晶体构造的几何理论课件.pptx

1 1、单位平行六面体的划分原则、单位平行六面体的划分原则所所选选取取的的平平行行六六面面体体应应能能反反映映结结点点分分布布所所固固有有的的对称性；对称性；在在上上述述前前提提下下，所所选选取取的的平平行行六六面面体体其其棱棱与与棱棱之之间的直角应力求最多；间的直角应力求最多；在在遵遵循循上上两两个个条条件件的的前前提提下下，所所选选取取的的平平行行六六面面体的体积应最小。体的体积应最小。v实实质质上上与与晶晶体体定定向向的的原原则则一一致致，即即尽尽量量使使abc，90。一、十四种空间格子一、十四种空间格子n例如，下图为具有例如，下图为具有L44P的平面格子。显然，的平面格子。显然，4、5、6与对称不符，与对称不符，3的轮廓虽然符合对称性，但结合其内的轮廓虽然符合对称性，但结合其内部结点的分布一起来考虑时，就与对称不符了。在部结点的分布一起来考虑时，就与对称不符了。在1和和2中，则以中，则以1的面积最小，故应选的面积最小，故应选1作为基本单位。作为基本单位。平行六面体的三根棱长平行六面体的三根棱长a a、b b、c c及其夹角及其夹角、是表示它本身的形状、大小的一组是表示它本身的形状、大小的一组参数，称为参数，称为单位平行六面体参数单位平行六面体参数或或格子常数格子常数。2 2、单位平行六面体的形状和结点分布、单位平行六面体的形状和结点分布立方格子立方格子四方格子四方格子六方格子六方格子三方菱面体格子三方菱面体格子斜方格子斜方格子单斜格子单斜格子三斜格子三斜格子各晶系平行六面体的形状各晶系平行六面体的形状晶晶 系系格子常数特点格子常数特点等轴晶系等轴晶系 a=b=c =90四方晶系四方晶系 a=bc =90六方和三方晶系六方和三方晶系 a=bc =90=120三方晶系三方晶系 a=b=c=90、60、109 2816斜方晶系斜方晶系 ab c =90单斜晶系单斜晶系 ab c =90 90三斜晶系三斜晶系 a b c 90各晶系的格子常数特点各晶系的格子常数特点3 3、十四种空间格子、十四种空间格子 综合考虑平行六面体的形状和结点的分布，空间格子综合考虑平行六面体的形状和结点的分布，空间格子共有十四种，最初是由布拉维推导出来的，所以称为共有十四种，最初是由布拉维推导出来的，所以称为十四十四种布拉维格子种布拉维格子。而不是。而不是2828种，因为有些类型的格子是彼此种，因为有些类型的格子是彼此重复的，还有一些格子不符合某些晶系的对称而在该晶系重复的，还有一些格子不符合某些晶系的对称而在该晶系中不能存在。中不能存在。三斜原始格子三斜原始格子单斜原始格子单斜原始格子单斜底心格子单斜底心格子斜方原始格子斜方原始格子斜方底心格子斜方底心格子斜方体心格子斜方体心格子斜方面心格子斜方面心格子CP IP FPIC FC三三斜斜晶晶系系单单斜斜晶晶系系斜斜方方晶晶系系表：十四种布拉维格子表：十四种布拉维格子原始格子（原始格子（P）底心格子（底心格子（C）体心格子（体心格子（I）面心格子（面心格子（F）四方原始格子四方原始格子四方体心格子四方体心格子立方原始格子立方原始格子立方体心格子立方体心格子三方菱面体格子三方菱面体格子(标记为标记为R)六方和三方原始格子六方和三方原始格子立方面心格子立方面心格子CPFI与本晶系与本晶系对称不符对称不符IR FR不符合六不符合六方对称方对称与空间格子与空间格子条件不符条件不符与空间格子与空间格子条件不符条件不符与本晶系与本晶系对称不符对称不符四四方方晶晶系系三三方方晶晶系系三三、六六方方晶晶系系等等轴轴晶晶系系续表：十四种布拉维格子续表：十四种布拉维格子二、晶胞的概念二、晶胞的概念晶胞：晶胞：是指晶体结构中的平行六面体单位，是指晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的平行六面体其形状大小与对应的空间格子中的平行六面体一致。一致。晶胞与平行六面体的区别：晶胞与平行六面体的区别：空间格子由晶体空间格子由晶体结构抽象而得，空间格子中的平行六面体是由结构抽象而得，空间格子中的平行六面体是由不具有任何物理、化学特性的几何点构成；而不具有任何物理、化学特性的几何点构成；而晶体结构中的晶胞则由实在的具体质点所组成。晶体结构中的晶胞则由实在的具体质点所组成。若晶体结构中划分晶胞的平行六面体单位若晶体结构中划分晶胞的平行六面体单位是对应空间格子中的单位平行六面体时，这是对应空间格子中的单位平行六面体时，这样的晶胞称为样的晶胞称为单位晶胞单位晶胞。单位晶胞可用单位晶胞可用晶胞参数晶胞参数来表征，其数值等来表征，其数值等同于对应的单位平行六面体参数。同于对应的单位平行六面体参数。一般未加说明的晶胞一词是指单位晶胞。一般未加说明的晶胞一词是指单位晶胞。Cl-Na+ClNa例如：例如：NaClNaCl晶体的晶胞，对应的是立方面心格子，晶体的晶胞，对应的是立方面心格子，a=b=c=0.5628nma=b=c=0.5628nm，=90=90。许许多多该晶胞在。许许多多该晶胞在三维空间无间隙的排列就构成了三维空间无间隙的排列就构成了NaClNaCl晶体。（晶体。（一个晶一个晶胞含有胞含有4 4个个NaClNaCl分子分子）v晶晶体体内内部部构构造造的的对对称称属属于于微微观观的的无无限限图图形形的的对对称称，不不同同于于晶晶体体外外形形的的对对称称，外外形形的的对对称称取取决决于于内内部部构构造造的对称，而且是宏观的有限图形的对称。的对称，而且是宏观的有限图形的对称。晶体的微观对称的主要特点如下：晶体的微观对称的主要特点如下：在在晶晶体体构构造造中中，平平行行任任何何一一个个对对称称要要素素都都有有无无穷穷多多的和它相同的对称要素。的和它相同的对称要素。在晶体构造中出现了一种在晶体外形上不可能有的在晶体构造中出现了一种在晶体外形上不可能有的对称操作对称操作平移操作。平移操作。三、晶体内部构造的对称要素三、晶体内部构造的对称要素在在晶晶体体内内部部构构造造中中除除有有其其外外形形上上可可能能出出现现的的那那些些对称要素之外，还出现了一些特有对称要素：对称要素之外，还出现了一些特有对称要素：平平移移轴轴：图图形形沿沿一一直直线线方方向向移移动动一一定定距距离离后后，可可使使相相同同部部分分重重复复。任任何何一一行行列列都都是是平平移移轴轴，有有无穷多个。无穷多个。滑滑移移面面（像像移移面面）：是是一一个个假假想想平平面面，当当图图形形对对此此平平面面反反映映，并并平平行行此此平平面面的的某某一一方方向向移移动动一一定定距距离离，可可使使图图形形的的相相同同部部分分重重复复；也也可可以以先先平平移后反映，效果相同。移后反映，效果相同。滑移面可按其平移方向与距离的不同分为滑移面可按其平移方向与距离的不同分为轴向轴向滑移、对角线滑移和金刚石型滑移，共滑移、对角线滑移和金刚石型滑移，共5 5种滑移种滑移面。面。见下表。见下表。0螺旋轴：螺旋轴：为一条假想的直线，当图形围绕此直线旋转一为一条假想的直线，当图形围绕此直线旋转一定角度，并沿此直线方向平移一定距离后，可使图形复原。定角度，并沿此直线方向平移一定距离后，可使图形复原。也可以先平移后旋转。也可以先平移后旋转。n螺旋轴的国际符号一般写成螺旋轴的国际符号一般写成ns，n为轴次。为轴次。s为小于为小于n的自的自然数。与对称轴一样，然数。与对称轴一样，n只能为只能为1，2，3，4，6；相应的基；相应的基转角转角360、180 、120 、90 、60。n若沿螺旋轴方向的结点间距标记为若沿螺旋轴方向的结点间距标记为T，则，则质点平移距离质点平移距离t应为（应为（s/n）T。如。如21，2为轴次，基转角为为轴次，基转角为180，平移，平移距离距离t1/2T。n螺旋轴据其轴次和平移距离可分为螺旋轴据其轴次和平移距离可分为2 21 1、3 31 1、3 32 2、4 41 1、4 42 2、4 43 3、6 61 1、6 62 2、6 63 3、6 64 4、6 65 5共共1111种种。一次螺旋轴因。一次螺旋轴因s s值无意义而不值无意义而不能成立。能成立。n螺旋轴据其旋转方向可有螺旋轴据其旋转方向可有左旋（顺时针旋转）、右旋（逆左旋（顺时针旋转）、右旋（逆时针旋转）和中性（顺、逆时针旋转均可）时针旋转）和中性（顺、逆时针旋转均可）螺旋轴螺旋轴。n一般规定：当一般规定：当0 0s sn/2n/2时属右旋时属右旋(3(31 1 、4 41 1 、6 61 1 、6 62 2)；当；当n/2n/2s sn n时属左旋时属左旋(3(32 2 、4 43 3 、6 64 4 、6 65 5)；s sn/2n/2时时属中性螺旋轴属中性螺旋轴(2(21 1、4 42 2、6 63 3）。）。n上述上述1111种螺旋轴，其旋转方向和平移距离都是以右旋方式为标准的。种螺旋轴，其旋转方向和平移距离都是以右旋方式为标准的。若以左旋为标准，其平移距离应为（若以左旋为标准，其平移距离应为（1-s/n)T1-s/n)T。分左、右旋只是为便于。分左、右旋只是为便于研究和表达。研究和表达。晶体结构晶体结构中所能出中所能出现的螺旋现的螺旋轴示意图轴示意图四、空间群四、空间群空间群：晶体内部结构的对称要素的组合。空间空间群：晶体内部结构的对称要素的组合。空间群共有群共有230230种。种。晶体结构中可能出现的对称要素晶体结构中可能出现的对称要素类类 型型名名 称称国国 际际 符符 号号平移轴平移轴平移格子平移格子P、C、I、F轴对称要素轴对称要素对称轴对称轴1、2、3、4、6倒转轴倒转轴1(C)、2(m)、3(3C)、4、6(3m)螺旋轴螺旋轴21、31、32、41、42、43、61、62、63、64、65面对称要素面对称要素对称面对称面m像移面像移面a、b、c、n、dn空间群的国际符号包括两个组成部分。空间群的国际符号包括两个组成部分。前面的大写字母前面的大写字母代表格子类型（代表格子类型（P P、C C、I I、F F）。后一部分与对称型国际符）。后一部分与对称型国际符号基本相同，只是将宏观对称要素符号换成相应的内部结号基本相同，只是将宏观对称要素符号换成相应的内部结构对称要素的符号。构对称要素的符号。n例如，例如，I I4 41 1/amd/amd空间群。此晶体空间格子属于四方体心格空间群。此晶体空间格子属于四方体心格子；它对应的对称型为子；它对应的对称型为4/mmm4/mmm，即，即L L4 44L4L2 25PC5PC；平行；平行Z Z轴方向轴方向为螺旋轴为螺旋轴4 41 1，垂直，垂直Z Z轴为滑移面轴为滑移面a a，垂直，垂直X X轴为对称面轴为对称面m m，垂，垂直直X X轴与轴与Y Y轴角平分线则为滑移面轴角平分线则为滑移面d d。空间群的国际符号空间群的国际符号五、等效点系五、等效点系等效点系等效点系是指晶体结构中由一原始点是指晶体结构中由一原始点开始，经空间群中所有对称要素的作开始，经空间群中所有对称要素的作用而相互联系起来的一系列点的总和用而相互联系起来的一系列点的总和