晶体结构基本规则.ppt

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1、晶体结构基本规则一、原子和离子半径二、球体紧密堆积原理三、配位多面体规则四、哥希密德结晶化学定律五、鲍林规则一、原子和离子半径在晶体结构中，原子和离子的大小，特别是相对大小具有重要的几何意义。原子和离子是由原子核和核外电子所组成的。它们能占据一定的空间（体积）。如果将这个空间视为球形的话，球的半径应为原子或离子的半径。绝对半径和有效半径绝对半径：按量子力学的观点，选出一个人为的电子云界面，从而可以计算出各种原子或离子的半径，此值称为原子或离子的绝对半径（理论半径）。有效半径：由实验方法得到的原子或离子半径称为原子或离子的有效半径。可理解为

2、原子或离子键合时它们之间各自存在的其他原子或离子不能入侵的作用力范围。类型：共价半径：同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距的一半称为该原子的共价半径。金属半径：金属单质晶格中，两相邻原子核间距离的一半称为该原子的金属半径。范德华半径：当两原子间未形成其他化学键而仅存在范德华作用时，相邻两原子核间距的一半称为范德华半径。规律对于同种元素的原子半径而言，共价半径总小于金属半径和范德华半径，且范德华半径存在较大的可能变化的范围。对于同种元素的离子半径而言，阳离子半径小于原子半径，阴离子半径大于原子半径。同一周期的元素中，在周期表的水平方

3、向上，原子和离子半径随原子序数的增大而减小。同一族元素，即周期表垂直方向上，原子、离子半径随元素周期表的增大而增大。从周期表的左上方到右下方的对角线方向上，原子和离子的半径相近。镧系和锕系元素中，其原子和离子半径在总的趋势上，随原子序数的增加而逐渐缩小，这种现象称为镧系、锕系收缩。同种元素，电价相同的情况下，原子和离子半径随配位数的增高而增大。二、紧密堆积原理构成晶体的质点（原子和离子）都被看成球状。这些球状质点按一定规律排列形成晶体。在晶体结构中，质点之间趋向于尽可能的相互靠近以占有最小空间及达到内能最小。由于离子键、金属键无方向性和无

4、饱和性，金属原子或离子之间的相互结合，可视为球体的紧密堆积，从而可用球体的紧密堆积原理对其进行分析。1、等大球体的最紧密堆积等大球体在一个平面内的最紧密堆积只有一种方式。此时每个球体周围有六个球围绕，并在球体之间形成两套数目相等、指向相反（向上记做U，向下记做D）的弧线三角形空隙，两种空隙相间分布。为了获得最紧密堆积，堆积第二层时只有一种方式：第二层球体堆积于第一层空隙U或D之上（这两种方式是等价的），但只能占据一半空隙位。第三层堆积有两种方式：第一种方式：第三层球的位置重复第一层球的位置，形成ABABAB……的堆积方式；反复按U-D-U

5、-D-U-D空隙的规律堆积球层第二种方式：第三层球堆积在既不重复第一层也不重复第二层球的位置上，ABCABCABC……的交错堆积；反复按U-U-U-U-U-U空隙的规律堆积球层由上述规律可知，若按ABABAB……两层重复一次的规律重复堆积，此时球体在空间的分布恰好与空间格子中的六方格子一致，故这种方式的堆积称为六方最紧密堆积（HCP）。若按照ABCABCABC……三层重复一次的规律堆积，则球体在空间的分布与空间格子中的面心立方格子一致。此种堆积方式称为立方最紧密堆积（CCP）。15非最紧密堆积方式：体心立方Chapter2Structur

6、eofMaterials六方最紧密堆积和立方最紧密堆积这两种堆积方式是最常见的最紧密堆积方式。四面体空隙：由四个球围成的八面体空隙：由六个球围成的2、两种空隙在六方最紧密堆积及面方最紧密堆积中，球体之间仍有空隙，空隙占整个空间的25.95%。17fccn=4Chapter2StructureofMaterials空间利用率的计算（立方最紧密堆积为例）（100）面对角线方向上三个球紧密接触，假设球的半径为R18hcpn=6Chapter2StructureofMaterials空间利用率的计算（六方最紧密堆积为例）四面体空隙和八面体空隙的数

7、目与球体数目之间的关系（如图）四面体空隙：Q与位于其下层的三个球；1-2-Q与下层的等大球；3-4-Q与下层的等大球；5-6-Q与下层的等大球；共形成4个四面体空隙。如在第三层上再放一层，则总共是8个四面体空隙。六方最紧密堆积--ABABAB面心立方最紧密堆积--ABCABC四面体空隙：Q与位于其下层的三个球；1-6-Q与下层的等大球；5-4-Q与下层的等大球；2-3-Q与下层的等大球；共形成4个四面体空隙。如在第三层上再放一层，则总共是8个四面体空隙。四面体空隙和八面体空隙的数目与球体的数目之间的关系（如图）八面体空隙：构成D空隙的三个

8、球与其下层的三个球一起分别形成3个八面体空隙，如在第三层上再放一层，则总共是6个八面体空隙。六方最紧密堆积--ABABAB面心立方最紧密堆积--ABCABC八面体空隙：构成U空隙的三个球与其下