化合物的晶体结构.docx

1、化合物的晶体结构实验6化合物的晶体结构一、实验目的：巩固化合物晶体结构知识。二、实验内容：典型的化合物的晶体结构有：1.NaCI型结构NaCI晶体结构是如图6-1所示的立方面心格子，属立方晶 系Fm3m空间群，aO.5628nm。阴离子按立方最紧密方式堆积， 阳离子充填于全部的八面体空隙中， 阴、阳离子的配位数都是6属于NaCI型晶体结构的晶体有很多，列于表 6-1中。表6-1 NaCI型结构的晶体化合晶胞参数化合晶胞参数化合晶胞参数化合晶胞参数物(nm)物(nm)物(nm)物(nm)NaCI0.5628BaO0.5523NiO0.4168CrN0.4140NaI0.6462CdO0.4700

2、TiN0.4235ZrN0.4610MgO0.4203CoO0.4250LaN0.5275CaO0.4797MnO0.4435TiC0.4320SrO0.5150FeO0.4332ScN0.4440（A）立方面心格子 （B）晶胞 （C）晶胞绘制图图6-1氯化钠晶体结构2.CsCl型结构CsCl晶体结构是立方原始格子（图6-2）,属立方晶系Pm3m空间群，a=0.411 nm。Cl-处于立方原始格子的八个角顶上， Cs+位于立方体中心，阴、阳离子的配位数都是 &属于CsCl型晶体结构的晶体有 CsBr、Csl、TICI、NH4CI。图6-2 CsCl晶体结构图6-3纤锌矿晶体结构3.纤锌矿C-Z

3、nS）型结构纤锌矿（： -ZnS）的晶体结构属立方晶系 P6smc空间群，ab=0.382nm， c=0.625nm，Z=2。在纤锌矿结构中 （图 6-3）， S2按六方紧密堆积排列，Zn2+充填于1/2的四面体空隙中，阴、阳 离子的配位数都是4。属于纤锌矿C-ZnS）型晶体结构的晶体有 BeO、ZnO和AIN4.闪锌矿C -ZnS）型结构闪锌矿C -ZnS）的晶体结构属立方晶系F43m空间群， ao=0.540nm，Z=4。如图6-4所示的闪锌矿结构是立方面心格子， S2-位于立方面心的结点位置，Zn2+交错地分布于立方体内的 1/8小立方体的中心，阴、阳离子的配位数都是 4。如果将S2-看

4、成是作立方最紧密堆积，则 Zn2+充填于1/2的四面体空隙中。属于闪锌矿C-ZnS）型晶体结构的晶体有 亠SiC、GaAs、AIP 和 In Sb。图6-4闪锌矿的晶体结构5.CaF2型结构萤石的晶体结构如图6-5所示，属立方晶系Fm3m空间群，a0=0.545nm，Z=4。Ca2+位于立方面心的结点位置， F-位于立方体内的八个小立方体的中心， Ca2+的配位数是8, F-的配位数是4。在萤石结构中可以将 Ca2+看成是作立方紧密堆积，F-充填于 全部四面体空隙中，而全部的八面体空隙都没有被充填，因此， 在结构中八个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。属

5、于萤石型晶体结构的晶体有 BaF2、PbF2、SnF2、CeQ、ThO2和UO2，还有一些晶体的结构与萤石的完全相同， 只是阴、阳离子的位置完全互换，如 Li?。、Na?。、K2O等。仁 H H)图6-5萤石晶体结构6.金红石(TiO 2)型结构金红石(TiO?)的晶体结构以及结构中 Ti O八面体链的排列 示于图6-6中，金红石结构属四方晶系 P42/mnm空间群，Sb=0.459nm，q=0.459nm，Z=2。金红石结构为四方原始格子， Ti4+位于四方原始格子的结点位置，体中心的 Ti4+自成另一套四方原始格子，O2-在晶胞中处于一些特定位置上，Ti4+的配位数是 6, O2-的配位数

6、是3。金红石结构中Ti-0八面体以共棱的方式排成链状，晶胞中 心的链和四角的Ti-0八面体链的排列方向相差 90，链与链之间由Ti-0八面体以共顶相连。如果把02-看成近似于六方紧密堆 积，贝U Ti4+位于1/2的八面体空隙之中。属于金红石型晶体结构的晶体有 Ge。?、SnO2、PbO?、MnO?、MoO2、NbO2 VO2Co。？、MnF2、MgF2图6-6金红石晶体结构以及结构中 Ti-O八面体链的排列7.Cdb型结构Cd型晶体结构属于三方晶系 P3m空间群，a=0.424nm,5=0.684nm, Z=1 Cd2+在单位晶胞中占有六方原始格子的结点 位置，I-交叉分布在三个Cd2+形成

7、的三角形中心的上、下方，因 此，CdI2结构就相当于两层I-离子中间夹一层 Cd2+离子。Cd2+ 的配位数是6, I-的配位数是3属于CdI2型晶体结构的晶体有 Ca(OH)2、Mg(OH)2、Cal?、 Mg等。图6-7 Cdl 2型晶体结构（A）及层状多面体连接方式（B）8.:-方石英型结构一方石英属于立方晶系 Fd3m空间群，ao=0.713nm, Z=8。 如图6-8所示，方石英的晶胞中Si4+占有全部面心立方结点的 位置和立方体内相当于八个小立方体中心的四个。 每个Si4+都和四个02-相连，硅氧四面体层与层之间以顶角相连。 % O o图6-8 一方石英的晶体结构及结构中硅氧四面体

8、的连接方9.刚玉（- AI 2。3）型结构刚玉C -AI 2。3）型晶体结构属三方晶系R3c空间群， Sb=0.514nm ,。=55V7 Z=2。如果用六方 大晶胞 表示， Sb=0.475nm, Co=1.297nm, Z=6 （图 6-9）。刚玉结构中 O2按六 方紧密堆积排列，Al3+充填于2/3的八面体空隙，Al3+在结构中 有如图6-9中所示的三种分布形式。属于刚玉型晶体结构的晶体有 a-Fe2O3、62O3、203、V2O3图6-9刚玉晶体结构（菱面体晶胞）和结构中Al3+的三种不同排列方式10.钙钛矿型结构钙钛矿的通式是ABO3,其中A代表一价或二价金属离子， B代表四价或五价

9、金属离子。具有钙钛矿型晶体结构的主要晶体 列于表6-2中，其典型矿物为 CaTiOs。CaTiOs在高温下属立方晶系 Pm3m空间群，a=0.385nm， Z=1。低于600 C时为正交晶系 PCmm空间群，a=0.537nm， bo=0.764nm，Co=0.544nm，Z=4。CaTO 结构中 Ca2+占有立方面 心的角顶位置，O2-处于立方面心的面心位置，所以， CaTiO3结构可以看成是由O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆积，Ti4+充填在1/4的八面体空隙中（图6-10） , Ti4+的配位数是6,OCa2+的配位数是12。表6-2具有钙钛矿型结构的主要晶体氧化物氧化物氧化

10、物氧化物(1+5)(2+4)(3+3)(1+2)NaNbO3CaTiO3SrZrO3CaCeQYAlO 3KNgF3KNbO3SrTiO3BaZrO3BaCeO3LaAlO 3Kn iF3NaWO3BaTiO3PbZrO3PbCeQLaCrO3KZn F3PbTiO3CaS nQBaPrO3LaMnO3CaZrO3BaS nO3BaHfO3LaFeO3图6-10 CaTiO3的晶体结构11.尖晶石型结构尖晶石的通式是AB2O4，其中A代表二价金属离子，B代表三价金属离子，典型晶体是 MgAl2O4，其晶体结构以及结构中 多面体的连接方式如图 6-11所示，属立方晶系 Fd3m空间群，ao=0.

11、808nm, Z=8。结构中O2-可看成是立方紧密堆积， Mg2填于1/8的四面体空隙中，Al3+充填于1/2的八面体空隙中，八 面体之间以共棱方式、八面体与四面体之间以共顶方式相连。具有尖晶石型晶体结构的主要晶体列于表 6-3中。表6-3具有尖晶石型结构的主要晶体氟、氰化合物氧化物硫化物TiMg 2OCOCO2OMn C3SBeLi 2F4Zn 62O4MgAl 2O4444CUCO2OMoNa2F4VMg 2O4CdCO44MnAI 2O4CO62S4Zn K2（CN）4MgV 2O4ZnMn 2O4FeNi2O4FeAl 2O4FeCr2S4MnMn 2OMgGa2。CdK2（CN）4ZnV 2O44GeNi2O44FeNi2S4MgK 2（CN）MggO44MgFe2O4TiZ n 2O4CaGa?O4FeCr2O4FeFe?O4Sn Zn2O4MgI n 2O4NiCr 2O4CoFe2O4FeIn2O4图6-11尖晶石的晶体结构以及结构中多面体的连接方式实验内容包括：(1)就以上11种典型的化合物晶体结构，对照模型，搞清 各晶体结构中正负离子的配位关系、密堆关系，熟悉其晶 胞。(2)试作12种晶体模型。三、思考题1试列举10种典型的化合物晶体结构。2请说明你所制作的晶体模型的晶体结构特征。