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结构化学第八章本讲稿第一页，共四十四页 玻璃体玻璃体在固体中，有些是非晶物质，如玻璃、松香、在固体中，有些是非晶物质，如玻璃、松香、明胶等，在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构规律明胶等，在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷液体，称为玻璃，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷液体，称为玻璃体。体。松香松香玻璃玻璃明胶明胶本讲稿第二页，共四十四页晶体和玻璃体的结构差异晶体和玻璃体的结构差异本讲稿第三页，共四十四页简答题：晶体的性质简答题：晶体的性质（1）均匀性。一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。）均匀性。一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。（2）各向异性。在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。）各向异性。在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。（3）自发地形成多面体外形。晶体在生长过程中自发地形成晶）自发地形成多面体外形。晶体在生长过程中自发地形成晶面，晶面相交成为晶棱会聚成顶点，从而出现具有多面体外姓面，晶面相交成为晶棱会聚成顶点，从而出现具有多面体外姓的特点。的特点。（4）晶体具有明显确定的熔点。晶体具有周期性结构，各个部）晶体具有明显确定的熔点。晶体具有周期性结构，各个部分都按同一方式排列。当温度升高，热振动加剧，晶体开始融化分都按同一方式排列。当温度升高，热振动加剧，晶体开始融化时，各部分需要同样的温度，因而有一定的熔点。时，各部分需要同样的温度，因而有一定的熔点。（5）晶体的对称性。晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特）晶体的对称性。晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。定的对称性。（6）晶体对）晶体对X射线的衍射。晶体结构的周期大小和射线的衍射。晶体结构的周期大小和X射线的波长射线的波长相当，可作为三维光栅，使相当，可作为三维光栅，使X射线产生衍射。射线产生衍射。本讲稿第四页，共四十四页食盐晶体和石墨晶体的各向异性食盐晶体和石墨晶体的各向异性本讲稿第五页，共四十四页晶体的熔化曲线晶体的熔化曲线8.1.2 点阵和结构基元点阵和结构基元定义：定义：点阵点阵是一组无限的点，连接其中任意两点可得一向量，将各是一组无限的点，连接其中任意两点可得一向量，将各个点按此向量平移能使它复原，凡满足这条件的一组点称为点阵个点按此向量平移能使它复原，凡满足这条件的一组点称为点阵。（注意注意）本讲稿第六页，共四十四页结构基元结构基元点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容，包括原点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为晶体的结构基元（晶体的结构基元（structural motif）晶体结构的表示晶体结构的表示本讲稿第七页，共四十四页一维周期排列的结构一维周期排列的结构本讲稿第八页，共四十四页一维周期排列的结构及其一维周期排列的结构及其点阵（黑点代表点阵点）点阵（黑点代表点阵点）（a）Cu（b）石墨）石墨（c）Se（d）NaCl（e）伸展聚乙烯伸展聚乙烯本讲稿第九页，共四十四页二维周期下点阵和结构基元二维周期下点阵和结构基元本讲稿第十页，共四十四页本讲稿第十一页，共四十四页本讲稿第十二页，共四十四页本讲稿第十三页，共四十四页二维周期排列的结构及其点阵（黑点代表点阵点）二维周期排列的结构及其点阵（黑点代表点阵点）（a）NaCl（b）Cu（c）石墨（）石墨（d）B(OH)3本讲稿第十四页，共四十四页三维周期排列的结构三维周期排列的结构本讲稿第十五页，共四十四页本讲稿第十六页，共四十四页三维周期排列的结构及其点阵三维周期排列的结构及其点阵(黑点代表点阵点黑点代表点阵点)(a)Po,(b)CsCl,(c)Na,(d)Cu(e)Mg,(f)金刚石金刚石(g)NaCl(h)石墨石墨本讲稿第十七页，共四十四页 为什么金属钋、金属铜和金属钠的结构基元是为什么金属钋、金属铜和金属钠的结构基元是1个原子个原子，而金属镁和金刚石却是，而金属镁和金刚石却是2个原子？个原子？本讲稿第十八页，共四十四页8.1.3 点阵单位点阵单位本讲稿第十九页，共四十四页本讲稿第二十页，共四十四页本讲稿第二十一页，共四十四页8.1.4 晶体的缺陷晶体的缺陷定义：定义：实际的晶体都是近似的空间点阵式的结构，实际晶体有一定实际的晶体都是近似的空间点阵式的结构，实际晶体有一定的大小，晶体中多少都存在一定的缺陷。晶体中一切偏离理想的点的大小，晶体中多少都存在一定的缺陷。晶体中一切偏离理想的点阵结构都称为阵结构都称为晶体缺陷。晶体缺陷。点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷面缺陷体缺陷体缺陷空位空位杂质原子杂质原子间隙原子间隙原子错位原子错位原子变价原子变价原子位错位错晶面晶面堆积层错堆积层错晶粒晶粒双晶的界面双晶的界面空洞空洞气泡气泡包裹物包裹物沉积物沉积物晶体缺陷的简单分类晶体缺陷的简单分类本讲稿第二十二页，共四十四页常见的晶体缺陷常见的晶体缺陷本讲稿第二十三页，共四十四页8.2 晶体结构的对称性晶体结构的对称性8.2.1 晶体的对称元素和对称操作晶体的对称元素和对称操作 晶体的内部结构具有一定的对称性，可用一组对称元晶体的内部结构具有一定的对称性，可用一组对称元素组成的对称元素系描述。素组成的对称元素系描述。晶体结构最基本的特点是晶体结构最基本的特点是具有空间点阵结构。具有空间点阵结构。晶体的点阵结构使晶体的对称性和分子的对称性有差别。晶体的点阵结构使晶体的对称性和分子的对称性有差别。本讲稿第二十四页，共四十四页分子结构分子结构点阵结构点阵结构对称元素对称元素对称操作对称操作对称元素对称元素对称操作对称操作旋转轴旋转轴镜面镜面对称中心对称中心反轴反轴旋转操作旋转操作反映操作反映操作反演操作反演操作旋转反演操作旋转反演操作旋转轴旋转轴镜面镜面对称中心对称中心反轴反轴旋转操作旋转操作反映操作反映操作反演操作反演操作旋转反演操作旋转反演操作点阵点阵螺旋轴螺旋轴滑移面滑移面平移操作平移操作螺旋旋转操作螺旋旋转操作反映滑移操作反映滑移操作分子结构和点阵结构对称元素和对称操作的差异分子结构和点阵结构对称元素和对称操作的差异本讲稿第二十五页，共四十四页本讲稿第二十六页，共四十四页旋转轴轴次的证明旋转轴轴次的证明本讲稿第二十七页，共四十四页螺旋轴和滑移面螺旋轴和滑移面本讲稿第二十八页，共四十四页高轴次螺旋轴高轴次螺旋轴本讲稿第二十九页，共四十四页空间点群（本书不要求）空间点群（本书不要求）本讲稿第三十页，共四十四页8.2.2 晶胞晶胞名词：名词：晶胞晶胞按照晶体内部结构的周期性，划分出一个个大小和按照晶体内部结构的周期性，划分出一个个大小和形状完全一样的平行六面体，以代表晶体结构的基本重复单位，形状完全一样的平行六面体，以代表晶体结构的基本重复单位，叫晶胞。叫晶胞。划分原则：划分原则：（i）尽可能反映晶体内部结构的对称性，为此对各晶系的晶胞参）尽可能反映晶体内部结构的对称性，为此对各晶系的晶胞参数加以限制，凡符合这限制条件的晶胞称为正当晶胞；数加以限制，凡符合这限制条件的晶胞称为正当晶胞；（ii）尽可能划得小一些。）尽可能划得小一些。晶胞的两要素：晶胞的两要素：（i）晶胞的大小和形状，即晶胞参数）晶胞的大小和形状，即晶胞参数a，b，c，；（ii）晶胞内部各个原子的坐标位置，即原子的坐标参数（）晶胞内部各个原子的坐标位置，即原子的坐标参数（x，y，z）。）。本讲稿第三十一页，共四十四页8.2.3 晶系晶系32个点群个点群14个空间点阵个空间点阵7个晶系个晶系230个空间群个空间群立方晶系立方晶系六方晶系六方晶系四方晶系四方晶系三方晶系三方晶系正交晶系正交晶系单斜晶系单斜晶系三斜晶系三斜晶系14个空间点阵型个空间点阵型本讲稿第三十二页，共四十四页8.2.4 晶体的空间点阵型式晶体的空间点阵型式本讲稿第三十三页，共四十四页8.2.5 晶体学点群（晶体学点群（32个）个）8.2.6点阵点、直线点阵和平面点阵的指标点阵点、直线点阵和平面点阵的指标 当空间点阵选择某一点阵点为坐标原点，选择当空间点阵选择某一点阵点为坐标原点，选择3个不相平个不相平行的单位矢量行的单位矢量a，b，c后，该空间点阵就按确定的平行六面体后，该空间点阵就按确定的平行六面体进行划分，单位的大小形状就已确定。这时点阵中每一点阵点进行划分，单位的大小形状就已确定。这时点阵中每一点阵点都可用一定的指标标记它。而一组直线点阵或某个晶棱的方向都可用一定的指标标记它。而一组直线点阵或某个晶棱的方向也可用数字符号标记。一组平面点阵或晶面也可用一定的数字也可用数字符号标记。一组平面点阵或晶面也可用一定的数字指标标记。指标标记。1.点阵点指标点阵点指标uvw 空间点阵中某一点阵点的坐标，可作从原点至该点的矢量空间点阵中某一点阵点的坐标，可作从原点至该点的矢量r，并将，并将r用单位矢量用单位矢量a，b，c表示，若表示，若则该点阵点的指标为则该点阵点的指标为uvw。本讲稿第三十四页，共四十四页2.直线点阵指标或晶棱指标直线点阵指标或晶棱指标uvw 晶体点阵中的每一组直线点阵的方向，用记号晶体点阵中的每一组直线点阵的方向，用记号uvw表示，表示，其中其中u，v，w为为3个互质的整数。直线点阵个互质的整数。直线点阵uvw的取向与矢量的取向与矢量uavbwc平行。平行。3.平面点阵指标或晶面指标（平面点阵指标或晶面指标（hkl）（研究生考试经常考）（研究生考试经常考）本讲稿第三十五页，共四十四页（100），（），（110），（），（111）三种晶面的点阵中的取向）三种晶面的点阵中的取向和和z轴平行的各组点轴平行的各组点阵面在投影中的取向阵面在投影中的取向本讲稿第三十六页，共四十四页4.平面间距平面间距d(hkl)（研究生考试的考点，需要记公式）（研究生考试的考点，需要记公式）8.3 空间群及晶体结构的表达（自学）空间群及晶体结构的表达（自学）8.4 晶体的衍射晶体的衍射 晶体的周期性结构使晶体能对晶体的周期性结构使晶体能对X射线、中子流、电子流等射线、中子流、电子流等产生衍射效应，形成产生衍射效应，形成X射线衍射法、中子衍射法和电子衍射法射线衍射法、中子衍射法和电子衍射法。这些衍射法能获得有关晶体结构可靠而精确的数据，其中最。这些衍射法能获得有关晶体结构可靠而精确的数据，其中最重要的是重要的是X射线衍射法。射线衍射法。8.4.1 X射线的产生及其性质射线的产生及其性质 X射线是波长范围在约射线是波长范围在约110000pm的电磁波。用于测定的电磁波。用于测定晶体结构的晶体结构的X射线，波长为射线，波长为50250pm。本讲稿第三十七页，共四十四页X射线的产生射线的产生本讲稿第三十八页，共四十四页8.4.2 衍射的方向衍射的方向本讲稿第三十九页，共四十四页晶体的晶体的X射线衍射的两要素：射线衍射的两要素：（i）衍射方向和（）衍射方向和（ii）衍射强度。）衍射强度。劳埃方程和布拉格方程（考研的重要考点，后者尤其重要）劳埃方程和布拉格方程（考研的重要考点，后者尤其重要）马克思马克思冯冯劳埃劳埃本讲稿第四十页，共四十四页本讲稿第四十一页，共四十四页本讲稿第四十二页，共四十四页2.Bragg方程（重点）方程（重点）本讲稿第四十三页，共四十四页8.4.3 衍射强度衍射强度8.4.4 单晶衍射法单晶衍射法8.4.5 多晶衍射法多晶衍射法8.4.6 晶体的电子衍射和中子衍射晶体的电子衍射和中子衍射本讲稿第四十四页，共四十四页