第三讲：晶体结构PPT资料.ppt

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尿素、方解石、钙铁矿、钾、镁、铜等。

竞赛大纲竞赛大纲要求要求红宝石rubyAl2O3-Cr宏观晶体的形貌宏观晶体的形貌立方立方晶体的宏观形貌晶体的宏观对称性分析晶体的宏观对称性分析石英玻璃非晶态又称玻璃态天然石英玻璃矿物照片天然石英玻璃矿物照片晶体的原子呈周期性排列非晶体的原子不呈周期性排列玻璃结构示意图BOSiM熔融态析晶硫（单斜硫）S8碘I2CuSO45H2O凝华水溶液析晶晶体的显微照片晶体的显微照片1晶体的基本概念晶体的基本概念晶体晶体：

内部质点有序排列，有固定的几何外形（多面体形：

内部质点有序排列，有固定的几何外形（多面体形状）和熔点，各向异性（不同方向硬度、导电性、解理性状）和熔点，各向异性（不同方向硬度、导电性、解理性等不同），等不同），自范性自范性（在一定条件下晶体能自动地呈现具有在一定条件下晶体能自动地呈现具有在一定条件下晶体能自动地呈现具有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）。

一定对称性的多面体的外形）。

非晶体非晶体：

内部质点无序排列，无固定的几何外形和熔点，：

内部质点无序排列，无固定的几何外形和熔点，各向同性各向同性晶格晶格：

组成晶体的质点（原子、分子、离子）以确定位置：

组成晶体的质点（原子、分子、离子）以确定位置的点在空间作规则的排列，这些点群具有一定的几何形状的点在空间作规则的排列，这些点群具有一定的几何形状称为晶格（点阵）称为晶格（点阵）晶格结点晶格结点：

每个质点在晶格中所占有的位置：

每个质点在晶格中所占有的位置晶胞晶胞：

晶格中含有晶体结构中具有代表性的最小重复单位：

晶格中含有晶体结构中具有代表性的最小重复单位晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻然而，蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。

晶胞晶胞是晶体微观结构的基本单元。

晶胞晶胞是晶体结构的基本单元。

晶胞具有平移性晶胞是晶体结构的基本单元。

晶胞具有平移性。

晶胞无缝隙并置构成宏观晶体晶胞无缝隙并置构成宏观晶体晶胞是人为划定的晶胞是人为划定的金属铜的晶体结构金属铜的晶体结构晶胞是“最小”的重复单元从晶体的微观结构中可取出最小的重复单元，它的基本特征是顶角相同，不能再小。

同一种晶体可以取不同的晶胞，但习用晶胞有规定，是平行六面体（三维）和平行四边形（二维）同一个晶体似乎也可以取不同的习用晶胞石石墨墨的的二二维维晶晶胞胞举举例例所有晶胞中的原子排列是完全相同的对于同一种形状，晶胞是体积最小的二维晶胞的五种类型二维晶胞的五种类型“正当晶胞”是充分体现晶体微观结构对称性的晶胞晶胞中的原子计数晶胞中的原子计数1/81CuZ=4Z晶胞中的原子数相当于化学式的倍数晶胞：

晶胞：

晶体的最小重复单元晶体的最小重复单元，通过晶胞，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。

在空间平移无隙地堆砌而成晶体。

由晶胞参数由晶胞参数a，b，c，表示，表示，a，b，c为六面体边长，为六面体边长，分别是分别是bc，ca,ab所组成的夹角。

所组成的夹角。

晶胞的两个要素：

晶胞的大小与形状：

ABCDEFGH晶系：

根据晶轴长短和夹角的不同，晶体的分类有七大晶系（布拉维系）：

棱柱体棱锥体棱柱体棱锥体立方晶系四方晶系a=b=ca=bc=90=90棱柱体棱锥体棱柱体棱锥体正交晶系六方晶系abca=bc或=c=90=90=120单斜晶系三斜晶系三方晶系（菱方晶系）abcabca=b=c=909090=90素晶胞和复晶胞（体心、面心、底心）素晶胞体心面心底心立方晶胞中实有化学单元（原子、离子或分子）数的确定晶格点类型角顶边面心体心对一个单元晶胞的贡献1/81/41/21六方晶胞中，角顶的贡献为1/6晶胞的内容：

晶胞的内容：

粒子的种类，数目及它在晶胞粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置（中的相对位置（原子坐标原子坐标）。

按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。

按带心型式分类，将七大晶系分为按带心型式分类，将七大晶系分为14种种型式。

例如，立方晶系分为型式。

例如，立方晶系分为简单立方、体心简单立方、体心立方和面心立方立方和面心立方三种型式。

三种型式。

原子坐标原子坐标ABCDEFGHABCDEFGH（0，0，0）（1，0，1）（0，0，1）（0，1，1）（1，1，1）（0，1，0）（1，0，0）（1，1，0）体心体心（1/2，1/2，1/2）下面心下面心（1/2，1/2，0）（1/2，1，1/2）右面心右面心七大晶系七大晶系七大晶系七大晶系1414类空间点阵类空间点阵类空间点阵类空间点阵晶体的性质由晶胞的大小、形状和质点的种类晶体的性质由晶胞的大小、形状和质点的种类（分子、原子、离子）及它们之间的作用力决（分子、原子、离子）及它们之间的作用力决定定2.晶体类型晶体类型

（1）金属晶体）金属晶体结点质点：

原子或正离子结点质点：

原子或正离子质点间作用力：

金属鍵质点间作用力：

金属鍵通性：

硬度较高；

一般熔点、沸点高、低挥发性；

通性：

电和热的良导体；

延展性好电和热的良导体；

延展性好结构特点：

结构特点：

紧密堆积紧密堆积密堆积的定义密堆积：

由无方向性的金属键、离子键和范德华密堆积：

由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。

间的堆积密度最大的那些结构。

密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能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。

尽可能降低，而结构稳定。

金属晶体中粒子的排列方式常见的有三种：

六方密堆积六方密堆积（HexgonalclosePacking）；

面心立方密堆积面心立方密堆积（Face-centredCubicclodePacking）；

体心立方堆积体心立方堆积（Body-centredCubicPacking）。

思考：

金属晶体密度晶胞中金属原子质量和思考：

金属晶体密度晶胞中金属原子质量和/金属原子金属原子体积和？

体积和？

六方最密堆积的四面体空隙六方最密堆积的四面体空隙

（2）离子晶体）离子晶体结点质点：

正、负离子结点质点：

正、负离子质点间作用力：

离子鍵质点间作用力：

离子鍵通性：

略硬；

熔点、沸点高；

低挥发性；

易溶于水，难溶通性：

易溶于水，难溶于非极性溶剂；

熔融态或水溶液能导电；

热的不良导体；

于非极性溶剂；

延展性差延展性差离子晶体：

密堆积空隙的填充。

离子晶体：

阴离子：

大球，密堆积，形成空隙。

阳离子：

小球，填充空隙。

规则：

阴阳离子相互接触稳定；

配位数大，稳定。

离子晶体的特征结构离子晶体的特征结构密堆积层间的两类空隙密堆积层间的两类空隙四面体空隙：

四面体空隙：

一层的三个球一层的三个球与上或下层密与上或下层密堆积的球间的堆积的球间的空隙。

空隙。

八面体空隙：

一层的三个球一层的三个球与错位排列的与错位排列的另一层三个球另一层三个球间的空隙。

间的空隙。

半径比半径比（r+/r-）规则：

NaCl晶体晶体其中一层横截面：

其中一层横截面：

理想的稳定结构理想的稳定结构（NaCl）配位数配位数构型构型0.2250.4144ZnS型型0.4140.7326NaCl型型0.7321.008CsCl型型半径比规则半径比规则几种典型结构型式几种典型结构型式（一一）NaCl型型立方面心晶格立方面心晶格1个个Na+配位配位6个个Cl-1个个Cl-配位配位6个个Na+Cl-占立方体的占立方体的8个角、个角、6个面心个面心8（1/8）+6（1/2）=4Na+占立方体的占立方体的12条棱，条棱，12（1/4）+1=4正负离子数比为正负离子数比为11Cl-围成两种空隙，八面体空隙（围成两种空隙，八面体空隙（1121/4=4）和四面体和四面体空隙（空隙（8），），Na+占据所有的八面体空隙。

占据所有的八面体空隙。

CsCl型型简单立方晶格简单立方晶格1个个Cs+配位配位8个个Cl-1个个Cl-配位配位8个个Cs+Cl-占立方体的占立方体的8个角，个角，8（1/8）=1Cs+占体心，占体心，11=1正负离子数比为正负离子数比为11几种典型结构型式几种典型结构型式（二二）Cl-围成立方体空隙围成立方体空隙1，Cs+占据立方体空隙。

占据立方体空隙。

几种典型结构型式几种典型结构型式（三三）立方立方ZnS型型S2-位于立方面心晶格位于立方面心晶格1个个S2-配位配位4个个Zn2+1个个Zn2+配位配位4个个S2-S2-占立方体的占立方体的8个角、个角、6个面心，个面心，8（1/8）+6（1/2）=44个个Zn2+位于晶胞内位于晶胞内正负离子数比为正负离子数比为11S2-围成两种空隙，八面体空隙（围成两种空隙，八面体空隙（1121/4=4）和四面体和四面体空隙（空隙（8），），Zn2+占据其中占据其中4个四面体空隙。

个四面体空隙。

4个个Zn2+围成围成一个四面体。

一个四面体。

CaF2型型F-位于立方面心晶格位于立方面心晶格1个个F-配位配位4个个Ca2+1个个Ca2+配位配位8个个F-几种典型结构型式几种典型结构型式（四四）F-占立方体的占立方体的8个角、个角、6个面心、个面心、12条棱和条棱和1个体心个体心8（1/8）+6（1/2）+12（1/4）+1=84个个Ca2+位于晶胞内位于晶胞内正负离子数比为正负离子数比为12F-围成围成8个立方体，其中有个立方体，其中有4个立方体空隙被个立方体空隙被4个个Ca2+占据占据正离子数：

负离子数：

立方体空隙数正离子数：

立方体空隙数12：

2阳离子占据空隙分数阳离子占据空隙分数1/2（3）原子晶体）原子晶体结点质点：

原子结点质点：

原子质点间作用力：

共价鍵质点间作用力：

共价鍵通性：

硬度高；

无挥发性；

大多数溶剂中难溶；

通常情况下不导电；

延展性差延展性差金刚石结构金刚石结构：

配位数为配位数为4，空间利用率为，空间利用率为34.01%，不是密堆积。

这种，不是密堆积。

这种堆积方式的存在因为原子间存在着有方向性的共价键力。

堆积方式的存在因为原子间存在着有方向性的共价键力。

如如Si、Ge、Sn等。

边长为等。

边长为a的单位晶胞含半径的单位晶胞含半径的球的球8个。

个。

（4）分子晶体）分子晶体结点质点：

分子结点质点：

分子质点间作用力质点间作用力：

分子间作用力分子间作用力（范德华力范德华力）：

分子间的微弱作用力：

分子间的微弱作用力无饱和性、方向性无饱和性、方向性氢鍵氢鍵：

已与电负性大的原子以共价鍵结合的氢原子，：

已与电负性大的原子以共价鍵结合的氢原子，又与另一个电负性大的原子之间形成的较弱的鍵又与另一个电负性大的原子之间形成的较弱的鍵实质是静电作用力，具有饱和性和方向性实质是静电作用力，具有饱和性和方向性