晶体的结构举例(奥赛

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时间:2019-11-27

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1、例1:XeF2晶体结构已由中子衍射测定。晶体属四方晶系,a=431.5pm,c=699pm,晶胞中有两个分子,原子分数坐标为Xe(0,0,0),(1/2,1/2,1/2)F(0,0,z),(0,0,-z),(1/2,1/2,1/2+z),(1/2,1/2,1/2-z)(1)画出晶胞简图;(2)假定Xe—F键长200pm,计算非键F---F、Xe---F最短距离。晶体结构习题例举:1例2BaTiO3属于钙钛矿结构(八十年代中期发现的钇钡铜氧高温超导体具有钙钛矿衍生结构),Ba2+位于立方晶胞顶点处,Ti4+位于体心处,O2-位于面心处。(

2、1)写出各种离子的分数坐标;(2)写出晶体的结构基元;(3)有些教科书说,在这种晶体中,Ti4+位于立方晶胞顶点处,Ba2+位于体心处,O2-位于棱心处。这种描述是否有错?为什么?2例3:某三元离子晶体属立方晶系,a=400pm,顶点为A占据,棱心为B占据,体心为C占据。(1)出此晶体的化学组成;(2)写出各原子的分数坐标;(3)分别计算A-B及B-C最近距离;(4)指出A原子与C原子周围各有几个B原子配位。顶点A;棱心B;体心C3BaTiO3r(Ti4+)/r(O2-)=0.068nm/0.140nm=0.486>0.414CN+=6

3、r(Ba2+)/r(O2-)==0.135nm/0.140nm=0.964>0.732CN+=8,实际为12.4例4:AuCu无序结构为立方晶系,晶胞参数a=385pm[图(a)],其有序结构为四方晶系[图(b)]。若合金结构由(a)转变为(b),晶胞的大小看成不变,请回答(1)无序结构的点阵型式和结构基元;(2)有序结构的点阵型式、结构基元和原子分数坐标。5厦门大学《结构化学》P255中8.18题(林梦海等科学出版社2004年版)原题:AuCu无序结构为立方晶系,晶胞参数a=385pm[如下图(a)],其有序结构为四方晶系[如下图(b

4、)]。若合金结构由(a)转变为(b)时,晶胞大小看成不变,请回答:(1)无序结构的点阵型式和结构基元;(2)有序结构的点阵型式、结构基元和原子分子数坐标;(3)用波长154pm的X射线拍粉末图,计算上述两种结构可能在粉末图中出现的衍射线的最小衍射角(θ)数值。6参考解答:(1)无序结构为面心立方点阵(fcc),结构基元为Cu1-xAux()。Cu1-xAux代表统计原子;(2)有序结构为简单四方,可用图中顶点Au与底心Au原子构成更小的四方晶胞。Cu位于体心位置,1个Cu与1个Au构成结构基元(如下图所示),Au(0,0,0)Cu(1/

5、2,1/2,1/2)。四方晶系晶胞参数,c=385pm,7(3)无序结构是立方面心点阵(fcc),根据系统消光条件(h+k+l=奇数不出现)可知,最小衍射指标为(111);有序结构简单四方,无消光现象,其最小衍射指标为(001)或(100)或(010)。依据Bragg方程及面间距公式计算得出:对立方晶系,(111)衍射:8对四方晶系,(001)衍射:对四方晶系,(100)或(010)衍射:显然,对此四方结构(001)衍射的θ值最小。9例5:由于生成条件不同,C60分子可堆积成不同的晶体结构,如立方最密堆积和六方最密堆积结构。前者的晶胞参

6、数a=1420pm;后者的晶胞参a=b=1002pm,c=1639pm。(a)画出C60的ccp结构沿四重轴方向的投影图;并用分数坐标示出分子间多面体空隙中心的位置(每类多面体空隙中心只写一组坐标即可)。(b)在C60的ccp和hcp结构中,各种多面体空隙理论上所能容纳的“小球”的最大半径是多少?10(c)C60分子还可形成非最密堆积结构,使某些碱金属离子填入多面体空隙,从而制得超导材料。在K3C60所形成的立方面心晶胞中,K+占据什么多面体空隙?占据空隙的百分数为多少?解:(a)C60分子堆积成的立方最密堆积结构沿四重轴方向的投影图为

7、如右图。11八面体空隙中心的分数坐标为:(1/2,1/2,1/2),(1/2,0,0),(0,1/2,0),(0,0,1/2)。四面体空隙中心的分数坐标为:(1/4,1/4,1/4),(1/4,1/4,3/4),(3/4,1/4,1/4),(3/4,1/4,3/4),(1/4,3/4,1/4),(1/4,3/4,3/4),(3/4,3/4,1/4),(3/4,3/4,3/4)。12(b)首先,由晶体结构参数求出C60分子的半径R。由hcp结构的晶胞参数a求得:R=0.5a=0.5×1002pm=501pm也可由ccp结构的晶胞参数求R,

8、结果稍有差别。由C60分子堆积成的两种最密堆积结构中,空隙类型及数目都是相同的。四面体空隙所能容纳的小球的最大半径为:rT=0.225R=0.225×501pm=112.7pm八面体空隙所能容纳的小球的最大

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