晶体结构.ppt
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1、第七章第七章 晶体晶体结结构构 n n固体nsolidsn 8.1 晶体的特征n 8.2 晶体的基本类型及其结构n 8.3 离子的极化1.8.1 晶体的特征n一、宏观特征n (一)规则外形(指天然或从溶液中生长的晶体,未经人工加工);n (二)固定熔点;n (三)各向异性:导热、导电、膨胀系数、折射率等物理性质。n 作为对比:无定形体(玻璃、沥青、石蜡等)冷却凝固时无规则外形、无固定熔点、物理性质是各向同性。2.8.1 晶体的特征(续)n二、结构特征(微观)n 晶体夹角守恒定律:一个确定的晶体的表面夹角(,简称晶角)保持不变,不管其形成条件和宏观外形是否有缺陷。n 晶胞参数晶胞参数:(教材P.
2、208图图9-1)3个个边长边长(a,b,c)3个晶面个晶面夹夹角角(,)3.三、晶体三、晶体7种晶系种晶系和和14种晶格种晶格(点(点阵阵)n按晶体按晶体对对称性称性划分,把晶体分划分,把晶体分为为7种晶系种晶系,每种晶系又,每种晶系又分分为为若干种晶格,共若干种晶格,共14种晶格种晶格。教材教材P.209,表表9.1(补补充充“晶格晶格”一一栏栏):n 晶系 晶格(点阵,Bravias,教材P.210 图9-5)n 立方 3n 四方 2n 正交 4n 单斜 2n 三斜 1n 六方 1n 三方 1小计:7 144.四、晶体的内部结构n(一)晶格晶格(Crystal lattice)(几何概念
3、)n 指组成晶体的质点,(原子、分子、离子、原子团等)在空空间间作有有规则规则的的周期性排列周期性排列所组成的格子格子。n 共14种晶格(见上),分属于7种晶系n(二)晶胞晶胞(Cell)n 能表达晶体结构的最小重复最小重复单单位位。n 换言之:胞晶胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶晶体体。n(三)结结点点n 即晶格结构中固定的点点。5.8.2 晶体的基本晶体的基本类类型及其型及其结结构构n 按占据晶格结点在质质点种点种类类及质质点互相点互相间间作用力作用力划分为4类。n晶格类型 例 占据结点的质点 质点间作用力 金属晶体 Na,Fe 金属原子、阳离子 金属键 (不含自由电子)离子晶体 N
4、aCl,CaF2 阴离子、阳离子 离子键 原子晶体 金刚石,Si,SiC 原子 共价键 分子晶体 N2,H2O,CO2 分子 范德华力(可能有氢键)6.一、金属晶体 表9-1 金属晶体的4种晶格(教材P。213-215)金属原子堆积方式 晶格类型 C.N.空间利用率%实例(教材P。215 表9-2)简单立方堆积(SCP)A.A 简单立方 6 个别 52-Po 钋(极少)体心立方堆积(bcp)AB.AB体心立方 8 少 68 面心立方密堆积(fcp)ABC.ABC面心立方 12 多 74 六方密堆积(hcp)AB.AB六方 12多 747.一、金属晶体(续)n(一)堆积方式n 简单立方堆积:A.
5、An 体心立方堆积:AB.ABn 百心立方密堆积:ABC.ABCn 六方密堆积:AB.ABn A层六角形,B层三角形,n 不同于体心立方堆积中的正方形。8.(二)空间利用率计算n 例1:体心立方晶胞中金属原子的空空间间利用利用率率计计算算(教材P.213,图9-10)n(1)计算每个晶胞含有几个原子:n 1 +8 1/8 =2n 体心立方晶胞:中心有1个原子,n 8个顶点各1个原子,每个原子被8个 晶胞共享。9.(二)空间利用率计算(续)n(2)原子半径r 与晶胞边长a 的关系:n 勾股定理:2a 2 +a 2 =(4r)2n 底面对角线平方 垂直边长平方 斜边平方n 得:10.(二)空间利用
6、率计算(续)n(3)空间利用率n n=晶胞含有原子的体积/晶胞体积 100%n =11.例2:求面心立方晶胞的空间利用率n解:晶胞边长为a,原子半径为r.n据勾股定理:a 2+a 2 =(4r)2 a=2.83 rn 每个面心立方晶胞含原子数目:8 1/8+6 =4 8个顶点各1个原子,为8个晶胞共享;6个面心,各1个原子,为2个晶胞共享.%=(4 4/3 r 3)/a 3 =(4 4/3 r 3)/(2.83 r)3 100=7412.(三)金属晶体特点n多数采面心立方或六方密堆积,配位数高(12)、熔、沸点高。n少数例外:Na、K、Hg。13.二、离子晶体n(一)离子晶体的基本特征n1.占
7、据晶格结点的质点:正、负离子;n 质点间互相作用力:静电引力(离子键)n 2.整个晶体的无限分子:n NaCl、CaF2、KNO3为最简式。n 3.晶格能U,熔、沸点 (掌握玻恩-哈伯计算)n4.熔融或溶于水导电。14.(二)5种最常种最常见类见类型离子晶体的空型离子晶体的空间结间结构特征构特征(教材P.218图9-15)类型负离子晶格正离子占据空隙C.N.每个晶胞含有CsCl简单立方 八面体(也是简单立方晶格)Cs+8Cl-88:8Cs+:Cl-=1:1NaCl面心立方八面体(也是面心立方晶格)6:6Na+:Cl-=4:4立方ZnS(闪锌矿)面心立方1/2的四面体空隙(也是面心立方晶格)4:
8、4Zn2+:S2-=4:415.(二)5种最常种最常见类见类型离子晶体的空型离子晶体的空间结间结构特征构特征(续续)(教材P.218图9-15)类型负离子晶格正离子占据空隙C.N.每个晶胞含有CaF2萤石简单立方 的立方体空隙(Ca2+呈面心立方晶格)Ca2+8 F-4(8:4)Ca2+:F-=4:8TiO2金红石四方体心八面体(Ti4+呈压缩的体心立方晶格)Ti4+6O2-3 Ti4+:O2-=2:416.(三)半径比规则n离子晶体为什么会有C.N.不同的空间构型?n这主要由正、负离子的半径比(r+/r-)决定。n ,则C.N.;,则C.N.n例:NaCl(面心立方)晶体(教材P.219图9
9、-16)n 令 ,则 ,n 据勾股定理:得:17.(三)半径比规则(续)n即 时:n 正、负离子互相接触n 负离子两两接触n则负离子互相接触(排斥力),而正、负离子接触不良,迫使晶体转为较小的配位数,如 4:4配位(立方ZnS型);n 2.若 (NaCl型面心立方,6:6配位)n 3.若 n 正离子周围可以接触上更多的负离子,使配位数转为8:8(CsCl型简单立方)18.(三)半径比规则(续)说明:n 1.“半径比规则”把离子视为刚性球,适用于离子性很强的化合物,如NaCl、CsCl等。否则,误差大。n 例:AgI(c)r+/r-=0.583.n 按半径比规则预言为NaCl型,实际为立方ZnS
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