Structure and Chemistry of Crystalline Solids

Structure and Chemistry of Crystalline Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer Verlag
作者:Douglas, Bodie E./ Ho, Shih-Ming
出品人:
页数:358
译者:
出版时间:2006-6
价格:$ 258.77
装帧:HRD
isbn号码:9780387261478
丛书系列:
图书标签:
  • 固体化学
  • 晶体结构
  • 材料科学
  • 化学键
  • 晶体学
  • 固体物理
  • X射线衍射
  • 相图
  • 材料性质
  • 结构化学
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具体描述

Understandable by anyone concerned with crystals or solid state properties dependent on structure Presents a general system using simple notation to reveal similarities and differences among crystal structures More than 300 selected and prepared figures illustrate structures found in thousands of compounds

晶体结构与化学导论:探索物质的微观有序世界 本书旨在为读者提供一个全面而深入的入门指南,探索晶体物质的结构、化学键合、性质以及其在现代科学与技术中的应用。本书不涉及特定书目《Structure and Chemistry of Crystalline Solids》的具体内容,而是从基础原理出发,构建一个关于晶体学、固体物理化学以及材料科学的广阔图景。 --- 第一章:物质的宏观形态与微观秩序的起源 本章首先探讨物质在宏观尺度上的多样性,重点区分非晶态(无定形)物质与晶体态物质的根本差异。我们将深入分析晶体学定义的基石——长程有序性(Long-Range Order)的物理意义。 晶体的基本概念: 晶体是由原子、分子或离子按照严格、周期性的三维点阵排列而成的固体。我们将介绍晶格(Lattice)、基矢(Basis/Translation Vectors)以及晶胞(Unit Cell)的概念,这些是描述所有晶体结构的基础数学工具。通过引入布拉维点阵(Bravais Lattices)及其七大晶系,读者将理解如何用最少的参数来描述无限延伸的周期性结构。 对称性原理: 对称性是晶体结构中最核心的美学与物理特征。本章将详细讲解晶体中可能存在的旋转轴、反演中心和镜面,并介绍 Schoenflies 符号和国际晶体学符号(Hermann-Mauguin Notation)在描述点群和空间群时的应用。理解对称性不仅是识别晶体形态的需要,更是预测其宏观物理性质(如压电性、光学活性)的关键。 从点阵到倒易点阵: 晶体衍射实验(如X射线、中子衍射)是确定晶体结构的主要手段。因此,理解倒易点阵(Reciprocal Lattice)至关重要。本章将解释倒易点阵如何与实空间点阵相关联,并阐述布里渊区(Brillouin Zone)在描述电子能带结构中的核心地位。 --- 第二章:晶体结构的几何分类与实例解析 本章将从理论走向实践,系统性地介绍三大类常见晶体结构,并结合实际材料进行深入分析。 密堆积结构: 理想的球体堆积是最有效的空间利用方式。我们将分析六方最密堆积(HCP)和面心立方堆积(FCC,即立方最密堆积)的形成过程,讨论堆积效率(Packing Efficiency)的计算,以及四面体和八面体空隙的几何特征。以金属如镁(Mg,HCP)和金(Au,FCC)为例,说明这些结构如何影响金属的延展性和晶面滑移。 离子晶体结构: 离子化合物的结构由离子半径比和电荷平衡决定。我们将详述几种经典的离子结构模型: 1. 岩盐结构(NaCl Type): 分析其配位数、晶格能的估算,并讨论取代缺陷对化学计量的影响。 2. CsCl 结构: 比较其与岩盐结构的密度差异。 3. 萤石结构(CaF₂ Type)与反萤石结构: 探讨阳离子和阴离子对堆积方式的影响。 共价与分子晶体: 结构多样性显著的共价晶体(如金刚石、硅)因其强烈的方向性键合而展现出极端的硬度和高熔点。我们将解析金刚石的 $sp^3$ 杂化模型与硅的结构关联。分子晶体(如冰、干冰)的稳定性则主要依赖于范德华力或氢键,本章将对比它们与前两类晶体的物理性质差异。 --- 第三章:晶体化学键合理论基础 晶体宏观性质的根源在于其内部的化学键合性质。本章深入探讨构成固态物质的主要化学作用力。 离子键与晶格能: 详细介绍Madelung常数的计算方法,理解晶格能(Lattice Energy)对离子晶体稳定性的决定性作用。引入Born-Haber循环来估算晶格能,并讨论范德华力在弱键合体系中的作用。 共价键的局域化与离域化: 探讨如何使用价键理论(VB)和分子轨道理论(MO)来理解共价键的方向性。着重分析半导体和绝缘体中,电子占据的价带(Valence Band)和空置的导带(Conduction Band)的形成,以及它们之间的能隙(Band Gap)对材料电学性质的控制。 金属键与电子“海洋”模型: 描述金属晶体中价电子的离域性,及其对高导电性、延展性和光反射性的贡献。本章将引入能带论的初步概念,解释为什么金属的费米能级位于能带内部。 --- 第四章:晶体缺陷的物理化学影响 理想的晶体结构在现实中并不存在。晶体缺陷(Defects)是调控材料性质,实现功能化的关键。本章将系统地分类和分析这些“不完美”之处。 零维缺陷(点缺陷): 重点分析空位(Vacancy)、间隙原子(Interstitial)和替位原子(Substitutional Atom)。对于离子晶体,讨论Schottky缺陷和Frenkel缺陷的热力学平衡浓度,以及它们如何影响扩散和电导率。 线缺陷(位错): 位错是决定金属塑性变形和材料机械强度的核心。本章将详细描绘刃型位错、螺型位错及其混合型位错的几何结构,并讨论位错运动、缠结和攀移(Climb)机制。 面缺陷与体缺陷: 介绍晶界(Grain Boundaries)、孪晶界(Twin Boundaries)和堆垛层错(Stacking Faults)对材料微观结构和宏观力学性能的影响。例如,晶粒细化如何通过阻碍位错运动来提高钢材的强度(Hall-Petch 效应)。 --- 第五章:晶体结构与物性的关系——基础物理性质透视 本章将连接结构与宏观可测量的物理性质,展示晶体对称性与物理响应的内在联系。 晶体光学性质: 解释各向同性(如立方晶体)与各向异性(如单轴晶体)在光折射行为上的区别。引入双折射现象,以及偏振光在晶体中的传播特性。 电学与磁学性质: 阐述电导率、介电常数如何受限于电子的能带结构和离子的极化率。在磁性方面,区分顺磁性、抗磁性,并引入铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的基本结构起源,强调原子磁矩的排列方式决定了宏观磁矩的产生。 热力学与动力学: 讨论晶格振动(声子,Phonons)的概念,它是理解晶体比热容和热导率的基础。通过固态扩散的Arrhenius关系,分析点缺陷在高温下对物质输运性质的控制作用。 --- 总结与展望: 本书为读者提供了探索晶体世界的基础工具箱。从理解原子如何精确地排列成周期性结构,到认识这些结构如何通过化学键合产生独特的物理和化学性质,再到理解缺陷如何成为材料工程的有效杠杆,本书构建了一个连贯的知识体系。掌握这些基础,是进一步深入研究材料科学、矿物学、半导体物理以及超导机制的坚实前提。 ---

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