常见九种典型的晶体结构_精品文档PPT格式课件下载.ppt
《常见九种典型的晶体结构_精品文档PPT格式课件下载.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《常见九种典型的晶体结构_精品文档PPT格式课件下载.ppt(90页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
如单质铁:
-铁(Iron-alpha)-(奥氏体)-立方体心-铁(Iron-gama)-(马氏体)-立方面心-铁(Iron-Epsilon)-六方结构,2氯化铯(CsCl)结构,空间群:
Pm3m,立方原始格子。
阴离子分布在晶胞的8个角顶,阳离子充填在其所形成的立方体空隙中。
立方体共面连接。
具有该结构的物质主要有:
KCl,NaCl,TiCl,RbF,CsN,NbN,NbO,AgI,TiTh等物质。
3CaI2结构,空间群:
P-3m,三方原始格子。
在单位晶胞中,阳离子分布在8个角顶,阴离子分布中由上下各3个阳离子构成的正三方柱中,并间隔地在上半部的中心和下半部的中心。
因此,该结构也可以理解为:
阴离子做六方最紧密堆积,阳离子填充在间隔一层的全部八面体空隙中。
具有该种结构的物质主要有:
VCl2,PbI2,GeI2,PtO2,ToBr2,RhTe2,TiS2,TiSe2,TiTe2,SnS2,MnI2,NiTe2,PdTe2,PtS2,CdI2,MgI2,CaI2,CoBr2,FeBr2,FeI2,ZrS2,ZrSe2,MnBr2等。
具有反CaI2结构的物质有:
Ag2F,B2O,Ni2C,4萤石结构,空间群:
Fm3m,立方面心结构。
Ca分布于晶胞的角顶及面心;
F分布在晶胞8等分之后每个小立方体的中心。
萤石结构可以理解为:
Ca2+做立方最紧密堆积,F-充填在其中全部的四面体孔隙中。
N个球最紧密堆积有2N个四面体空隙,所以Ca:
F=1:
2,故得其分子式为CaF2。
萤石晶胞中存在平行于(111)面的离子堆积层,因此,萤石具有111完全解理。
阳离子配位四面体的连接:
共棱联结形成的萤石结构。
晶胞中由8个FCa4共棱连接而成,而且四面体的每根棱都被共用了。
阴离子配位立方体:
全部共棱形成萤石结构。
CaF8配位立方体沿3维方向相间排列而成。
反萤石型结构,球键图阳离子四面体配位阴离子立方体配位,反萤石型结构可看作:
阴离子做立方最紧密堆积,阳离子充填在全部的四面体空隙中。
5石盐结构,空间群:
Fm3m,立方面心格子。
具有NaCl型结构的部分物质。
表9.4与石盐等结构的物质,(111),(200),(220),6闪锌矿结构,空间群F-43m,立方面心格子。
Zn分布于晶胞的角顶及面心。
如果把晶胞8等分,S分布于间隔的小立方体的中心。
闪锌矿的晶体结构:
球键图(左)、配位多面体连接图(右),结构中,S2-和Zn2+配位数都是4,配位多面体都是四面体。
四面体共角顶相联。
从图可看出,SZn4四面体(ZnS4四面体也是一样)共角顶联成的四面体基元层与111方向垂直。
由于S2-和Zn2+都呈配位四面体,所以闪锌矿只用一种配位多面体结构形式表达(S和Zn互换是一样的)。
如果将闪锌矿结构中的Zn和S都变成C,则结构变成金刚石结构(Fd3m)。
具有闪锌矿型结构的物质,7金刚石结构,等轴晶系,空间群Fd3m。
立方面心结构。
金刚石的晶体结构中,碳原子分布在角顶和面心,以及把晶胞八等分之后,半数交替的小立方体中心。
金刚石的晶体结构可以看成是半数的C作立方最紧密堆积(蓝球),另外一半C相间地充填在其中的四面体孔隙中(红球)而构成的。
该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以sp3杂化轨道与四个碳原子形成强的共价键,键长为0.155nm,键角为1092816,即C的配位数4,配位多面体是四面体。
碳碳配位四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构。
如果金刚石晶胞沿一个L3立起来,金刚石似乎显示出层状结构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行111存在中等解理。
由于C-C键的键能大(347kJ/mo),价电子都参与了共价键的形成,使得晶体中没有自由电子,所以金刚石是自然界中最坚硬的固体,熔点高达3550。
金刚石及其等结构物质比较,8钙钛矿结构,空间群:
Pm3m,立方面心结构。
Ca-角顶,O-面心,Ti-体心。
TiO6八面体共角顶连接,Ca填充在其间的空隙中,Ca为12次配位。
5)具有钙钛矿结构的物质,更有意义的是具有钙钛矿衍生结构的物质,如PbTiO3,
(1)Pb-O键长不相等。
中间的4个为2.80A,下面的4个为2.51A,上面的4个为3.24A,
(2)TiO6八面体中,Ti亦不在中心位置。
以上两个原因导致晶体的对称降低,由原来的立方原始格子降低为四方原始格子。
空间群Pm3mP4mm。
从而晶体具有了极性(具有极轴),这是导致其铁电性的最根本原因。
(Spinel),AB2O4(MgAl2O4)空间群Fd3m。
8尖晶石结构,Mg:
8a:
0.50.50.5Al:
16d:
0.1250.1250.125O:
32e:
0.2640.2640.264,结构中,O2-作立方最紧密堆积,阳离子A(二价)占据1/8的四面体空隙,AO4四面体在结构中间隔地成层分布,在同一层内,临近的四面体的顶点相互反向;
阳离子B(三价)占据1/2的八面体空隙,形成BO6八面体,BO6八面体亦成层分布。
间隔性地,一个层的八面体全部被占据,一个层的半数八面体被占据,后者和AO4四面体同层。
在111方向,由BO6八面体单纯构成的层与由AO4四面体和BO6八面体共同组成的层交替排列形成了尖晶石结构。
尖晶石通式是A2B32O4,表示二价阳离子A占据了晶胞四面体空隙,三价阳离子B占据八面体空隙,此即尖晶石结构,代表是尖晶石(MgAl2O4)。
当结构中的四面体空隙被B3占据,而八面体空隙则被B3和A2各占一半,即有分子式B3(A2B3)2O4时,这种结构叫做反尖晶石结构,代表物质磁铁矿(Fe3(Fe2Fe3)2O4)。
当结构中四、八面体孔隙被A2和B3无序占据时,叫混合尖晶石结构,代表晶相是镁铁矿(Fe,Mg)3O4。
具有尖晶石型结构的部分物质,LiMn2O4锂电材料,9层状硅酸盐结构,四面体层(T)和八面体层(O)T层SiO4共3个角顶成六方网层,第4个角顶(活性氧)朝向同一方向;
在六方网孔中心、与活性氧同高度处存在一个OH。
半径1.3A,O层两个T层活性氧相向、错开一定距离做紧密堆积,阳离子充填八面体孔隙,形成O层。
或:
一边是T层的顶点氧和羟基,另一边为一层羟基。
三八面体型结构和二八面体型结构当每个六方网孔下的3个八面体空隙(一共是-6价)被三个(二价)阳离子充填时,整个结构称作三八面体型结构;
当3个八面体空隙被两个(三价)阳离子充填时,则结构称作二八面体型结构。
三八面体结构的O层,每个配位离子被三个八面体共用,分给每个八面体阳离子-1/3价,6个总和为-2价。
因此每个八面体样子只能为+2价。
每个配位离子被两个八面体共用,分给每个八面体样子-1/2价电荷,6个共-3价,因此八面体阳离子为+3价。
二八面体结构的O层,结构单元层及基本类型T层和O层的不同堆积方式构成了层状结构硅酸盐的结构单元层:
11型(TO型):
1层T层和1层O层,代表矿物是高岭石。
21型(TOT型):
2层T层夹1层O层,代表矿物是滑石。
层间域结构单元层之间的空间叫层间域。
层间域可以完全空置,也可以被其它物质充填,如离子,分子,水和有机物等。
滑石结构云母结构,高岭石(kaolinite)八面体阳离子在每层占据同样的位置。
7.17-7.20A,0.00,0.65,2.22,3.37,4.30,7.17,按实际离子半径得到的1:
1层型结构,7.17-7.20A,实际上高岭石的层间域是没有空隙的。
八面体表面离子分布:
四面体片层间的表面离子分布,实际高岭土的片状颗粒:
宽2,厚0.1-0.2。
注意上下层面的离子分布及特征。
蒙皂石族(Smectite),15A蒙皂石,Ca2+携带大量水分子,15A,5.5-6A,Ca2+携带大量水分子,层电荷的来源,
(1)来源于四面体片的Al-Si替代。
这时,与配平电荷的层间阳离子距离较近,称之为“近电”。
记为Xt,
(2)来源于八面体片的Mg-Al替代。
这时,于配平电荷的层间阳离子距离较远,称之为“远电”。
记为Xo,层电荷的分布,在晶胞所示范围内,每个单面只有-0.33价的电荷。
平均每个基底氧携带电荷约为-0.055价。
天然蒙皂石的层间主要为Ca2+,要达到电荷平衡,1个Ca2+要配平约3个晶胞的底面积,约在半径为6.75A的圆面积上。
1个Ca2+配平的电荷范围,按原子的实际半径,则为如下分布:
而Ca2+的半径只有1.0A,因此层间区域要含大量的极性水分子,进行电荷的传递,从而达到结构的电荷平衡。
在柱撑蒙脱石,如羟基铝柱撑,每个阳离子柱(集团),为+7价,约需平衡10.6个单位晶胞的电荷:
即相当于半径为13.04A的圆。
羟基铝柱撑蒙脱石结构示意,18A,8.5,20A,