常见的晶体结构课件课件课件课件.ppt
关于常见的晶体结构课件第1页，此课件共52页哦1、面心立方结构（、面心立方结构（FCC，A1型）型）（1）密堆积情况：）密堆积情况：原子以原子以ABCABC的方式堆积，的方式堆积，面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积 （111）面为密排面。）面为密排面。原子分布在立方体的原子分布在立方体的8个顶点与个顶点与6个面心上。个面心上。（2）原子分布：）原子分布：第2页，此课件共52页哦晶胞含有：晶胞含有：4个个八面体空隙八面体空隙 8个个四面体空隙；四面体空隙；（3）单位晶胞原子数目：）单位晶胞原子数目：单位晶胞原子数：单位晶胞原子数：n=4；（4）原子的空间坐标：）原子的空间坐标：21210,21021,02121,000第3页，此课件共52页哦（5）原子半径与点阵常数：）原子半径与点阵常数：晶胞的晶胞的3个棱边长度（个棱边长度（a、b、c）与原子半径）与原子半径r之间的之间的关系，可由简单的几何知识求出。关系，可由简单的几何知识求出。面心立方结构（面心立方结构（a=b=c）：）：rarraa2222222第4页，此课件共52页哦（6）配位数：）配位数：CN=12 K=0.74（8）密度：）密度：阿佛加德罗常数晶胞体积原子量晶胞原子数密度（7）致密度（堆垛密度）：）致密度（堆垛密度）：第5页，此课件共52页哦A1型结构：型结构：-Fe、铝、铜、镍、铅、金、银、铂、铝、铜、镍、铅、金、银、铂等等例：例：已知铜是面心立方结构的金属，其原子半径为已知铜是面心立方结构的金属，其原子半径为0.1278nm，相对原子质量为，相对原子质量为63.54g/mol。求铜的原子。求铜的原子密度。密度。第6页，此课件共52页哦2、体心立方结构（、体心立方结构（A2型）型）（1）密堆积情况：）密堆积情况：原子以原子以ABAB的方式堆积，的方式堆积，体心立方近似密堆积，体心立方近似密堆积，（110）面为密排面。）面为密排面。原子分布在立方体的原子分布在立方体的8个顶点个顶点与与体体心心上。上。（2）原子分布：）原子分布：第7页，此课件共52页哦晶胞晶胞含有：含有：2个个八面体空隙八面体空隙 4个个四面体空隙；四面体空隙；（3）单位晶胞原子数：）单位晶胞原子数：单位晶胞原子数：单位晶胞原子数：n=2；（4）原子的空间坐标：）原子的空间坐标：212121,000第8页，此课件共52页哦（5）原子半径与点阵常数：）原子半径与点阵常数：体心立方结构（体心立方结构（a=b=c）：）：rarraa334222222第9页，此课件共52页哦（6）配位数：）配位数：A2型结构：型结构：-Fe、铬、钨、钼、钒、铌、铬、钨、钼、钒、铌、钛和钛和 锆锆等等CN=8致密度：致密度：K=0.68（7）致密度（堆垛密度）：）致密度（堆垛密度）：第10页，此课件共52页哦3、密排六方结构（、密排六方结构（A3型）型）（1）密堆积情况：）密堆积情况：原子以原子以ABAB的方式堆积，的方式堆积，六方紧密堆积，六方紧密堆积，（0001）面为密排面。）面为密排面。12个原子分布在六方晶胞的个原子分布在六方晶胞的顶点顶点、2个个原子处于上下原子处于上下底心底心、3个个原子原子在六方晶胞在六方晶胞体内体内。（2）原子分布：）原子分布：第11页，此课件共52页哦晶胞含有：晶胞含有：6（2）个）个八面体空隙；八面体空隙；12（4）个）个四面体空隙；四面体空隙；（3）单位晶胞原子数：）单位晶胞原子数：六方晶胞原子数：六方晶胞原子数：Z=6；单位晶胞原子数：单位晶胞原子数：Z=2；第12页，此课件共52页哦（4）原子的空间坐标：）原子的空间坐标：213231,000（5）原子半径与点阵常数：）原子半径与点阵常数：密排六方结构（密排六方结构（a=b=c）：）：633.12acra第13页，此课件共52页哦（6）配位数：）配位数：A3型结构：型结构：铍、镁、镉、铍、镁、镉、钛和钛和 锆锆等等CN=12致密度：致密度：K=0.74（7）致密度（堆垛密度）：）致密度（堆垛密度）：第14页，此课件共52页哦1、金刚石结构、金刚石结构 常见共价晶体的晶体结构常见共价晶体的晶体结构立方晶系立方晶系（2 2）碳原子位于立方体的）碳原子位于立方体的8 8个顶点个顶点，6 6个面心及立方体内个面心及立方体内4 4个小立方体个小立方体的中心。的中心。（1）金刚石金刚石是面心立方格子是面心立方格子（3）单位晶胞原子数：）单位晶胞原子数：n8第15页，此课件共52页哦（5 5）每个碳原子周围都有）每个碳原子周围都有四个碳，碳原子之间形成共四个碳，碳原子之间形成共价键，价键，CNCN4 4（4）晶胞内各原子的空间坐标：）晶胞内各原子的空间坐标：000，0，0 ，0 ，金刚石结构：金刚石结构：Si、Ge、灰锡、灰锡-Sn、人工合成的立方氮化硼人工合成的立方氮化硼BN第16页，此课件共52页哦2、石墨结构、石墨结构六方晶系六方晶系 石墨结构中：层内碳原子以石墨结构中：层内碳原子以共价键共价键相连，相连，CN3，三角形配位；层间，三角形配位；层间碳原子则以碳原子则以分子键分子键相连。相连。石墨结构为碳原子成层状排列石墨结构为碳原子成层状排列，每一层中碳原子成六方环状排列，每一层中碳原子成六方环状排列。石墨型结构：石墨型结构：人工合成的六方氮化硼人工合成的六方氮化硼BN第17页，此课件共52页哦根据数量关系（化学式）：根据数量关系（化学式）：AX型、型、AX2型、型、A2X3型、型、ABO3型、型、AB2O4型型常见的无机化合物：常见的无机化合物：NaCl型、型、CsCl型、型、-ZnS型、型、-ZnS型、型、CaF2型型、TiO2型、刚玉（型、刚玉（Al2O3）型、）型、CaTiO3型、尖晶石（型、尖晶石（MgAl2O4）型）型 常见无机化合物晶体结构常见无机化合物晶体结构离子晶体离子晶体 晶体结构分析：晶体结构分析：离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接第18页，此课件共52页哦（1）密堆积情况：）密堆积情况：Cl-离子面心立方堆积；离子面心立方堆积；Na+离子填充八面体空隙；离子填充八面体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=4；晶胞中：晶胞中：4个个八面体空隙八面体空隙 8个个四面体空隙；四面体空隙；Na+离子填充全部八面体空隙离子填充全部八面体空隙1、NaCl型结构型结构立方晶系立方晶系第19页，此课件共52页哦（2）质点坐标：）质点坐标：21210,21021,02121,000:Cl212121,0210,0021,2100:Na晶胞常数：晶胞常数：a0=2(r+r)第20页，此课件共52页哦（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：732.056.0181.0102.0414.0nmnmrr因为：因为：所以所以，Na+的配位数为的配位数为CN=6，Cl-的配位数的配位数CN=6形成形成NaCl6八面体共棱连接八面体共棱连接NaCl型：型：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO等等第21页，此课件共52页哦2、CsCl型结构型结构（1）密堆积情况：）密堆积情况：Cl-简单立方堆积；简单立方堆积；Cs+离子填充立方体空隙；离子填充立方体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=1；立方晶系立方晶系晶胞常数：晶胞常数：320rra第22页，此课件共52页哦CsCl型：型：CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl（2）质点坐标：）质点坐标：212121:000:CsCl000:212121:CsCl或（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：732.096.0181.0174.0nmnmrr立方体配位,8CN第23页，此课件共52页哦（1）密堆积情况：）密堆积情况：S2-离子面心立方堆积；离子面心立方堆积；Zn2+离子填充四面体空隙；离子填充四面体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=4；晶胞中：晶胞中：4个个八面体空隙八面体空隙 8个个四面体空隙；四面体空隙；Zn2+离子填充离子填充1/2四面体空隙四面体空隙3、闪锌矿型结构（、闪锌矿型结构（-ZnS）立方晶系立方晶系第24页，此课件共52页哦（2）质点坐标：）质点坐标：02121,21021,21210,000:2S434343,414143,414341,434141:2Zn第25页，此课件共52页哦（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：r+/r0.436 0.414，理论上，理论上，CN6，实际上，实际上，CN=4，四面体配位四面体配位 闪锌矿型：闪锌矿型：-SiC，Be、Cd、Hg等的硫化物、等的硫化物、硒化物和碲化物，硒化物和碲化物，CuCl 等等第26页，此课件共52页哦（1）密堆积情况：）密堆积情况：S2-离子六方紧堆积；离子六方紧堆积；Zn2+离子填充四面体空隙；离子填充四面体空隙；单位晶胞分子数：单位晶胞分子数：Z=2；晶胞中：晶胞中：2个个八面体空隙八面体空隙 4个个四面体空隙；四面体空隙；Zn2+离子填充离子填充1/2四面体空隙四面体空隙4、纤锌矿型结构、纤锌矿型结构(-ZnS)六方晶系六方晶系第27页，此课件共52页哦（2）质点坐标：）质点坐标：;213132,000:2S)21(3132,00:2uuZn其中，其中，u0.875（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：Zn2与与 S2的配位数均为：的配位数均为：4第28页，此课件共52页哦闪锌矿与纤锌矿的结构区别：闪锌矿与纤锌矿的结构区别：ZnS4四面体层的配置情况不同四面体层的配置情况不同纤锌矿型：纤锌矿型：BeO、ZnO、AlN、CdS、GaAs等等第29页，此课件共52页哦（1）密堆积情况：）密堆积情况：Ca2 离子面心立方堆积；离子面心立方堆积；F离子填充八面体空隙；离子填充八面体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=4；晶胞中：晶胞中：4个个八面体空隙八面体空隙 8个个四面体空隙；四面体空隙；F离子填充全部四面体空隙离子填充全部四面体空隙5、萤石（、萤石（CaF2）型结构）型结构立方晶系立方晶系第30页，此课件共52页哦（2）质点坐标：）质点坐标：21210,21021,02121,000:2Ca414143,414341,434141,434343,434341,434143,414343,414141:F282109sin220rra晶胞常数：晶胞常数：第31页，此课件共52页哦（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：r/r0.975，CNCa8 CNF4CaF8FCa4第32页，此课件共52页哦 萤石型（萤石型（RO2）：）：反萤石型（反萤石型（R2O）：）：ZrO2、ThO2、CeO2、VO2、BaF2等等Li2O、Na2O、K2O.第33页，此课件共52页哦（1）密堆积情况：）密堆积情况：O2-离子近似六方紧密堆积；离子近似六方紧密堆积；Ti4+离子填充离子填充1/2八面体空隙；八面体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=2；晶胞中：晶胞中：2个个八面体空隙八面体空隙 4个个四面体空隙；四面体空隙；6、金红石（、金红石（TiO2）型结构）型结构四方晶系四方晶系第34页，此课件共52页哦（2）质点坐标：）质点坐标：212121,212121,011,:212121,000:24uuuuuuuuoOTiu0.31第35页，此课件共52页哦（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：r/r0.44，CNTi6CNO3TiO6TiO2型：型：GeO2、SnO2、PbO、MnO2第36页，此课件共52页哦（1）密堆积情况：）密堆积情况：Ca2和和O2 作面心立方堆积；作面心立方堆积；Ti4+离子填充离子填充1/4八面体空隙；八面体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=1；晶胞中：晶胞中：4个个八面体空隙八面体空隙 8个个四面体空隙；四面体空隙；7 7、钙钛矿（、钙钛矿（CaTiOCaTiO3 3）型结构）型结构立方晶系立方晶系第37页，此课件共52页哦（2）质点坐标：）质点坐标：21021,21210,02121:212121:000:242OTiCa第38页，此课件共52页哦（3）配位数与配位多面体：）配位数与配位多面体：Ti4+：r/r0.436，CNTi6Ca2+：r/r0.96，CNCa12O2：CNO6第39页，此课件共52页哦8、MgAl2O4尖晶石型结构尖晶石型结构立方晶系立方晶系第40页，此课件共52页哦O2 面心立方堆积；面心立方堆积；Mg2+离子填充离子填充1/8四面体空隙；四面体空隙；Al3+离子填充离子填充1/2八面体空隙；八面体空隙；晶胞分子数：晶胞分子数：Z=8；8个个Mg、16个个Al、32个个O第41页，此课件共52页哦第42页，此课件共52页哦尖晶石型晶体结构中多面体连接方式尖晶石型晶体结构中多面体连接方式第43页，此课件共52页哦 正尖晶石：正尖晶石：二价阳离子二价阳离子A填充于四面体空隙，三价填充于四面体空隙，三价阳离子阳离子B填充于八面体空隙的叫正尖晶石。填充于八面体空隙的叫正尖晶石。反正尖晶石：反正尖晶石：二价阳离子二价阳离子A填充于八面体空隙，三填充于八面体空隙，三价阳离子价阳离子B一半填充四面体空隙，另一半填充在八面一半填充四面体空隙，另一半填充在八面体空隙中称为反尖晶石。体空隙中称为反尖晶石。AB2O4第44页，此课件共52页哦无机化合物结构与鲍林规则（无机化合物结构与鲍林规则（Paulings rule）氧化物晶体及硅酸盐晶体大都含有一定成分的离子键，因此，氧化物晶体及硅酸盐晶体大都含有一定成分的离子键，因此，在一定程度上可以根据鲍林规则来判断晶体结构的稳定性。在一定程度上可以根据鲍林规则来判断晶体结构的稳定性。1928年，鲍林根据当时已测定的晶体结构数据和晶格能公式所反映的年，鲍林根据当时已测定的晶体结构数据和晶格能公式所反映的关系，提出了判断离子化合物结构稳定性的规则关系，提出了判断离子化合物结构稳定性的规则鲍林规则。鲍鲍林规则。鲍林规则共包括五条规则。林规则共包括五条规则。第45页，此课件共52页哦n鲍林第一规则鲍林第一规则配位多面体规则配位多面体规则，其内容是：，其内容是：“在离子晶体在离子晶体中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。第。第一规则实际上是对晶体结构的直观描述，如一规则实际上是对晶体结构的直观描述，如NaCl晶体是由晶体是由NaCl6八面体以共棱方式连接而成。八面体以共棱方式连接而成。第46页，此课件共52页哦n鲍林第二规则鲍林第二规则电价规则电价规则指出：指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差电键强度的总和，其偏差 1/4价价”。静电键强度静电键强度 S=，则负离子电荷数则负离子电荷数 。nZ正离子配位数正离子配位数正离子电荷数正离子电荷数 iiiiinZSZ第47页，此课件共52页哦电价规则有两个电价规则有两个用途用途：其一，判断晶体是否稳定其一，判断晶体是否稳定；其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。在在CaTiO3结构中，结构中，Ca2+、Ti4+、O2-离子的配位数分别为离子的配位数分别为12、6、6。O2-离子的配离子的配位多面体是位多面体是OCa4Ti2，则，则O2-离子的电荷数为离子的电荷数为4个个2/12与与2个个4/6之和即等于之和即等于2，与，与O2-离离子的电价相等，故晶体结构是稳定的。子的电价相等，故晶体结构是稳定的。一个一个SiO4四面体顶点的四面体顶点的O2-离子还可以和另一个离子还可以和另一个SiO4四面体相连接（四面体相连接（2个配个配位多面体共用一个顶点），或者和另外位多面体共用一个顶点），或者和另外3个个MgO6八面体相连接（八面体相连接（4个配位多面体共个配位多面体共用一个顶点），这样可使用一个顶点），这样可使O2-离子电价饱和。离子电价饱和。第48页，此课件共52页哦n鲍林第三规则鲍林第三规则多面体共顶、共棱、共面规则多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：，其内容是：“在一个配位结构在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显位的正离子的这种效应更为明显”。假设两个四面体共顶连接时中心距离为假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、共面时各为，则共棱、共面时各为0.58和和0.33。若是八面体，则各为。若是八面体，则各为1，0.71和和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性顶点数目的增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。因此，结构中降低。因此，结构中SiO4只能共顶连接，而只能共顶连接，而AlO6却可以共棱连接，在有些结却可以共棱连接，在有些结构，如刚玉中，构，如刚玉中，AlO6还可以共面连接。还可以共面连接。第49页，此课件共52页哦第50页，此课件共52页哦n鲍林第四规则鲍林第四规则不同配位多面体连接规则不同配位多面体连接规则，其内容是：，其内容是：“若晶体若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势尽可能彼此互不连接的趋势”。例如，在镁橄榄石结构中，有。例如，在镁橄榄石结构中，有SiO4四面体和四面体和MgO6八面体两种配位多面体，但八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配电价高、配位数低，所以位数低，所以SiO4四面体之间彼此无连接，它们之间由四面体之间彼此无连接，它们之间由MgO6八面体所隔开。八面体所隔开。第51页，此课件共52页哦感谢大家观看感谢大家观看第52页，此课件共52页哦
