离子化合物晶体结构.ppt

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1、典型的离子化合物的晶体结构描述离子晶体结构的三种方法:坐标法:给出单位晶胞中各个原子的空间坐标如在NaCl晶体中,4个Cl-:[(0,0,0)、<1/2,1/2,0>]4个Na+:[<0,0,1/2>、(1/2,1/2,1/2)]球体密堆法:阴离子紧密堆积,阳离子处于阴离子配位多面体的间隙之中如NaCl晶体:Cl-按FCC密堆,Na+处于全部的八面体间隙配位多面体及其连接法:对于比较复杂的晶体,用这种方法有利于认识和理解晶体结构。例如:在硅酸盐晶体结构中,经常采用这种方法,但对结构简单的晶体,这种方法反而不一定方便。典型的离子化合物:AB、AB2、A2B3、ABO3、AB2O4型1、A

2、B型NaCl型(岩盐型)rocksaltstructureFCC点阵结构单元Na-ClCl-按FCC密堆,Na+位于Cl-的八面体间隙,也构成FCC点阵,两套FCC点阵沿1/2<100>方向平移按Pauling规则验证:类似的结构:MgO、CaO、TiC、ZrN、TiN、NaI、BaO、MnO、CdO、CoO等NaCl型(岩盐型)rocksaltstructure(2)CsCl型简单立方点阵可以看成是两个简单立方点阵穿插而成的超点阵,沿1/2<111>方向平移CN+=CN-=8,Cl(0,0,0)、Cs(1/2,1/2,1/2)类似的结构有:CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl等(3

3、)ZnS闪锌矿结构(立方)Zincblende,sphaleriteFCC点阵,-ZnSS2-占据FCC的结点,Zn2+占据不相邻的四个四面体间隙CN+=CN-=4,S2-:(0,0,0)、<0,½,½>;类似的晶体有:-SiC、GaAs、AlP等ZnS纤锌矿结构(六方)Wurtzite简单六方点阵,-ZnSS2-占据结点,Zn2+占据图示的6个四面体间隙(1/2的四面体间隙)CN+=CN-=4,S2-:(0,0,0)、(2/3,1/3,1/2);Zn2+:(0,0,u),(2/3,1/3,(u-1/2)),u=0.875类似的晶体有:BeO、ZnO、AlN等2、AB2型萤石型(

4、CaF2)结构fluorspar/FluoritestructureFCC点阵Ca2+占据结点,F-占据所有的四面体间隙Ca2+位于F-的六面体中心CaF2熔点低,在陶瓷材料中可用作助熔剂。类似的晶体:ThO2、UO2、CeO2、BaF2、PbF2、SrF2等萤石型(包括反萤石型)结构特征:结构中含有一个较大的空隙,有利于离子的迁移,可作为固体电解质。反萤石型结构Anti-fluoritestructure结构特征:正负离子与萤石型结构正好相反阴离子占据FCC结点,阳离子占据所有的四面体间隙反萤石型化合物:Li+、Na+、K+的氧化物、硫化物、硒化物、碲化物等(A2B型)ZrO2氧化锆

5、Zirconia常温下单斜相,1100℃以上是四方相近似的萤石型结构高温陶瓷材料、固体电解质(燃料电池中使用)、发热体等金红石型结构(TiO2)Rutile简单正方(四方)点阵两个Ti4+:(0,0,0)、(½,½,½)四个O2-:(u,u,0)、(1-u,1-u,0)、(½+u,½-u,½)、(½-u,½+u,½)u=0.31金红石是TiO2的一种常见的稳定结构,此外TiO2还有板钛矿、锐钛矿晶体结构。金红石在工业生产中也称为钛白粉,是一种重要的电容器材料类似的晶体:PbO2、MnO2、MoO2、GeO2、SnO2、NbO2等3、A2B3型-Al2O3,刚玉(-corundum)

6、简单六方点阵O2-构成HCP结构,Al3+占据八面体间隙每个O2-同时与4个Al3+形成离子键••••••••••••••••••*有1/3的八面体间隙是空的,Al3+只占据了2/3的八面体间隙Al3+的排布满足一条规则--同类离子尽可能远离-Al2O3的结构胞:

7、OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlF

8、OAAlDOBAlE…O2-总数=6×1/6+2×1/2+3×3+2×1/3×6+2=18Al3+总数=2×6=12-Al2O3的用途:常见的陶瓷材料,透明Al2O3陶瓷可用于高压钠灯灯管-Al2O3,刚玉(-corundum)白宝石--无色红宝石--掺C

9、r蓝宝石--掺Fe和Ti绿宝石--掺Co、Ni和V黄宝石--掺Ni铁刚玉--黑色,掺Fe2+和Fe3+Al2O3宝石:单晶体4、ABO3型BaTiO3、CaTiO3钙钛矿结构(perovskite)简单立方点阵可看成是较大的Ba2+和O2-一起构成FCC结构,Ba2+占据顶点,O2-占据面心;Ti4+位于O2-的八面体间隙实际上是三类简单立方点阵相互穿插而成的复合点阵(Ba2+、O2-、Ti4+的简单立方点阵)。应用:铁电性,电子陶瓷、电容器材

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