2014化学竞赛培训晶体结构.ppt

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1、晶体的结构和性质12014年江苏省高中化学竞赛夏令营晶体结构内容的相互关系密堆积原理是一个把中学化学的晶体结构内容联系起来的一个桥梁性的理论体系。2第一节晶体的结构物质有三种聚集形态固态气态液态准晶体晶体非晶体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）4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：Cu51晶体的性质与结构特征固体就是晶体吗?晶莹透亮的固体就是晶体吗？到底什么是晶体？6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

2、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。789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10图片１11图片212图片313图片4BBO晶体14二、晶体性质(1)宏观性质的均匀性晶体内部各部分的宏观性质相同,称为晶体性质的均匀性。例如，化学成分、密度等。非晶体也有均匀性。15将石蜡滴在云母片上，加热使其展开，结果呈椭圆形。说明石蜡在不同方向受热状况不一样。⑵各向异性16晶体中，描述光学特性的参量与方向有关，因方向而异。1718(3)晶体的

3、自范性晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸多面体外形，满足欧拉定理：F（晶面数）+V（顶点数）=E（晶棱数）+219如果我们给下面的晶体加热，随时间的变化，观测晶体状态和温度所发生的变化。⑷有明显确定的熔点20随时间的推移，温度升高，到达某一温度时，晶体开始融化，此时温度保持不变，待晶体全部融化，温度又开始升高。晶体有固定的熔点21融化：从本质上讲就是被束缚在固定位置上的粒子能够自由移动。既然它们是在同一温度下融化，表明同类粒子所处的周围环境完全相同，只要某一局部在特定的温度下可以融化，整个晶体在此温度下都将融化。22⑸有特定的对称性23(6)晶体

4、的X射线衍射效应晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X光波长相当,能够对X光产生衍射:24三、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。25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=点阵+结构基元262728例1、2002年江苏夏令营选拔赛⑴两种

5、铜溴配合物晶体中的一维聚合链结构的投影图(其中部分原子给出标记)如下。①分别指出两种结构的结构基元由几个Cu原子和几个Br原子组成：图⑴为个Cu原子，Br原子；图⑵为个Cu原子，个Br原子。2930（2）平面点阵最简单的情况是等径圆球密置层.每个球抽取为一个点.这些点即构成平面点阵.在二维方向上排列的阵点,即为平面点阵.3132选择两个不平行的单位向量a和b,可将平面点阵划分为并置的平行四边形单位,称为平面格子.二维点阵格子的划分33划分平面格子的规则应尽量选取具有较规则的形状的、面积较小的平行四边形单位.正当格子.平面正当格子只有4种形状5种型式34是否可以

6、斜着画???四个顶点完全一致?对称性?35例2、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原子投影重合，它们处于氧原子投影的六边形中心。3637381965年，Juza提出

7、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3、2006年江苏夏令营选拔赛3940（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(平移无隙)的平行六面体单位，称为点阵单位。41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42晶胞晶胞与晶格43如何选取平行六面体单位-并置堆砌；44砖头砌墙??45

8、4647晶胞知识要点晶胞一定是一个平行