镍、铅、钙、钴、γ-铁等
○ 形状 : 原子位于立方体 8 个角，原子位于立方体 6 个面的中心
○ 物理性能： 高导电性、优异的延展性
○ 每晶胞的粒子数 : 角原子是球体的 1/8，面原子是球体的 1/2
○ 配位数 : 考虑面原子。那张脸上有4个，前面有4个，后面有4个，总共12个
○ 半径关系 : 考虑长度 (a) 的二维对角线
○ 空间占用率： 最密集
○ 密度
○ 包装方式 ： 每排与周围排稍微偏离堆叠
⑤ 六方密排结构（HCP）
○ Mg、Zn、Cd、Ti、Be、Zr、Ce等
○ 形状 : 6-3-6 单元电池像蜂巢一样排列
○ 物理性能 ： 导电性、粘合性、延展性较差
○ 每晶胞的粒子数 : 角原子是球体的 1/6，六角面原子是球体的 1/2，3 个内部原子是单数
○ 配位数 : 参考图2. 很容易理解
○ 半径关系： 关于一侧的长度（a）
○ 空间占用率： 像FCC一样堆积最密
○ 密度
⑥ 铁的晶体结构
表 1. 铁的结构
⑶ 离子晶体的结构
① 离子晶体示例
图 4. 离子晶体的示例
② 离子键的结合能
○ 单个偶极子的库仑势
图 5. 单个偶极子的库仑电势
○ 一维晶体的库仑势 : 将无限一维晶体中中心原子的库仑势乘以阿伏加德罗数
○ NaCl 晶体的库仑势 : 将无限 3D 晶体中中心原子的库仑势乘以阿伏加德罗数
○ CsCl 晶体的库仑势 : 将无限 3D 晶体中中心原子的库仑势乘以阿伏加德罗数» ○ 晶格能量 : 库仑势的绝对值。较低的晶格能导致较高的溶解度
○ 离子键的结合能 = - 金属电离能 + 非金属电子亲和能 + 晶格能
○ 金属电离能 : E(Na+(g)) - E(Na(g))
○ 非金属电子亲和力 : E(Cl(g)) - E(Cl-(g))
○ 晶格能量 : E(Na+(g)) + E(Cl-(g)) - E(NaCl(s))
○ 离子键结合能 : E(Na(g)) + E(Cl(g)) - E(NaCl(s))
③ FCC结构中的漏洞
○ FCC结构的两种孔型
○ 四面体间隙 : FCC 结构中以每个角原子为中心的 8 个四面体间隙
○ 八面体间隙 : 存在 4 个八面体间隙，如下图所示
图 6. 八面体间隙尖端的图示
○ FCC结构中四面体间隙小于八面体间隙
⑷ 原子晶体的结构
① 金刚石的结构
○ 金刚石的整体结构
图7. 金刚石的整体结构
○ 金刚石的晶胞结构 : 晶胞含有 8 个原子
图8. 金刚石的晶胞结构
○ 空间占用率
输入： 2018.12.30 22:29