第 6 单元
晶体与固体
盐粒为什么是小立方体？铜为什么能拉成细丝，金刚石却硬得出奇？硫化镉为什么是黄色的？一克粉末有多大的表面？这一单元从晶胞和最密堆积出发，用 X 射线衍射“看见”原子的排列，用能带解释金属、半导体和绝缘体，最后数一数盖满固体表面要多少个氮分子。
- 1 晶格与晶胞：给原子记账 晶体 = 晶格 + 基元。学会按份额数出晶胞里的原子，认识七个晶系和三种立方点阵，并由晶格参数算出原子大小和密度。 25 分钟
- 2 最密堆积：ABAB 与 ABCABC 像码橙子一样一层层堆放等大的球：第三层的两种选择给出六方和立方最密堆积，空间利用率都是 74%，层间还留下四面体和八面体空隙。 20 分钟
- 3 离子晶体：配位多面体与半径比 NaCl、CsCl、ZnS、CaF₂、TiO₂ 和钙钛矿：用配位多面体看结构，用半径比规则预测配位数，并由晶胞算出密度与实测值对照。 25 分钟
- 4 X 射线衍射：用波长量原子 布拉格定律、结构因子和系统消光：从粉末衍射图认出简单、体心、面心立方和金刚石型点阵，并解释 NaCl 与 KCl 为何图样不同。 30 分钟
- 5 金属键与能带：导体、半导体和颜色 从两个原子的分子轨道一路加到上千个原子，看能级怎样连成能带；用带隙解释金属、半导体和绝缘体，以及硫化镉为什么是黄色。 30 分钟
- 6 表面与吸附：数一数盖满表面要多少分子 从朗缪尔的吸附位平衡到 BET 多层吸附：用 77 K 的氮吸附等温线测二氧化钛、介孔二氧化硅和沸石的比表面积，并学会判断拟合范围是否可信。 35 分钟