晶体结构基础知识PPT格式课件下载.ppt

1、晶体的微观特征：平移对称性平移对称性 二、晶 二、晶 胞胞 晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。胞无隙并置起来，则得到晶体。晶胞的本质属性：平移性 晶胞的本质属性：平移性 晶胞类型：体心晶胞 符号晶胞类型：体心晶胞 符号 I 特征：可作体心平移特征：可作体心平移 面心晶胞 面心晶胞 F 可作面心平移 可作面心平移 底心晶胞 底心晶胞 可作底心平移 可作底心平移 晶胞的代表性体现在以下两个方面：晶胞的代表性体现在以下两个方面：一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，一是代表晶体的化学组成；二是代表晶

2、体的对称性，即即与晶体具有相同的对称元素 对称轴，对称面和对称中心 与晶体具有相同的对称元素 对称轴，对称面和对称中心）。晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。体。三、晶 三、晶 系系 平行六面体晶胞中，表示三度的三个边长，称为三个晶轴平行六面体晶胞中，表示三度的三个边长，称为三个晶轴，三个晶轴的长度分别用，三个晶轴的长度分别用 a、b、c 表示；三个晶轴之间的夹表示；三个晶轴之间的夹角分别用 角分别用 、表示。表示。a、b 的夹角为 的夹角为 ；a、c 的的夹角为 夹角为 ；b、c 的夹角为 的夹角为 。按 按 a、b、c 之

3、间的关系，以及 之间的关系，以及 、之间的 之间的关系，晶体可以分成 关系，晶体可以分成 7 种不同的晶系，称为七大晶系。立方晶种不同的晶系，称为七大晶系。立方晶系、四方晶系、正交晶系是这七类中的三类。系、四方晶系、正交晶系是这七类中的三类。a=b =c，=90 立方晶系；立方晶系；a=b c，=90 四方晶系；四方晶系；a b c，=90 正交晶系。正交晶系。此外还有六方晶系，三方晶系，单斜晶系和三斜晶系。由晶胞参数由晶胞参数 a，b，c，表表示，示，a，b，c 为为六面体边长，六面体边长，分别是分别是 bc ca,ab 所形成的所形成的三个夹角。三个夹角。晶胞的两个要素：（1）晶胞的大小与

4、形状：晶胞的大小与形状：（2）晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置。晶胞中的相对位置。按晶胞参数的差异将晶体分成七种按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。晶系。晶系晶系 边长边长 夹角夹角 晶体实例晶体实例 立方晶系立方晶系 a=b=c=900 NaCl 三方晶系三方晶系 a=b=c=900 Al2O3 四方晶系四方晶系 a=bc=900 SnO2 六方晶系六方晶系 a=bc=900,=1200 AgI 正交晶系正交晶系 abc=900 HgCl2 单斜晶系单斜晶系 abc=900,900 KClO3 三斜晶系三斜晶系 abc 900 CuSO45

5、H2O 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 种型式。例如，立方晶系分为简单立方、种型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立方三种型式。体心立方和面心立方三种型式。晶格的晶格的 14 种型式种型式简单立方简单立方体心立方体心立方面心立方面心立方简单四方简单四方体心四方体心四方简单六方简单六方简单菱形简单菱形简单正交简单正交底心正交底心正交体心正交体心正交面心正交面心正交简单单斜简单单斜底心单斜底心单斜简单三斜简单三斜 晶体分类晶体分类离子晶体：离子晶体：原子晶体：分子晶体：金属晶体：阴阳离子阴阳离子间通过间通过离子键离子键构成的晶体构成的晶体原子原子间以间

6、以共价键共价键形成的形成的空间网状结构空间网状结构的晶体的晶体分子分子间以间以分子间作用力分子间作用力（范德华力）形成的晶体（范德华力）形成的晶体金属阳离子和自由电子金属阳离子和自由电子通过通过金属键金属键形成的单质晶体形成的单质晶体四、金属晶体四、金属晶体 金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的。下面用等径刚性球模型来讨论堆积方式。的。在一个层中，最紧密的堆积方式，是一在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围 个球与周围 6 6 个球相切，在中心的周围形个球相切，在中心的周围形成 成 6 6 个凹位，将其算为第一层。个凹位，将其算为第一层。123456

7、 第二层 第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准准 1，3，5 位。位。（或对准 或对准 2，4，6 位，其情形是一样的 位，其情形是一样的）123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的第一种是将球对准第一层的球。球。123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即 周期，即 AB AB 堆积方式堆积方式，形成六方紧密堆积。，形成六方紧密堆积

8、。配位数 配位数 12。（同层 同层 6，上下层各，上下层各 3）第三层的另一种第三层的另一种排列方式，是将球对准第排列方式，是将球对准第一层的 一层的 2，4，6 位位，不同于，不同于 AB 两层的位两层的位置，这是 置，这是 C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排 第四层再排 A，于是形成 于是形成 ABC ABC 三三层一个周期。得到面心立层一个周期。得到面心立方堆积。方堆积。（同层 同层 6，上下层各，上下层各 3）BCA ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？为什么

9、是面心立方堆积？这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为 这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为 74.05%。金属钾 金属钾 K 的立方体心堆的立方体心堆积 积 还有一种空间利用率稍低的堆积方式，立方体心堆积：还有一种空间利用率稍低的堆积方式，立方体心堆积：立方体 立方体 8 个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。配位数 配位数 8，空间利用率为 ，空间利用率为 68.02%。六方紧密堆积 六方紧密堆积 IIIB，IVB面心立方紧密堆积 面心立方紧密堆积 IB，Ni，Pd，Pt立方体心堆积 立方体心堆积 IA，VB，VIB 金属常金属常见

10、堆积方见堆积方式式1 1、常见离子晶体结构、常见离子晶体结构 我们讨论的立方晶系 我们讨论的立方晶系 AB 型离子晶体，其中 型离子晶体，其中 AB 型是指正负离子数目之比为 型是指正负离子数目之比为 1：1。如 。如 NaCl，CsCl，ZnS 等均属于此类晶体。等均属于此类晶体。五、离子晶五、离子晶体体 在离子晶体中每个正（或负）离子所接触的负（或正）离子总数，称为正（或负）离子的配位数。阴阳离子配位数。NaClNaCl 晶体结构示意图：晶体结构示意图：Na+Cl-第二层的离子NaCl 晶体的结构示意图 属于 4 个小立方体属于8个小立方体 有 1/8 属于该立方体有 1/4 属于该立方体

11、有 1/2 属于该立方体完全属于该立方体 运用晶胞可以将复杂的问题简单化，求晶体中微粒运用晶胞可以将复杂的问题简单化，求晶体中微粒个数比步骤如下：个数比步骤如下：（1）找到晶体的最小重复单元晶胞：）找到晶体的最小重复单元晶胞：（2）分析晶胞中各微粒的位置：）分析晶胞中各微粒的位置：位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有 1/8；位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有 1/4；位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有 1/2；位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶体的是位于晶胞中

12、心的微粒，实际提供给晶体的是 1。（3）数清晶胞中各微粒的个数：）数清晶胞中各微粒的个数：晶体中的微粒个数比晶体中的微粒个数比=“微粒提供给每个晶胞的数值微粒提供给每个晶胞的数值 晶胞中微粒个数”之比。晶胞中微粒个数”之比。小结：例题分析：如所示的晶体是一具有良的、图结构种优压电、光等功能的晶体材料的最小元铁电电结构单（晶胞）。晶体每“内与个T”的原紧邻氧子和晶体材料的化式分是（各元素数这种学别所的荷均已略去）带电O 原子Ti 原子Ba 原子 例题解析：化学式为：BaTiO3Ba：1x1Ti：8x（1/8）O：12x（1/4）O 原子Ti 原子Ba 原子 晶体结构的综合计算：晶体结构的综合计算

13、：计算公式：VNA=ZM Z 即晶胞中微粒的个数即晶胞中微粒的个数例例 1：NaCl 摩尔质量为摩尔质量为 M g/mol，晶体，晶体密度为密度为 g/cm3，阿伏加德罗常数为，阿伏加德罗常数为 NA，则食盐晶体中两个距离最近的钠离子中，则食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离为心间的距离为 cm。AB练习练习 1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A 表示阳离子）表示阳离子）化学式：化学式：AB 练习练习 2：（A 表示阳离子）表示阳离子）AB化学式：A2B AB化学式：练习练习 3：（A 表示阳离子）表示阳离子）A

14、B 练习练习 4 4、某物质的晶体中含 某物质的晶体中含 A A、B B、C C 三种元三种元素，素，其排列方式如图，则该离子晶体的化学式是其排列方式如图，则该离子晶体的化学式是:A A:B B:C C=1/88 1/88:121/4121/4:1:1=1 1:3 3:1 1A AB B3 3C C B化学式：A练习练习 5：根据下列簇状分子结构示意图，判断下列分：根据下列簇状分子结构示意图，判断下列分子的化学式：子的化学式：CA8BC6 练习练习 6 6、萤石（、萤石（CaF2）晶体属于立方晶系晶体属于立方晶系，萤石中每个，萤石中每个 Ca2+被被 8 8 个个 F-所包围，则所包围，则每个每个 F-周围最近距离的周围最近距离的 Ca2+数目为（数目为（）A A、2 B2 B、4 C4 C、6 D6 D、8 8BCa2+F-练习练习 7 7、中学教材上图示的中学教材上图示的 NaClNaCl 晶体结构，它向晶体结构，它向三维空间延伸得到完美晶体。三维空间延伸得到完美晶体。NiONiO 晶体结构与晶体结构与 NaClNaCl相同，相同，N