化学竞赛专题辅导资料——晶体结构.doc

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1、郴州市二中高一化奥班辅导资料——晶体结构（2008-05-28）【涉及概念和内容】根据《化学课程标准》和中学化学教材以及《物质结构与性质》选修教材，晶体结构涉及的内容包括：（1）基本概念：周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌；（2）堆积方式：面心立方、六方、体心立方和简单立方堆积；（3）晶体种类和性质：金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体，自范性、各向异性、金属晶体的导电导热和延展性、X－射线衍射。这些内容看似零碎，实际上它们有着密切的内在联系，了解和建立它们的关系，对于晶体结构的教与学，深刻理解晶体结构和性质

2、，掌握核心、突出重点都是很重要的。它们的联系可以用下面的结构表示，其中堆积类型是联系晶体基本概念、基本结构与不同晶体类型的结构和性质的桥梁。一、晶体的结构1、晶体的概念晶体是质点（原子、分子、离子）在空间有规律周期性地重复排列，是具有规则的多面体固体物质。2、晶体的特点性质晶体非晶体自范性有无熔点固定不固定各向异性有无X-衍射（粉末）明锐线条漫峰X-衍射（单晶）明锐斑点模糊不清解理有无辅导老师：陈利平第34页共34页QQ:44118077自范性：在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形（晶体的形貌）。非晶体不能呈现多面体的外形。晶态石英的谱图非晶态石英

3、的谱图3、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。晶体结构=点阵+结构基元结构基元：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。（1）直线点阵辅导老师：陈利平第34页共34页QQ:44118077（2）平面点阵（3）晶胞（晶胞是人为划定的，为平行六面体）空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两

4、个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。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。图1晶胞结构图2晶胞与晶格辅导老师：陈利平第34页共34页QQ:44118077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【例】：赤铜矿Cu2O的原子坐标，晶胞中占有2个O原子，4个Cu原子。晶胞知识要点晶胞一定是一个平行六面体，其三边长度a,b,c

5、不一定相等，也不一定垂直。·划分晶胞要遵循2个原则：一是尽可能反映晶体内结构的对称性；二是尽可能小。·辅导老师：陈利平第34页共34页QQ:44118077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。（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。平行六面体之间没有任何空隙，同时相邻的几个平行六面体均能共顶点相连接。）习用晶胞是平行六面体，称为布拉维晶胞布拉维系（Bravaissystem)辅导老师：陈利平第34页共34页QQ:441180774、晶胞种质点个数的计算根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式解答这类试题，通常采用分摊法。因为

6、在一个晶胞结构中出现的多个原子，并不是只为这一个晶胞所独立占有，而是为多个晶胞共用，所以每一个晶胞只能按比例分摊。分摊的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，则每个晶胞只能分得这个原子的。具体地，根据晶胞（晶体中最小重复单位）求晶体中粒子个数比的方法是：①处于顶点的粒子，同时为8个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；②处于棱上的粒子，同时为4个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞；③辅导老师：陈利平第34页共34页QQ:44118077处于面上的粒子，同时为两个晶胞共有，每个粒子有属于晶胞。【例1】现在四种晶体，其离子排列方式如图所示，其中化学式正确的是（）AB2

7、EF2XY3ZAB（A）（B）（C）（D）【例2】最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子（如左图所示），顶角和面心的原子是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，它的化学式是。5、晶体结构的密堆积原理许多晶体中的粒子（包括原子、分子或离子等）总是倾向于采取密堆积的结构，即具有堆积密度大、粒子的配位数高、能充分利用空间等结构特点。密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。密堆积原理是我们研究晶体结构，理解晶体结构的基本原理与实际晶体结构之间关系，解决晶体结构实际问题的重要工具。（1）．定义：所谓密堆积结构是指由无方向性的金