晶體結(jié)構(gòu)課件

1、第第6章晶體結(jié)構(gòu)章晶體結(jié)構(gòu)p6.1 金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)p6.2 惰性氣體的晶體結(jié)構(gòu)惰性氣體的晶體結(jié)構(gòu)p6.3 非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)p6.4 二元化合物晶體結(jié)構(gòu)二元化合物晶體結(jié)構(gòu)p6.5 多元化合物的晶體結(jié)構(gòu)p6.6 硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)主要教學(xué)內(nèi)容p 晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)v晶系晶系v空間群的國(guó)際符號(hào)空間群的國(guó)際符號(hào)v晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)v晶胞中的分子數(shù)晶胞中的分子數(shù)v原子或離子的配位數(shù)原子或離子的配位數(shù)v原子或離子的坐標(biāo)原子或離子的坐標(biāo)p晶體結(jié)構(gòu)圖晶體結(jié)構(gòu)圖 晶體結(jié)構(gòu)圖反映質(zhì)點(diǎn)在晶胞中的位置和分晶體結(jié)構(gòu)圖反映質(zhì)點(diǎn)在晶胞中的位置和分布規(guī)律，有幾種不同的模式：布規(guī)律，有幾種不

2、同的模式：v 原子原子(離子離子)球體堆積球體堆積 (hard-sphere model)v 化學(xué)鍵聯(lián)接化學(xué)鍵聯(lián)接(ball-and-stick model)v 配位多面體配位多面體 (polyhedral model)v 多種方式綜合多種方式綜合p同型結(jié)構(gòu)同型結(jié)構(gòu) 質(zhì)點(diǎn)種類不同，對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)排列方式相同，稱為同型質(zhì)點(diǎn)種類不同，對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)排列方式相同，稱為同型結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。p典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu) 在若干種同型結(jié)構(gòu)的晶體中選出一種命名這種結(jié)構(gòu)，在若干種同型結(jié)構(gòu)的晶體中選出一種命名這種結(jié)構(gòu)，即為典型結(jié)構(gòu)。即為典型結(jié)構(gòu)。NaCl 型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)方鉛礦（方鉛礦（PbS）、方鎂石）、方鎂石 （MgO）.，ClNa原子

3、之間以金屬鍵結(jié)合，結(jié)構(gòu)看成是由等大球緊密原子之間以金屬鍵結(jié)合，結(jié)構(gòu)看成是由等大球緊密堆積而成，原子配位數(shù)高。堆積而成，原子配位數(shù)高。 按金屬原子堆積方式可分為：按金屬原子堆積方式可分為：pA1型：立方最緊密堆積型：立方最緊密堆積pA2型：立方體心緊密堆積型：立方體心緊密堆積pA3型：六方最緊密堆積型：六方最緊密堆積6.1 金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)p 等軸晶系，原子呈立方最緊密堆積，屬等軸晶系，原子呈立方最緊密堆積，屬A1型。型。a具有銅型結(jié)構(gòu)的有具有銅型結(jié)構(gòu)的有Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等單質(zhì)晶體。等單質(zhì)晶體。 Cu型結(jié)構(gòu)p空間群空間群Fm3mpa=0.3608

4、nm，CN=12，Z=4。pCu坐標(biāo)：坐標(biāo)： 0,0,0；1/2,1/2,0; 1/2, 0,1/2; 0, 1/2,1/2.p 等軸晶系，等軸晶系，原子成立方體心緊密堆積，屬原子成立方體心緊密堆積，屬A2型，型，屬屬-Fe型結(jié)構(gòu)的有型結(jié)構(gòu)的有W、Mo、Li、Na、K、Rb、Cs、Ba等等。a -Fe型p空間群為空間群為Im3mpa=0.2860nm，CN=8，Z=2p Fe坐標(biāo)：坐標(biāo)：0，0，0；1/2，1/2，1/2p 六方晶系，原子成六方最緊密堆積，屬六方晶系，原子成六方最緊密堆積，屬A3型。型。屬屬Os型結(jié)構(gòu)的有型結(jié)構(gòu)的有Mg、Zn、Rh、Sc、Gd、Y、Cd等。等。 Os型cXYU1

5、/21/21/2p 空間群為空間群為P6/mmcp a=0.2712nm，c=0.4314nm，p CN=12，Z=2。單原子存在，有全充滿的電子層，低溫下以范德華單原子存在，有全充滿的電子層，低溫下以范德華力凝聚成晶體。原子作等大球緊密堆積。力凝聚成晶體。原子作等大球緊密堆積。HeHe屬屬 A3 A3 型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)其余惰性氣體氖其余惰性氣體氖(Ne)(Ne)、氬、氬(Ar)(Ar)、氪、氪(Kr)(Kr)、氙、氙(Xe)(Xe)、均屬于均屬于 A1 A1 型。型。 6.2 惰性氣體的晶體結(jié)構(gòu)p 原子之間多以共價(jià)鍵結(jié)合。原子之間多以共價(jià)鍵結(jié)合。p 原子配位數(shù)一般符合原子配位數(shù)一般符合CN =

6、8-NCN = 8-N規(guī)則。規(guī)則。p N N：非金屬原子在元素周期表中的族數(shù)。非金屬原子在元素周期表中的族數(shù)。 6.3 非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)p等軸晶系。碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，每個(gè)碳等軸晶系。碳原子之間以共價(jià)鍵結(jié)合，每個(gè)碳原子周圍有原子周圍有4個(gè)碳原子，形成四面體配位。個(gè)碳原子，形成四面體配位。 金剛石型p 碳原子位于晶胞的角頂和面心，以及相間的碳原子位于晶胞的角頂和面心，以及相間的4個(gè)小立方體的中心。個(gè)小立方體的中心。p 空間群空間群 Fd3mp a=0.3570nmp CN=4，Z=81/21/21/21/23/43/41/41/41/2滑移滑移(b+c) /4滑移滑移

7、(a+c) /4金剛石型結(jié)構(gòu)中的d滑移面p C原子坐標(biāo)：原子坐標(biāo)： 0,0,0； 1/2,1/2,0; 1/2, 0,1/2; 0, 1/2,1/21/4,1/4,1/4; 3/4, 3/4,1/4; 3/4, 1/4,3/4; 1/4,3/4,3/4 石墨的結(jié)構(gòu)石墨的結(jié)構(gòu)sp2雜化雜化p六方晶系，六方晶系，層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)每個(gè)層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)每個(gè)C與與3個(gè)個(gè)C連接，連接，形成六方環(huán)狀網(wǎng)層；上層六方網(wǎng)環(huán)的碳原子有一形成六方環(huán)狀網(wǎng)層；上層六方網(wǎng)環(huán)的碳原子有一半對(duì)著下層六方網(wǎng)環(huán)的中心。層的重復(fù)規(guī)律為半對(duì)著下層六方網(wǎng)環(huán)的中心。層的重復(fù)規(guī)律為ABAB.。 石墨(2H ,C)上層上層(B)下層下層(A)c0

8、.1427nm0.3355nm0.6708nm底層：底層：中層：中層：頂層：頂層：2H石墨的晶胞劃分石墨的晶胞劃分XYU1/2底層底層中間層中間層頂層頂層石墨的晶胞包括三層，底層石墨的晶胞包括三層，底層C C原子的位置與頂層原子的位置與頂層相同，中間層不同。相同，中間層不同。底層：底層：中層：中層：頂層：頂層：XYU1/2p空間空間群群P63/mmc，pa=0.246nm，c=0.6708nm，Z=4。p6.4.1 AX型晶體結(jié)構(gòu)p6.4.2 AX2型晶體結(jié)構(gòu)p6.4.3 A2X3型晶體結(jié)構(gòu)6.4 二元化合物晶體結(jié)構(gòu)化合物類型化合物類型典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)二元二元化合物化合物AX型型CsCl Na

9、ClZnSAX2型型CaF2TiO2FeS2-SiO2A2X3型型 Al2O3多元多元化合物化合物ABX3型型CaCO3CaTiO3AB2X4型型MgAl2O4p陰陽(yáng)離子電價(jià)相同，數(shù)量比例為陰陽(yáng)離子電價(jià)相同，數(shù)量比例為1:1。 p主要有主要有 NaCl型、型、 CsCl型、型、 ZnS型等。型等。6.4.1 AX型晶體結(jié)構(gòu)型晶體結(jié)構(gòu)p 等軸晶系，等軸晶系，結(jié)構(gòu)可以看成是結(jié)構(gòu)可以看成是Cl-作立方最緊密作立方最緊密堆積，堆積，Na+充填所有的八面體空隙。充填所有的八面體空隙。 NaCl型ClNap空間群空間群Fm3mp ao=0.5628nm。CN=6，Z=4p AX型化合物中，型化合物中，r+

10、/r-=0.4140.732時(shí)多為時(shí)多為NaCl型結(jié)構(gòu)。型結(jié)構(gòu)。p 屬于屬于NaCl型結(jié)構(gòu)的二元化合物有：型結(jié)構(gòu)的二元化合物有：v 鹵化物鹵化物(AX)，v A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+ v X=F-、Cl-、Br-。v 硫化物硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+v 硒化物硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+v 碲化物碲化物 (ATe ), A= Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2v 碳化物（碳化物（AC），）， A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Thv 氮化物氮化物(AN), A=Sc、Y、Ti、Zr、V、N

11、b、Cr、Np、Pu、Th、Uv 氧化物氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+v 氫化物氫化物 (AH), A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+p 等軸晶系，等軸晶系， CsCl結(jié)構(gòu)可以看成是由結(jié)構(gòu)可以看成是由Cl-的立方原始格子的立方原始格子和和Cs+的立方原始格子套疊而成，一套點(diǎn)陣位于另一套點(diǎn)的立方原始格子套疊而成，一套點(diǎn)陣位于另一套點(diǎn)陣晶胞的中心。陣晶胞的中心。 CsCl型p AX型化合物中，型化合物中，r+/r-0.732時(shí)，多為時(shí)，多為CsCl型結(jié)構(gòu)。型結(jié)構(gòu)。p空間群空間群Pm3m，pa=0.411nm，CN=8，Z=1。p屬于這種結(jié)構(gòu)型的

12、有屬于這種結(jié)構(gòu)型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、ThTe、TlCl、TlBr、NH4Cl、NH4Br、NH4I等。等。在后三種晶體中，在后三種晶體中，NH4+可看作是一個(gè)簡(jiǎn)單的陽(yáng)可看作是一個(gè)簡(jiǎn)單的陽(yáng)離子。離子。p等軸晶系，結(jié)構(gòu)可以看成是等軸晶系，結(jié)構(gòu)可以看成是S2-作立方最緊密堆作立方最緊密堆積，積，Zn+充填充填1/2的四面體空隙。的四面體空隙。 -ZnS型ZnSp 空間群空間群F43m，p a=0.540nm，p CN=4p Z=4p結(jié)構(gòu)穩(wěn)定于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定于r+/r-=0.414-0.225。p具有閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的有具有閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、BeV、BeS

13、、CdS、HgS、BeSe、BeTe、ZnSe、ZnTe、CdTe、MgTe、AlP、GaP、AlAs、GaAs、AlSb、InSb、BaS、BN、SiC、BeB等。等。 主要包括氧化物和氟化物等，典型結(jié)構(gòu)：主要包括氧化物和氟化物等，典型結(jié)構(gòu)：p螢石（螢石（CaF2）型）型p金紅石（金紅石（TiO2）型）型6.4.2 AX2型晶體結(jié)構(gòu)型晶體結(jié)構(gòu) 螢石（CaF2）型Ca 2+F - p 等軸晶系等軸晶系p 空間群空間群Fm3m,p a=0.545nm，Z=4。p F- ：CN=4，四面體配位，四面體配位，p Ca2+ ： CN=8，立方體配位，立方體配位p螢石型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定范圍為螢石型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定范

14、圍為 r r+ +/r/r- -0.7320.732。pCa2+離子位于立方面心晶胞的八個(gè)角頂和每一個(gè)面的離子位于立方面心晶胞的八個(gè)角頂和每一個(gè)面的中心，中心，F(xiàn)-位于單位晶胞所等分的八個(gè)小立方體的中心。位于單位晶胞所等分的八個(gè)小立方體的中心。也可以看成也可以看成Ca2+成立方緊密堆積，氟離子充填所有四成立方緊密堆積，氟離子充填所有四面體空隙。面體空隙。 1/21/21/21/21/21/21/21/21/21/21/21/2TiOp結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定范圍結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定范圍： r+/r-=0.7320.380TiOTiO6 6 八面體共棱連接成平行八面體共棱連接成平行C C軸的鏈，鏈間共角頂連接。軸的鏈，

15、鏈間共角頂連接。 -石英（石英（SiO2）型結(jié)構(gòu)）型結(jié)構(gòu)三方晶系，空間群：三方晶系，空間群：P312或或P322；Z=3。SiO4四面體四面體以角頂相聯(lián)，形成以角頂相聯(lián)，形成圍繞圍繞3次螺旋次螺旋軸軸(31和和32)的螺旋狀鏈。的螺旋狀鏈。Si：CN=4，O：CN=2。SiO4四面體四面體 圍繞圍繞c軸的螺旋狀鏈軸的螺旋狀鏈鏈連接形成的格架鏈連接形成的格架-石英平行（石英平行（0001）的結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)-石英平行（0001）的結(jié)構(gòu)空間群P642，ao=0.501nm，co=0.547nm。-石英晶體沿一個(gè)二次軸受壓后正負(fù)電荷重心分離，產(chǎn)生表面電荷 赤銅礦（赤銅礦（Cu 2 O）型結(jié)構(gòu)）型結(jié)構(gòu) 赤

16、銅礦的晶體結(jié)構(gòu)等軸晶系，空間群為等軸晶系，空間群為Pn3m，a0=0.426nm，Z=2。等效點(diǎn)的坐標(biāo)為；等效點(diǎn)的坐標(biāo)為；O2- 是是0，0，0；1/2，1/2，1/2；Cu+ ，1/4，1/4，1/4；3/4，1/4，3/4；1/4，3/4，1/4；3/4，3/4，1/4。 黃鐵礦（黃鐵礦（FeS2）型結(jié)構(gòu)）型結(jié)構(gòu)等軸晶系，空間群等軸晶系，空間群Pa3，a=0.547nm。Fe2+和和S22-的配位數(shù)均為的配位數(shù)均為6。黃鐵礦(FeS2) 的結(jié)構(gòu)模型黃鐵礦可以看成是由氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)演變而來(lái)，即Fe2+取代Na1+，S22-取代Cl-.啞鈴狀對(duì)硫S22-的軸向與1/8晶胞的小立方體對(duì)角線的方向

17、相同，但是彼此不相切割。 Fe-S=0.225nm, S-S=0.217nm。FeS6八面體共面連接，且共面的棱比非共八面體共面連接，且共面的棱比非共面的棱要長(zhǎng)，說(shuō)明面的棱要長(zhǎng)，說(shuō)明Fe-S鍵以共價(jià)鍵為主。鍵以共價(jià)鍵為主。6.4.3 A2X3型晶體結(jié)構(gòu)p三方晶系。結(jié)構(gòu)中氧離子作近似六方最緊密堆積，三方晶系。結(jié)構(gòu)中氧離子作近似六方最緊密堆積，鋁離子占據(jù)鋁離子占據(jù)2/3的八面體空隙。的八面體空隙。pAlO6八面體在平行八面體在平行(0001)方向上共方向上共 棱成層，棱成層，p沿沿Z軸方向共面相連。軸方向共面相連。p 三方晶系，空間群三方晶系，空間群R3c，p a=0.477nm，c=1.304nm，p Al3+：CN=6；p O2-：CN=4；p Z=66.4.3 A2X3型晶體結(jié)構(gòu)-Al2O3（剛玉）型p 在平行在平行C軸方向上，每隔兩個(gè)實(shí)心的充軸方向上，每隔兩個(gè)實(shí)心的充填