晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

1、晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第一節(jié) 晶體的結(jié)構(gòu)1、晶體的分類、晶體的分類 按來源分為：按來源分為： 天然晶體（寶石、冰、天然晶體（寶石、冰、 砂子等）砂子等） 人工晶體（各種人工晶體材料等）人工晶體（各種人工晶體材料等） 一、晶體的分類一、晶體的分類按成鍵特點(diǎn)分為：按成鍵特點(diǎn)分為： 原子晶體：金剛石原子晶體：金剛石 離子晶體：離子晶體：NaCl 分子晶體：冰分子晶體：冰 金屬晶體：金屬晶體： Cu 晶體的定義晶體的定義“晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律周周期性期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)?！?注意：注意： （1 1）一種物質(zhì)是否是晶體是由其內(nèi)部

2、結(jié)）一種物質(zhì)是否是晶體是由其內(nèi)部結(jié) 構(gòu)決定的，而非由外觀判斷；構(gòu)決定的，而非由外觀判斷； （2 2）周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。）周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。晶體不僅與我們的日常生活密不可分，晶體不僅與我們的日常生活密不可分，而且在許多高科技領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)而且在許多高科技領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。晶體的外觀和性質(zhì)都是由其內(nèi)部結(jié)用。晶體的外觀和性質(zhì)都是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的：構(gòu)決定的： 決定決定 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 性能性能 反映反映圖片圖片圖片圖片2圖片圖片3圖片圖片4圖片圖片5BBO晶體二、晶體性質(zhì)二、晶體性質(zhì) 均勻性均勻性各向異性各向異性自發(fā)地形成多面體外形自發(fā)地形成多面體外形 F+V=E+2 F+

3、V=E+2 其中，其中，F(xiàn)-F-晶面，晶面，V-V-頂點(diǎn)，頂點(diǎn)，E-E-晶棱晶棱有明顯確定的熔點(diǎn)有明顯確定的熔點(diǎn)有特定的對稱性有特定的對稱性使使X X射線產(chǎn)生衍射射線產(chǎn)生衍射三、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)三、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)概念：在晶體內(nèi)部原子或分子概念：在晶體內(nèi)部原子或分子周期性周期性地排列地排列的每個(gè)重復(fù)單位的相同位置上定一個(gè)點(diǎn)，這的每個(gè)重復(fù)單位的相同位置上定一個(gè)點(diǎn)，這些點(diǎn)按一定周期性規(guī)律排列在空間，這些點(diǎn)些點(diǎn)按一定周期性規(guī)律排列在空間，這些點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)構(gòu)成一個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)陣。點(diǎn)陣是一組無限的點(diǎn)，連結(jié)。點(diǎn)陣是一組無限的點(diǎn)，連結(jié)其中任意兩點(diǎn)可得一矢量，將各個(gè)點(diǎn)陣按此其中任意兩點(diǎn)可得一矢量，將各個(gè)點(diǎn)陣按此矢量平移能

4、使它復(fù)原。點(diǎn)陣中每個(gè)點(diǎn)都具有矢量平移能使它復(fù)原。點(diǎn)陣中每個(gè)點(diǎn)都具有完全相同的周圍環(huán)境完全相同的周圍環(huán)境。結(jié)構(gòu)基元：結(jié)構(gòu)基元： 在晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中每個(gè)點(diǎn)陣所代在晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中每個(gè)點(diǎn)陣所代表的具體內(nèi)容，包括原子或分子的表的具體內(nèi)容，包括原子或分子的種類和數(shù)量及其在空間按一定方式種類和數(shù)量及其在空間按一定方式排列的結(jié)構(gòu)。排列的結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) = = 點(diǎn)陣點(diǎn)陣 + + 結(jié)構(gòu)基元結(jié)構(gòu)基元（1）直線點(diǎn)陣）直線點(diǎn)陣（2）平面點(diǎn)陣）平面點(diǎn)陣（3 3）晶胞）晶胞空間點(diǎn)陣必可選擇空間點(diǎn)陣必可選擇3 3個(gè)個(gè)不相平行不相平行的連結(jié)相鄰兩個(gè)的連結(jié)相鄰兩個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的點(diǎn)陣點(diǎn)的單位矢量單位矢量a a，b b，c c，

5、它們將點(diǎn)陣劃分成，它們將點(diǎn)陣劃分成并置的平行六面體單位，稱為點(diǎn)陣單位。相應(yīng)并置的平行六面體單位，稱為點(diǎn)陣單位。相應(yīng)地，按照晶體結(jié)構(gòu)的周期性劃分所得的平行六地，按照晶體結(jié)構(gòu)的周期性劃分所得的平行六面體單位稱為晶胞。矢量面體單位稱為晶胞。矢量a a，b b，c c的長度的長度a a，b b，c c及其相互間的夾角及其相互間的夾角，稱為點(diǎn)陣參數(shù)或稱為點(diǎn)陣參數(shù)或晶胞參數(shù)。晶胞參數(shù)。晶胞結(jié)構(gòu)圖晶胞結(jié)構(gòu)圖 晶胞晶胞晶胞與晶格晶胞與晶格晶胞的劃分晶胞的劃分對稱性對稱性 晶系晶系 正當(dāng)晶胞正當(dāng)晶胞正當(dāng)晶胞正當(dāng)晶胞素晶胞：含素晶胞：含1個(gè)結(jié)構(gòu)基元個(gè)結(jié)構(gòu)基元復(fù)晶胞：含復(fù)晶胞：含2個(gè)以上結(jié)構(gòu)基元個(gè)以上結(jié)構(gòu)基元晶胞的

6、二個(gè)要素晶胞的二個(gè)要素晶胞的二個(gè)基本要素：晶胞的二個(gè)基本要素： 一是晶胞大小和形狀；一是晶胞大小和形狀； 二是晶胞中各原子坐標(biāo)位置。二是晶胞中各原子坐標(biāo)位置。 晶胞大小和形狀可用晶胞參數(shù)表示；晶胞大小和形狀可用晶胞參數(shù)表示； 晶晶 胞中原子位置可用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示。胞中原子位置可用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示。原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo)晶體中原子的坐標(biāo)參數(shù)是以晶胞的晶體中原子的坐標(biāo)參數(shù)是以晶胞的3 3個(gè)軸個(gè)軸 作為坐標(biāo)軸，以作為坐標(biāo)軸，以3 3個(gè)軸的軸長作為坐標(biāo)軸個(gè)軸的軸長作為坐標(biāo)軸 單位的單位的: : 因?yàn)橐驗(yàn)閤 x、y y、z z 1 1，所以我們將，所以我們將x x、y y、z z定定 義為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。義為分?jǐn)?shù)

7、坐標(biāo)。czbyaxr晶胞知識要點(diǎn)晶胞知識要點(diǎn)晶胞一定是一個(gè)平行六面體，其三邊長晶胞一定是一個(gè)平行六面體，其三邊長度度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。不一定相等，也不一定垂直。整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空間并置堆砌而成的。間并置堆砌而成的。劃分晶胞要遵循劃分晶胞要遵循2個(gè)原則：一是盡可能反個(gè)原則：一是盡可能反 映映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對稱性；二是盡可能小。晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對稱性；二是盡可能小。并置堆砌并置堆砌 整個(gè)晶體就是由整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在晶胞周期性的在三維空間并置堆三維空間并置堆砌而成的。砌而成的。晶胞中質(zhì)點(diǎn)個(gè)數(shù)的計(jì)算晶胞中質(zhì)點(diǎn)個(gè)數(shù)的計(jì)算第二節(jié)、晶體

8、結(jié)構(gòu)的對稱性第二節(jié)、晶體結(jié)構(gòu)的對稱性一、晶體的對稱性一、晶體的對稱性1 1 晶系晶系 根據(jù)晶體的對稱性，按有無某種特征對稱元根據(jù)晶體的對稱性，按有無某種特征對稱元素為標(biāo)準(zhǔn)，將晶體分成素為標(biāo)準(zhǔn)，將晶體分成7 7個(gè)晶系：個(gè)晶系：1.1.立方晶系立方晶系( (c c) )：在立方晶胞在立方晶胞4 4個(gè)方向體對角線個(gè)方向體對角線上均有三重旋轉(zhuǎn)軸上均有三重旋轉(zhuǎn)軸( (a=b=ca=b=c,=90)=90)2.2.六方晶系六方晶系( (h h) )：有有1 1個(gè)六重對稱軸個(gè)六重對稱軸( (a=ba=b, , =90, =120)=90, =120)1 1晶系晶系3. 3. 四方晶系四方晶系(t)(t)：有

9、有1個(gè)四重對稱軸個(gè)四重對稱軸(a=b, =90)4.4.三方晶系三方晶系(h)(h)：有有1個(gè)三重對稱軸個(gè)三重對稱軸(a=b, =90, =120)5.5.正交晶系正交晶系(o)(o)：有有3個(gè)互相垂直的二重對稱軸個(gè)互相垂直的二重對稱軸或或2個(gè)互相垂直的對稱面?zhèn)€互相垂直的對稱面(=90)1 1 晶系晶系6.6.單斜晶系單斜晶系(m)(m)：有有1 1個(gè)二重對稱軸或?qū)ΨQ個(gè)二重對稱軸或?qū)ΨQ面面(=90(=90) )7.7.三斜晶系三斜晶系(a)(a)：沒有特征對稱元素沒有特征對稱元素1 晶系晶系bcabcabacbacbacbacbac立方立方 Cubica=b=c, = = =90四方四方 Te

10、tragonala=b c, = = =90正交正交 Rhombica b c, = = =90三方三方 Rhombohedrala=b=c, = =90a=b c, = =90 =120六方六方 Hexagonal a=b c, = =90, =120單斜單斜 Monoclinic a b c = =90, 90三斜三斜 Triclinica b c = = =902 2 空間點(diǎn)陣型式空間點(diǎn)陣型式 3 根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，將點(diǎn)陣根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，將點(diǎn)陣 空間的分布按正當(dāng)單位空間的分布按正當(dāng)單位形狀的規(guī)定和帶心型式進(jìn)行分類，得到形狀的規(guī)定和帶心型式進(jìn)行分類，得到14種型式：種型式：簡單六

11、方簡單六方(hP)R心六方心六方(hR)簡單四方簡單四方(tP)體心四方體心四方(tI)簡單立方簡單立方(cP)體心立方體心立方(cI)面心立方面心立方(cF)簡單三斜簡單三斜(ap) 簡單單斜簡單單斜(mP)C心單斜心單斜(mC,mA,mI)簡單正交簡單正交(oP)C心正交心正交(oC,oA,oB)體心正交體心正交(oI)面心正交面心正交(oF)空間點(diǎn)陣型式要點(diǎn)空間點(diǎn)陣型式要點(diǎn)有素晶胞和復(fù)晶胞有素晶胞和復(fù)晶胞立方晶系：復(fù)晶胞：體心立方（立方晶系：復(fù)晶胞：體心立方（cI）、面）、面心立方（心立方（cF）和素晶胞：簡單立方（）和素晶胞：簡單立方（cP）晶體結(jié)構(gòu)的對稱性晶體結(jié)構(gòu)的對稱性晶系晶系 空間點(diǎn)陣型式空間點(diǎn)陣型式晶胞類型晶胞類型堆積方式：堆積方式：A1, A3, A2, A4二、晶體結(jié)構(gòu)的表達(dá)及應(yīng)用二、晶體結(jié)構(gòu)的表達(dá)及應(yīng)用一般晶體結(jié)構(gòu)需給出：一般晶體結(jié)構(gòu)需給出：晶系晶系空間群（不作要求）空間群（不作要求）晶胞參數(shù)；晶胞參數(shù)；晶胞中所包含的原子或分子數(shù)晶胞中所包含的原子或分子數(shù)Z Z；特征原子的坐標(biāo)特征原子的坐標(biāo)密度計(jì)算密度計(jì)算晶體結(jié)構(gòu)的基本