[化学竞赛辅导课件]晶体的结构和性质

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1、晶体的结构和性质竞赛讲座---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。固态物质又可以分为晶体和无定形体。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：决定结构性能反映第一节晶体的结构1、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、晶体的分类一、晶体的分类2、按成键特点分为：原子

2、晶体：金刚石离子晶体：NaCl分子晶体：冰金属晶体：Cu图片１图片2图片3图片4图片5BBO晶体二、晶体性质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、晶体的点阵理论在讨论晶体的空间结构时，可用两种方式表达晶体结构的周期性排布规律。一种是将实际晶体划分为一个个完全相同的平行六面体----晶胞，通过晶胞来研究，另一种是用抽象的数学---点阵和平移群来描述。下面予以讨论：概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单

3、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。1、晶体的点阵理论（1）点阵（1）直线点阵（2）平面点阵（2）、正当格子对于一个确定的平面点阵，平移向量a和b可有多种选择，按选择的向量可将平面点阵连成平面格子，平面格子中的每个平行四边形称为一个单位。每个单位顶点位置的阵点为四个单位共用，故对每个单位的贡献是1/4，每个单位边上的点阵点为两个单位共用，对每个单位的贡献是

4、1/2；每个单位内部的点阵点为该单位独有，贡献为1。晶体结构=点阵+结构基元（3）、点阵和晶体结构的关系晶体结构的周期性包含两个方面：一是周期性的大小和变化规律；二是周期性变化的具体内容（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）。前者用点阵表示，后者用结构单元表示。所以晶体结构可用下式表示：2、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，它们将点阵划分成一个个完全等同的平行六面体，它代表晶体结构的最小重复单位称为晶胞。晶胞一定是一个平行六面体，其三条边的长度不一定相等，也不

5、一定互相垂直，晶胞的形状和大小由具体晶体的结构决定。晶胞不能是八面体或六方柱体等其他形状，因为这些形状不能简单的用平移向量重复，因而不能满足周期性，其中矢量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。晶胞结构图晶胞晶格与晶胞晶胞的划分对称性晶系正当晶胞正当晶胞素晶胞：含1个结构基元复晶胞：含2个以上结构基元晶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

6、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。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。晶胞中质点个数的计算：顶点：微粒个数×1/8棱上：微粒个数×1/4面心：微粒个数×1/2体心：微粒个数×11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：1立方晶系(c)：在立方晶胞4个方向体对角线上均有三重旋转轴(a=b=c,α=β=γ=90º)2六方晶系(h)：有1个六重对称轴(a=b,α=β=90º,γ=120º)

7、第二节、晶体结构的对称性一、晶体的对称性晶系3、四方晶系(t)：有1个四重对称轴(a=b,α=β=γ=90º)4、三方晶系(h)：有1个三重对称轴(a=b,α=β=90º,γ=120º)5、正交晶系(o)：有3个互相垂直的二重对称轴或2个互相垂直的对称面(α=β=γ=90º)6、单斜晶系(m)：有1个二重对称轴或对称面(α=γ=90º)7、三斜晶系(a)：没有特征对称元素1晶系立方Cubica=b=c,===90°四方Tetragonala=bc,===90°正交Rhombicabc,===

8、90°三方Rhombohedrala=b=c,==90°a=bc,==90°=120°六方Hexagonala=bc,==90°,=120°单斜Monoclinicabc==90°,90°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