《幾種典型結(jié)構(gòu)》PPT課件

九種典型結(jié)構(gòu) 1金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu) 2氯化銫結(jié)構(gòu) 3CaI2結(jié)構(gòu) 4螢石結(jié)構(gòu) 5石鹽結(jié)構(gòu) 6閃鋅礦結(jié)構(gòu) 7金剛石結(jié)構(gòu) 8鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 9層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu) 1金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu) 1 立方面心結(jié)構(gòu) 空間群 Fm3m 相當(dāng)于等大球立方最緊密堆積 屬于該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有 鋁 銅 金 銀 鉑 鉛等單質(zhì) 2 六方結(jié)構(gòu) 空間群 P63 mmc 相當(dāng)于等大球六方最緊密堆積 屬于該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有 Os Ru Re Zn等單質(zhì) 3 立方體心結(jié)構(gòu) 空間群 Im3m 為非最緊密堆積方式 屬于該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有 T V W La Ce Pr Nd Yb Eu Ti U Ba Sr K Na Ca Mg等單質(zhì) 值得指出的是 部分元素的單質(zhì)可以在不同條件下形成不同的結(jié)構(gòu) 或者可以有不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)共存 如單質(zhì)鐵 鐵 Iron alpha 奧氏體 立方體心 鐵 Iron gama 馬氏體 立方面心 鐵 Iron Epsilon 六方結(jié)構(gòu) 2氯化銫 CsCl 結(jié)構(gòu) 空間群 Pm3m 立方原始格子 陰離子分布在晶胞的8個(gè)角頂 陽離子充填在其所形成的立方體空隙中 立方體共面連接 具有該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有 KCl NaCl TiCl RbF CsN NbN NbO AgI TiTh等物質(zhì) 3CaI2結(jié)構(gòu) 空間群 P 3m 三方原始格子 在單位晶胞中 陽離子分布在8個(gè)角頂 陰離子分布中由上下各3個(gè)陽離子構(gòu)成的正三方柱中 并間隔地在上半部的中心和下半部的中心 因此 該結(jié)構(gòu)也可以理解為 陰離子做六方最緊密堆積 陽離子填充在間隔一層的全部八面體空隙中 具有該種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)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結(jié)構(gòu)的物質(zhì)有 Ag2F B2O Ni2C 4螢石結(jié)構(gòu) 空間群 Fm3m 立方面心結(jié)構(gòu) Ca分布于晶胞的角頂及面心 F分布在晶胞8等分之后每個(gè)小立方體的中心 螢石結(jié)構(gòu)可以理解為 Ca2 做立方最緊密堆積 F 充填在其中全部的四面體孔隙中 N個(gè)球最緊密堆積有2N個(gè)四面體空隙 所以Ca F 1 2 故得其分子式為CaF2 螢石晶胞中存在平行于 111 面的離子堆積層 因此 螢石具有 111 完全解理 陽離子配位四面體的連接 共棱聯(lián)結(jié)形成的螢石結(jié)構(gòu) 晶胞中由8個(gè) FCa4 共棱連接而成 而且四面體的每根棱都被共用了 陰離子配位立方體 全部共棱形成螢石結(jié)構(gòu) CaF8 配位立方體沿3維方向相間排列而成 反螢石型結(jié)構(gòu) 球鍵圖陽離子四面體配位陰離子立方體配位 反螢石型結(jié)構(gòu)可看作 陰離子做立方最緊密堆積 陽離子充填在全部的四面體空隙中 5石鹽結(jié)構(gòu) 空間群 Fm3m 立方面心格子 具有NaCl型結(jié)構(gòu)的部分物質(zhì) 表9 4與石鹽等結(jié)構(gòu)的物質(zhì) 111 200 220 6閃鋅礦結(jié)構(gòu) 空間群F 43m 立方面心格子 Zn分布于晶胞的角頂及面心 如果把晶胞8等分 S分布于間隔的小立方體的中心 閃鋅礦的晶體結(jié)構(gòu) 球鍵圖 左 配位多面體連接圖 右 結(jié)構(gòu)中 S2 和Zn2 配位數(shù)都是4 配位多面體都是四面體 四面體共角頂相聯(lián) 從圖可看出 SZn4 四面體 ZnS4 四面體也是一樣 共角頂聯(lián)成的四面體基元層與 111 方向垂直 由于S2 和Zn2 都呈配位四面體 所以閃鋅礦只用一種配位多面體結(jié)構(gòu)形式表達(dá) S和Zn互換是一樣的 如果將閃鋅礦結(jié)構(gòu)中的Zn和S都變成C 則結(jié)構(gòu)變成金剛石結(jié)構(gòu) Fd3m 具有閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的物質(zhì) 7金剛石結(jié)構(gòu) 等軸晶系 空間群Fd3m 立方面心結(jié)構(gòu) 金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中 碳原子分布在角頂和面心 以及把晶胞八等分之后 半數(shù)交替的小立方體中心 金剛石的晶體結(jié)構(gòu)可以看成是半數(shù)的C作立方最緊密堆積 藍(lán)球 另外一半C相間地充填在其中的四面體孔隙中 紅球 而構(gòu)成的 該晶體是典型的原子晶體 每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與四個(gè)碳原子形成強(qiáng)的共價(jià)鍵 鍵長為0 155nm 鍵角為109 28 16 即C的配位數(shù)4 配位多面體是四面體 碳 碳配位四面體在三維空間共角頂相聯(lián) 形成最堅(jiān)強(qiáng)的晶體結(jié)構(gòu) 如果金剛石晶胞沿一個(gè)L3立起來 金剛石似乎顯示出層狀結(jié)構(gòu)特征 雖然不是很特征 但金剛石的確平行 111 存在中等解理 由于C C鍵的鍵能大 347kJ mo 價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成 使得晶體中沒有自由電子 所以金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的固體 熔點(diǎn)高達(dá)3550 金剛石及其等結(jié)構(gòu)物質(zhì)比較 8鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 空間群 Pm3m 立方面心結(jié)構(gòu) Ca 角頂 O 面心 Ti 體心 TiO6 八面體共角頂連接 Ca填充在其間的空隙中 Ca為12次配位 5 具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的物質(zhì) 更有意義的是具有鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)的物質(zhì) 如PbTiO3 1 Pb O鍵長不相等 中間的4個(gè)為2 80A 下面的4個(gè)為2 51A 上面的4個(gè)為3 24A 2 TiO6 八面體中 Ti亦不在中心位置 以上兩個(gè)原因?qū)е戮w的對稱降低 由原來的立方原始格子降低為四方原始格子 空間群Pm3m P4mm 從而晶體具有了極性 具有極軸 這是導(dǎo)致其鐵電性的最根本原因 Spinel AB2O4 MgAl2O4 空間群Fd3m 立方面心結(jié)構(gòu) 8尖晶石結(jié)構(gòu) Mg 8a 0 50 50 5Al 16d 0 1250 1250 125O 32e 0 2640 2640 264 結(jié)構(gòu)中 O2 作立方最緊密堆積 陽離子A 二價(jià) 占據(jù)1 8的四面體空隙 AO4 四面體在結(jié)構(gòu)中間隔地成層分布 在同一層內(nèi) 臨近的四面體的頂點(diǎn)相互反向 陽離子B 三價(jià) 占據(jù)1 2的八面體空隙 形成 BO6 八面體 BO6 八面體亦成層分布 間隔性地 一個(gè)層的八面體全部被占據(jù) 一個(gè)層的半數(shù)八面體被占據(jù) 后者和 AO4 四面體同層 在 111 方向 由 BO6 八面體單純構(gòu)成的層與由 AO4 四面體和 BO6 八面體共同組成的層交替排列形成了尖晶石結(jié)構(gòu) 尖晶石通式是A2 B3 2O4 表示二價(jià)陽離子A占據(jù)了晶胞四面體空隙 三價(jià)陽離子B占據(jù)八面體空隙 此即尖晶石結(jié)構(gòu) 代表是尖晶石 MgAl2O4 當(dāng)結(jié)構(gòu)中的四面體空隙被B3 占據(jù) 而八面體空隙則被B3 和A2 各占一半 即有分子式B3 A2 B3 2O4時(shí) 這種結(jié)構(gòu)叫做反尖晶石結(jié)構(gòu) 代表物質(zhì)磁鐵礦 Fe3 Fe2 Fe3 2O4 當(dāng)結(jié)構(gòu)中四 八面體孔隙被A2 和B3 無序占據(jù)時(shí) 叫混合尖晶石結(jié)構(gòu) 代表晶相是鎂鐵礦 Fe Mg 3O4 具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的部分物質(zhì) LiMn2O4鋰電材料 9層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu) 四面體層 T 和八面體層 O T層 SiO4 共3個(gè)角頂成六方網(wǎng)層 第4個(gè)角頂 活性氧 朝向同一方向 在六方網(wǎng)孔中心 與活性氧同高度處存在一個(gè)OH 半徑1 3A O層兩個(gè)T層活性氧相向 錯(cuò)開一定距離做緊密堆積 陽離子充填八面體孔隙 形成O層 或 一邊是T層的頂點(diǎn)氧和羥基 另一邊為一層羥基 三八面體型結(jié)構(gòu)和二八面體型結(jié)構(gòu)當(dāng)每個(gè)六方網(wǎng)孔下的3個(gè)八面體空隙 一共是 6價(jià) 被三個(gè) 二價(jià) 陽離子充填時(shí) 整個(gè)結(jié)構(gòu)稱作三八面體型結(jié)構(gòu) 當(dāng)3個(gè)八面體空隙被兩個(gè) 三價(jià) 陽離子充填時(shí) 則結(jié)構(gòu)稱作二八面體型結(jié)構(gòu) 三八面體結(jié)構(gòu)的O層 每個(gè)配位離子被三個(gè)八面體共用 分給每個(gè)八面體陽離子 1 3價(jià) 6個(gè)總和為 2價(jià) 因此每個(gè)八面體樣子只能為 2價(jià) 每個(gè)配位離子被兩個(gè)八面體共用 分給每個(gè)八面體樣子 1 2價(jià)電荷 6個(gè)共 3價(jià) 因此八面體陽離子為 3價(jià) 二八面體結(jié)構(gòu)的O層 結(jié)構(gòu)單元層及基本類型T層和O層的不同堆積方式構(gòu)成了層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)單元層 1 1型 TO型 1層T層和1層O層 代表礦物是高嶺石 2 1型 TOT型 2層T層夾1層O層 代表礦物是滑石 層間域結(jié)構(gòu)單元層之間的空間叫層間域 層間域可以完全空置 也可以被其它物質(zhì)充填 如離子 分子 水和有機(jī)物等 滑石結(jié)構(gòu)云母結(jié)構(gòu) 高嶺石 kaolinite 八面體陽離子在每層占據(jù)同樣的位置 7 17 7 20A 0 00 0 65 2 22 3 37 4 30 7 17 按實(shí)際離子半徑得到的1 1層型結(jié)構(gòu) 7 17 7 20A 實(shí)際上高嶺石的層間域是沒有空隙的 八面體表面離子分布 四面體片層間的表面離子分布 實(shí)際高嶺土的片狀顆粒 寬2 厚0 1 0 2 注意上下層面的離子分布及特征 蒙皂石族 Smectite 15A蒙皂石 Ca2 攜帶大量水分子 15A 5 5 6A Ca2 攜帶大量水分子 層電荷的來源 1 來源于四面體片的Al Si替代 這時(shí) 與配平電荷的層間陽離子距離較近 稱之為 近電 記為Xt 2 來源于八面體片的Mg Al替代 這時(shí) 于配平電荷的層間陽離子距離較遠(yuǎn) 稱之為 遠(yuǎn)電 記為Xo 層電荷的分布 在晶胞所示范圍內(nèi) 每個(gè)單面只有 0 33價(jià)的電荷 平均每個(gè)基底氧攜帶電荷約為 0 055價(jià) 天然蒙皂石的層間主要為Ca2 要達(dá)到電荷平衡 1個(gè)Ca2 要配平