晶体结构(1)ppt课件.ppt

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1、第三章晶体结构第一节原子晶体、分子晶体和金属晶体结构概述一、原子晶体结构(惰性气体低温凝聚态)二、分子晶体结构（a-硫，白磷）三、金属晶体（A1面心；A2体心；A3六方密堆；A4金刚石结构）离子晶体（NaCl）金属氢键晶体（硼酸）共价键晶体（锑化銦）分子晶体（固态氩）混合键晶体（石墨）各种晶体类型示意图各种类型晶体的特征晶体类型离子晶体共价晶体金属晶体分子晶体结构特征正负离子相间最密堆积，离子键，键能较高约800kJ/mol共价键结合，有方向性和饱和性，键能约80kJ/mol金属键结合，无方向性，配位数高，键能约80kJ/mol范得华力结合，键能低，约8-40k

2、J/mol例NaCl,CaF2,Al2O3Si,InSb,PbTeFe,Cu,WAr,H2,CO2热学性质熔点高熔点高热传导性良好熔点低，热膨胀率高力学性质强度高，硬度高，质地脆强度和硬度由中到高，质地脆具有各种强度和硬度，压延性好强度低，可压缩，硬度低电学性质低温下绝缘，某些晶体有离子导电，熔体导电绝缘体或半导体，熔体不导电固体和熔体均为良导体固体和熔体均为绝缘体光学性质多为无色透明，折射率较高透明晶体具有高折射率不透明，高反、折射率呈现组成分子的性质典型AB与AB2型晶体结构NaCl型CsCl型立方ZnS型六方ZnS型萤石型金红石型第二节典型无机化合物晶体结

3、构1．NaCl(岩盐，Rocksalt)型结构晶体的研究方法球体紧密堆积方式配位多面体的连接方式晶胞的投影图晶胞坐标图从配位多面体看，Cl-离子形成一套面心立方晶格，而Na+离子是充填在Cl-离子面心立方晶格的所有八面体空隙之内。按照鲍林第一规则，正负离子半径比rc/ra应该在0.414-0.732之间。由于面心立方密堆积结构中，八面体空隙与原子之比是1：1，因此该结构的化合物具有理想的化学计量比MX。根据鲍林静电价规则，S=Z/nNaCl:每一个Na+静电键强度是1/6.正负离子的配位数相等，都是6。因此键强度总和达到氯离子的价电荷数(6x(1/6)=1)若以

4、Z表示单位晶胞中的“分子”数（相当于单位晶胞中含NaAl的个数），在NaAl晶体中，Z=4。用坐标系法给出单位晶胞中各个质点的空间坐标。其中：Cl—：000，1/21/20，1/201/2，01/21/2；Na+：001/2，1/200，01/20，1/21/21/2。这种方法描述晶体结构最规范。许多AB型的化合物，包括许多陶瓷材料如MgO,CaO,NiO,CoO,MnO和PbO等都形成该结构。MgO:阳离子Mg2+的静电键强度是2/6,键强度总和等于氧离子O2-的电价6x(2/6)=2CaO:(在水泥熟料中的不良作用)方解石(CaCO3)岩盐型结构还是若干复杂

5、层状化合物结构的一部分。CsCl晶格Cs+和Cl-各形成一套简单立方格子，两套简单格子交叠而成。rc/ra:1－0.732配位数：8：8立方晶系，a0=0.540，Z=4。ZnS是立方面心格子，S2—离子位于立方面心的节点位置，而Zn2+离子交错的分布于立方体中1/8小立方体的中心。Zn2+离子的配位数是4，S2—离子的配位数也是4(r+/r-=0.436？)。图（B）是投影图，相当于俯视图。图（C）则是按多面体连接方式表示的β-ZnS结构。它是由Zn-S四面体以共顶的方式相连而成。闪锌矿（立方ZnS）结构S2-：000；0½½；½0½;½½0Zn2+：¼¼¾；

6、¼¾¼；¾¼¼;¾¾¾结构型式化学组成比n+/n-负离子堆积方式正负离子配位数比CN+/CN-正离子所占空隙种类正离子所占空隙分数立方ZnS型1:1立方最密堆积4:4正四面体1/2离子堆积描述属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSbSZn••••闪锌矿（立方ZnS）结构萤石（CaF2）型结构立方晶系Fm3m空间群，a0=0.545nm，Z=4。AB2型化合物，rc/ra>0.732（0.975）配位数：8：4Ca2+作立方紧密堆积，F-填入全部四面体空隙中。注意：所有八面体空隙都未被占据。Ca2+产地:甘肃省肃北县图C给出了CaF2晶体结构以

7、配位多面体相连的方式。Ca2+位于立方体中心，F-则位于立方体的角顶，立方体之间是以共棱关系相连。在CaF2晶体结构中，由于以Ca2+离子形成的紧密堆积中，全部八面体空隙都没有被充填，因此，八个F-离子之间就形成一个“空洞”，这些“空洞”为F-离子的扩散提供了条件。所以，在萤石型结构中，往往存在着负离子扩散的机制。萤石（CaF2）型结构萤石型结构的氧化物在结构陶瓷和功能陶瓷方面具有重要的技术应用。如CeO2、ZrO2、UO2等。萤石结构的衍生结构如焦绿石（通式A2B2O7,Gd2Ti2O7）。氧化锆多形体的结构具有萤石型结构的ZrO2是立方相，其还有四方相和单斜

8、相。它们之间发生多晶转变