单晶结构分析_精品文档优质PPT.ppt

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基于多晶聚集体与X射线的衍射作用的分析方法。

测定结构、研究聚集态性质、测定微结构等。

单晶,多晶,食盐（NaCl）,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,5,2022/11/2,ByDr.QingshengGao,6,2013年考试情况：

X射线部分占期末考35/100，题型包括填空题、简答题和证明题晶体结构及单晶分析为主，多晶分析较少（8分）简答题：

开放性题目，尽量多写！

填空题（10）：

1.7简答题（17）：

11.7证明题（8）：

5.1总分（35）：

18.5,X射线单晶衍射结构分析,现代化学研究方法与技术,暨南大学化学系高庆生Tel:

晶体结构的基础知识；

X射线单晶结构分析的基本原理；

X射线单晶结构分析的实例。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,8,第一节：

晶体结构的基础知识,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,9,什么是晶体?

原子、离子或分子周期性性排列,晶体材料科普专栏:

http:

/,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,10,实验室中的单晶,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,11,晶体的特性,均一性：

晶体的各个部位宏观性质相同。

各向异性：

晶体在不同的方向上具有不同的物理性质。

自限性：

晶体能自发地形成规则的几何外形。

对称性：

晶体在某些方向上的物理化学性质完全相同。

具有固定的熔点：

内能最小。

对X射线有衍射：

类似于光栅的作用,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,12,晶体结构=结构基元+点阵,（a）Cu（ophen）2分子的实际排列（b）Cu（ophen）2分子的抽象点阵点,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,13,点阵：

直线点阵、平面点阵、空间点阵。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,14,晶体结构和晶胞,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,15,晶胞参数,决定三维晶格的六个参数:

3条边-a,b,c3个角-,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,16,七大晶系,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,17,体对角线拉伸,单轴向拉伸,轴向拉伸,挤压a、b轴成60度,推a、c轴至大于90度,对称性最差,对称性最高,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,18,素晶胞和复晶胞,素晶胞（P）：

晶胞中只有一个点阵点复晶胞：

晶胞中超过一个点阵点,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,19,4种晶胞类型,P,F,I,c,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,20,体心立方格子（bcc）,Body-centered-cubic每个原胞有2个点阵点,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,21,面心立方格子（fcc）,face-centered-cubic每个原胞有4个点阵点,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,22,晶胞的选取,晶胞选取规则：

（1）对称性尽量高；

（2）夹角尽量为直角；

（3）晶胞中点阵点尽量少。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,23,14种Bravais晶格,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,24,晶体定向与晶面指数,用数字具体表示晶体（点阵）中复杂的点、线、面相对位置关系引入坐标系统，确定坐标轴（晶轴）及轴单位或轴率（轴单位之比）,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,25,空间点阵从各方向划为多组平行等距的平面点阵晶面。

晶面组划定后包括所有格点,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,26,不同的晶面具有不同的性质和行为（如原子面密度、表面能等；

又如各种物理性质、力学行为、相变、X光和电子衍射特性等）晶面的标定Miller指数（hkl）,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,27,数字hkl：

晶面在三晶轴上截距倒数的互质整数比截距：

OAxahaOBybkbOCzclc如晶面与某轴平行，则截距为截距hkl倒数1/h：

1/k：

1/lh：

k：

l互质整数比加圆括号（hkl）表示一组平行晶面,（Miller指数）,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,28,（100）（010）（110）（120）Daa1.42a2.24aLaa0.707a0.44aD原子间距L面间距简单指数晶面（低指数晶面），原子面密度大，晶面间距也大,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,29,立方晶系中某些重要晶面的Miller指数,（100面）（110面）（111面）,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,30,面间距晶面指数代表一组平行晶面两相邻晶面间距d（hkl）或d直角坐标系下：

立方、四方、正交,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,31,晶面族在晶体中，具有等同条件而只是空间位向不同的各组晶面（即这些晶面的原子排列情况和晶面间距等完全相同），可归并为一个晶面族，用hkl表示同一晶面族，其指数数字相同，仅数序和符号不同，晶面面间距相同,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,32,例如：

立方晶系中：

100晶面族包括的等价晶面100=（100）+（010）+（001）,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,33,点阵中一维方向结点连线行列：

行列平行方向晶向（如：

晶棱方向）

（1）建立坐标系，原点在待标晶向上

（2）选取该晶向上原点以外的任一点P（xa，yb，zc）（3）将xa，yb，zc化简为互质整数比u，v，w，且uvw=xaybzc（4）将u，v，w加方括号内就得到晶向指数uvw,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,34,显然，晶向指数表示了所有相互平行、方向一致的晶向。

若所指的方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。

立方晶系中不同的晶向指数请大家自行标定,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,35,晶体学中的对称操作元素,分子和晶体都是对称图像，是由若干个相等的部分或单元按照一定的方式组成的。

对称图像是一个能经过不改变其中任何两点间距离的操作后复原的图像。

这样的操作称为对称操作。

在操作中保持空间中至少一个点不动的对称操作称为点对称操作，如简单旋转和镜像转动（反映和倒反）是点式操作;

使空间中所有点都运动的对称操作称为非点式操作，如平移，螺旋转动和滑移反映。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,36,对称操作和对称元素,对称元素：

在对称操作中保持不变的几何图型：

点、轴或面。

空间群：

为扩展到三维物体例如晶体的对称操作群，由点群对称操作和平移对称操作组合而成；

由32晶体学点群与14个Bravais点阵组合而成；

空间群是一个单胞（包含单胞带心）的平移对称操作；

反射、旋转和旋转反演等点群对称性操作、以及螺旋轴和滑移面对称性操作的组合。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,37,晶体的对称性,空间群：

P2/m每个顶点都为对称中心b轴方向上有2次轴垂直于b轴方向有镜面Co（H2O）62+存在一个对称中心,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,38,晶体的简单对称元素和对称操作,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,39,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,40,倒反中心,宏观对称性,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,41,镜面,宏观对称性,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,42,二重和三重旋转轴,宏观对称性,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,43,对称性原理：

晶体中只可能出现1，2，3，4，6次轴。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,44,7个晶系的划分和32晶体学点群,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,45,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,46,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,47,滑移反映,滑移反映=平移+镜面,国际符号：

a,b,c,n,da：

a轴，平移a/2；

b：

b轴，平移b/2；

c：

c轴，平移c/2；

n:

对角线，a/2+b/2；

d:

对角线，a/4+b/4。

微观对称性,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,48,螺旋轴,螺旋轴=平移+旋转轴,nl:

旋转360o/n后再平移l/n周期，如21，31等。

微观对称性,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,49,从晶体到空间群,7个晶系,旋转，反射，反映,平移,32个点群,14种Bravais点阵,螺旋轴，滑移面,230个空间群,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,50,空间群的符号包含了空间格子类型,对称元素及其相互之间的关系。

国际符号分两个部分：

前半部分是平移群的符号，即布拉维格子的符号，按格子类型的不同而分别用字母P、I、C、F等表示之。

后半部分则是其他对称要素之集合的符号，类似于点群符号的表达,但有的被微观对称要素取代。

空间群的国际符号,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,51,123,123,三维点阵对称性方向的规定,2022/11/2,ByProf.QingshengGao,52,空间群符号LS1S2S3,第一个字母L是点阵描述符号，指明点阵带心类型：

P、I、F、C、A、B。

其余三个字母（S1S2S3）表示在特定方向上对称元素。

如果没有二义性，常用符号的省略形式，如Pm，而不是P1m1。

由于不同的晶轴选择，同一空间群可能有多种不同符号，如P21/c，P21/a，P21/n。

2022/11/2,ByProf.QingshengGao,53,从空间群符号辨别晶系,立方第2个对称符号：

3或3（如：

Ia3,Pm3m,Fd3m）；

四方第1个对称符号：

4，4，41，42或43（如：

P41212，I4/m）六方第1个对称符号：

6，6，61，62，63，64或65（如：

P6mm）三方第1个对称符号：

3，3，31或32（如：

P31m）正交点阵符号后的全部三个符号是镜面、滑移面、2次旋转轴或