无机化学第七章 晶体结构.ppt

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1、第七章晶体结构固体solids8.1晶体的特征8.2晶体的基本类型及其结构8.3离子的极化8.1晶体的特征一、宏观特征（一）规则外形（指天然或从溶液中生长的晶体，未经人工加工）；（二）固定熔点；（三）各向异性：导热、导电、膨胀系数、折射率等物理性质。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。8.1晶体的特征(续)二、结构特征（微观）——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。晶胞参数:(教材P.208图9-1)3个边长（a，b，c)3个晶面夹角（，，)三

2、、晶体7种晶系和14种晶格（点阵）按晶体对称性划分，把晶体分为7种晶系，每种晶系又分为若干种晶格，共14种晶格。教材P.209,表9.1(补充“晶格”一栏)：晶系晶格（点阵，Bravias，教材P.210图9-5）立方3四方2正交4单斜2三斜1六方1三方1小计：714四、晶体的内部结构（一）晶格（Crystallattice）（几何概念）——指组成晶体的质点，（原子、分子、离子、原子团等）在空间作有规则的周期性排列所组成的格子。共14种晶格（见上），分属于7种晶系（二）晶胞（Cell）——能表达晶体结构的最小重复单位。换言之：胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶体。（三）结点——

3、即晶格结构中固定的点。8.2晶体的基本类型及其结构——按占据晶格结点在质点种类及质点互相间作用力划分为4类。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NaCl,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)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

4、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74一、金属晶体（续）（一）堆积方式简单立方堆积：A.A体心立方堆积:AB.AB百心立方密堆积:ABC.ABC六方密堆积：AB.ABA层六角形，B层三角形，不同于体心立方堆积中的正方形。（二）空间利用率计算例1：体心立方晶胞中金属原子的空间利用率计算(教材P.213,图9-10)（1）计算每个晶胞含有几个原子:1+8×1/8=2体心立方晶胞：中心有1个原子，8个顶点各1个原子，每个原子被8个晶胞共享。（二）空间利用率计算（续）（2）原子半径r与晶胞边长a的关系：勾股定理：2a2+a2=(

5、4r)2底面对角线平方垂直边长平方斜边平方得：（二）空间利用率计算（续）（3）空间利用率=晶胞含有原子的体积/晶胞体积100%=例2：求面心立方晶胞的空间利用率解：晶胞边长为a，原子半径为r.据勾股定理：a2+a2=(4r)2a=2.83r每个面心立方晶胞含原子数目：81/8+6½=48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r3)/a3=(44/3r3)/(2.83r)3100=74（三）金属晶体特点多数采面心立方或六方密堆积，配位数高（12）、熔、沸点高。少数例外：Na、K、Hg。二、离子晶体（一）离子晶体的基本

6、特征1.占据晶格结点的质点：正、负离子；质点间互相作用力：静电引力（离子键）2.整个晶体的无限分子：NaCl、CaF2、KNO3…为最简式。3.晶格能U↑，熔、沸点↑（掌握玻恩-哈伯计算）4.熔融或溶于水导电。（二）5种最常见类型离子晶体的空间结构特征(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）4:4Zn2+:S2-=4:4（二）5

7、种最常见类型离子晶体的空间结构特征(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½的立方体空隙（Ca2+呈面心立方晶格）Ca2+8F-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+6O2-3Ti4+:O2-=2:4(三)半径比规则离子晶体为什么会有C.N.不同的空间构型？这主要由正、负离子的半径比（r+/r-）决定。↑,则C.N.↑；↓,则C.N.↓例：Na