晶体结构与结晶化学

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1、晶体结构与结晶化学第一部分晶体的结构1、晶体的分类按来源分为：天然晶体（宝石、冰、砂子等）人工晶体（各种人工晶体材料等）一、晶体的分类按成键特点分为：原子晶体：金刚石离子晶体：NaCl分子晶体：冰金属晶体：Cu晶体的定义“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。”注意：（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断；（2）周期性是晶体结构最基本的特征。晶体不仅与我们的日常生活密不可分，而且在许多高科技领域也有着重要的应用。晶体的外观和性质都是由其内部结构决定的：决定结构性能反映二、晶体

2、性质⑴均匀性⑵各向异性⑶自发地形成多面体外形F+V=E+2其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱⑷有明显确定的熔点⑸有特定的对称性⑹使X射线产生衍射三、晶体的点阵结构概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。结构基元：在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。晶体结构

3、=点阵+结构基元（1）直线点阵例1、（2）平面点阵例2、2002年江苏夏令营选拔赛例3、2005年江苏夏令营选拔赛铌酸锂(LiNbO3)是性能优异的非线性光学晶体材料，有多种性能，用途广泛，在滤波器、光波导、表面声波、传感器、Q－开关以及激光倍频等领域都有重要的应用价值，因而是一种重要的国防、工业、科研和民用晶体材料。铌酸锂的优异性能与它的晶体结构是密不可分的，单晶X－射线衍射测试表明，铌酸锂属三方晶系，晶胞参数a=b=5.148Å，c=13.863Å；密度为4.64g/cm3沿着c轴方向的投影见下图，其中Li和Nb原子投影

4、重合，它们处于氧原子投影的六边形中心。1965年，Juza提出石墨层间化合物组成是LiC6，锂离子位于石墨层间，其投影位于石墨层面内碳六圆环的中央。试在下图中用“·”画出Li的位置。并在此二维图形上画出一个晶胞。例4、2006年江苏夏令营选拔赛（3）晶胞空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。相应地，按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。矢量a，b，c的长度a，b，c及其相互间的夹角α，β，γ称为点阵参数或晶胞参数。晶胞结构图晶

5、胞的二个要素晶胞的二个基本要素：一是晶胞大小和形状；二是晶胞中各原子坐标位置。晶胞大小和形状可用晶胞参数表示；晶胞中原子位置可用分数坐标表示。原子分数坐标晶体中原子的坐标参数是以晶胞的3个轴作为坐标轴，以3个轴的轴长作为坐标轴单位的:因为x、y、z1，所以我们将x、y、z定义为分数坐标。晶胞知识要点晶胞一定是一个平行六面体，其三边长度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。划分晶胞要遵循2个原则：一是尽可能反映晶体内结构的对称性；二是尽可能小。并置堆砌整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。砖头砌墙??晶胞中质点个

6、数的计算《结构化学基础》（第四版）还增加一个选取晶胞的原则：“尽可能多的直角”。其实，晶胞有多少直角，是晶体对称性决定的，不是愿意多少的问题。第二部分、晶体结构的对称性一、晶体的对称性1晶系根据晶体的对称性，按有无某种特征对称元素为标准，将晶体分成7个晶系：立方Cubica=b=c,===90°（1）立方晶系(c)（2）六方晶系(h)六方Hexagonala=bc,==90°,=120°（3）四方晶系(t)四方Tetragonala=bc,===90°（4）三方晶系(h)三方Rhombohedrala=

7、b=c,==90°a=bc,==90°=120°（5）正交晶系(o)正交Rhombicabc,===90°（6）单斜晶系(m)：单斜Monoclinicabc==90°,90°（7）三斜晶系(a)：没有特征对称元素三斜Triclinicabc==90°2空间点阵型式根据晶体结构的对称性，将点阵空间的分布按正当单位形状的规定和带心型式进行分类，得到14种型式：⑻简单六方(hP)⑼R心六方(hR)⑽简单四方(tP)⑾体心四方(tI)⑿简单立方(cP)⒀体心立方(cI)⒁面心立方(

8、cF)⑴简单三斜(ap)⑵简单单斜(mP)⑶C心单斜(mC,mA,mI)⑷简单正交(oP)⑸C心正交(oC,oA,oB)⑹体心正交(oI)⑺面心正交(oF)体心晶胞举例Naa=429.06pm体心晶胞Z=2体心晶胞与简单晶胞辨异体心晶胞体心晶胞中的任何一个原子均可发生体心平移（在它的原子坐