理化生Wch离子晶体结构学习教案.pptx
会计学1理化生理化生Wch离子离子(lz)晶体结构晶体结构第一页，共36页。ror+r r ro or r+r r stable ionic compoundstable ionic compound r ro or r+r r there is some covalent boundingthere is some covalent boundingstablstable eunstableunstable第1页/共36页第二页，共36页。第2页/共36页第三页，共36页。2、电价规则 Valence ruleThere is a definite relation between valence and CN.每个负离子的电价Z-等于或接近等于与之邻接的各正离子静电强度S的总和。3、点、线、面共用规则 The anion polyhedron prefer to share apex instead of sharing edges or faces考虑(kol)正离子间的斥力；稳定性：点线面4第3页/共36页第四页，共36页。4 4、不同种类正离子配位多面体间连接规则、不同种类正离子配位多面体间连接规则(guz)(guz)电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。互不结合的趋势。5 5、节约规则、节约规则(guz)(guz)在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。大限度地趋于一致。第4页/共36页第五页，共36页。n n二元：AB型，AB2型，A2B3型n n多元(du yun)：ABO3型，AB2O4型6第5页/共36页第六页，共36页。7a、CsCl型型简单立方简单立方空间群：空间群：Pm3m晶胞分子数：晶胞分子数：Z1配位数均为配位数均为8分别处于对方分别处于对方(dufng)的立方的立方体间隙体间隙 r+/r0.91 hexahedron CN+8Z1CN(Z+/CN+)CN1/8 CN8第6页/共36页第七页，共36页。b b、NaClNaCl型型8面心立方面心立方空间群：空间群：Fm3mFm3m配位数均为配位数均为 6 6晶胞分子数：晶胞分子数：Z=4Z=4可以认为可以认为NaNa、ClCl两个面心立方格子的穿两个面心立方格子的穿插；分别处在对方插；分别处在对方(dufng)(dufng)晶格的什晶格的什么间隙（八面体间隙）。么间隙（八面体间隙）。r r+/r r0.54 0.54 octahedron octahedron CNCN+6 6 Z Z1 1CNCN(Z Z+/CN/CN+)CNCN1/61/6 CNCN6 6第7页/共36页第八页，共36页。c c、立方、立方(lfng)ZnS(lfng)ZnS型型(闪锌矿闪锌矿-ZnS,Zinc blende)ZnS,Zinc blende)9立方晶系，面心立方点阵立方晶系，面心立方点阵空间群：空间群：F43m配位数均为配位数均为4，理论上按原子大，理论上按原子大小比例是小比例是6，为什么不是，为什么不是6？晶胞分子数：晶胞分子数：Z4可以可以(ky)认为认为S、Zn两套面两套面心立方格子的穿插（对角线心立方格子的穿插（对角线1/4）；分别处在对方晶格的什）；分别处在对方晶格的什么间隙？么间隙？(1/2四面体间隙四面体间隙)每个每个S被几个被几个(j)ZnS4四面体所共四面体所共有有?第8页/共36页第九页，共36页。10可以认为可以认为S、Zn两套面心立方两套面心立方(lfng)格子的穿插（对角格子的穿插（对角线线1/4）第9页/共36页第十页，共36页。11第10页/共36页第十一页，共36页。d、六方、六方ZnS型型(纤锌矿纤锌矿,WurtziteWurtzite)12六方晶系六方晶系空间群：空间群：F63mc配位配位(pi wi)数均为数均为4晶胞分子数：晶胞分子数：Z2晶胞晶胞(jn bo)第11页/共36页第十二页，共36页。13坐标坐标(zubio)：S2-：0 0 0，2/3 1/3 1/2Zn2+：0 0 5/8，2/3 1/3 1/8第12页/共36页第十三页，共36页。14可以认为可以认为S、Zn两套六方两套六方密堆格子穿插构成。密堆格子穿插构成。分别分别(fnbi)处在对方晶处在对方晶格的什么间隙格的什么间隙(1/2四面体四面体间隙间隙)？每个每个S被几个被几个(j)ZnS4四面体所共四面体所共有有?4个个第13页/共36页第十四页，共36页。2 2、AB2AB2型化合物结构型化合物结构(jigu)(jigu)a a、CaF2CaF2型型 Fluorspar Fluorspar 萤石萤石15立方立方(lfng)晶系，面心立方晶系，面心立方(lfng)点阵点阵空间群：空间群：Fm3mF-配位数为配位数为4，Ca2+配位数为配位数为8晶胞分子数：晶胞分子数：Z4CN+8CN-4第14页/共36页第十五页，共36页。16CaFCaF8 8 多面体多面体FCaFCa4 4 多面体多面体分别处在对方晶格的什么间隙？分别处在对方晶格的什么间隙？Ca2+处于处于F-简单简单(jindn)立方的立方的1/2立方体间隙中。立方体间隙中。F-处于处于Ca2+面心立方的全部四面体间隙中。面心立方的全部四面体间隙中。第15页/共36页第十六页，共36页。17书上有句话：书上有句话：从空间结构看，从空间结构看，Ca2+Ca2+构成一套完整构成一套完整的面心立方结构，的面心立方结构，F-F-构成两套面心立构成两套面心立方结构，它们方结构，它们(t(t men)men)在体对角线在体对角线1/41/4和和3/43/4处互相穿插面处互相穿插面成。成。第16页/共36页第十七页，共36页。b、TiO2型(金红石)18四方四方(sfng)(sfng)晶系晶系空间群：空间群：P 4/m nmP 4/m nmZ Z2 2第17页/共36页第十八页，共36页。19Ti4+配位数为配位数为6，O2-配位数为配位数为3。每三个每三个TiO6八面体共用一个八面体共用一个O2-；Ti4+处于处于O2-构成的稍有变形的八面体中心。并且这些八面体之构成的稍有变形的八面体中心。并且这些八面体之间在（间在（001）面上）面上(min shn)共棱。共棱。晶胞中有几个八面体间隙晶胞中有几个八面体间隙?关键看关键看O是怎么堆积的！是怎么堆积的！第18页/共36页第十九页，共36页。20O是怎么是怎么(zn me)堆积的堆积的:变形变形(bin xng)的六方密堆的六方密堆第19页/共36页第二十页，共36页。c、-方石英(shyng)21立方晶系立方晶系空间群：空间群：PD3mSi4+占据全部的面心立方结点位置和占据全部的面心立方结点位置和8个小立方体中心的四个。个小立方体中心的四个。Si4+的配位数为的配位数为4；O2-属于二个属于二个SiO4四面体，四面体四面体，四面体之间顶顶相连。之间顶顶相连。晶胞分子数：晶胞分子数：Z8Si-O键较强，熔点键较强，熔点(rngdin)和硬度和硬度高，稳定。高，稳定。第20页/共36页第二十一页，共36页。3 3、A A2 2B B3型型22-Al2O3，刚玉，刚玉(gngy)，红，红宝石（铬），蓝宝石（钛）宝石（铬），蓝宝石（钛）菱方晶系菱方晶系空间群：空间群：R3CAl3+的配位数为的配位数为6；O2-的配的配位数为位数为4晶胞分子数：晶胞分子数：Z2Al-O键强，所以硬度高，熔键强，所以硬度高，熔点高。点高。第21页/共36页第二十二页，共36页。23O2-做近似的密排六方密堆。做近似的密排六方密堆。Al3+位于八面体空隙中，但是位于八面体空隙中，但是只填了只填了2/3，并且是有规则，并且是有规则(guz)地填，让他们之间的距地填，让他们之间的距离最大。六层为一周期。按照离最大。六层为一周期。按照电价规则电价规则(guz)，每个，每个O2-与与4个个Al3+键合，即周围有键合，即周围有4个八个八面体。面体。第22页/共36页第二十三页，共36页。4、ABO3 型a、CaTiO3型24立方晶系，低温下转变为斜立方晶系，低温下转变为斜方晶系方晶系空间群：空间群：Pm3mCa2+和和O2-构成构成fcc结构结构(jigu)。Ti4+占据占据O2-构构成的成的TiO6八面体空隙中，八面体空隙中，占占fcc中八面体的中八面体的1/4。晶胞分子数：晶胞分子数：Z1第23页/共36页第二十四页，共36页。25TiO6八面体相互以顶角相连。八面体相互以顶角相连。Ca2+填在八面体之间填在八面体之间的空隙中，的空隙中，Ca2+被被12个个O2-包围，组成包围，组成(z chn)CaO12十四面体。一个十四面体。一个O被被2个个TiO6八面体八面体和和4个个CaO12十四面体所共用。十四面体所共用。第24页/共36页第二十五页，共36页。26O2-被被4个个Ca2+和和2个个Ti4+所包围所包围(bowi)，那么，那么O2-的电价是不的电价是不是饱和？根据鲍林规则：是饱和？根据鲍林规则：TiO6八面体，所以八面体，所以Ti-O键的静电键强度键的静电键强度S为为4/6。CaO12十四面体，所以十四面体，所以Ca-O键的静电键强度键的静电键强度S为为2/12。所以所以O2-的电价为的电价为4/62+2/124=2。各离子各离子(lz)配位配位数：数：Ca2+-12Ti4+-6O2-4第25页/共36页第二十六页，共36页。27第26页/共36页第二十七页，共36页。b、方解石(CaCO3)型28菱方晶系菱方晶系空间群：空间群：R3C晶胞分子数：晶胞分子数：Z6CO32-络合离子中络合离子中3个个O2-作作等边三角形排列，等边三角形排列，C4+在三角在三角形中心位置。形中心位置。CO32-在结构在结构(jigu)中排布垂直于三次轴。中排布垂直于三次轴。C-O之间为共价键，而之间为共价键，而Ca2+和和CO32-之间为离子键。之间为离子键。第27页/共36页第二十八页，共36页。29CaO6八面体，八面体，1个氧连个氧连接接(linji)2个个CaO6八八面体和面体和1个个CO32-络合络合离子离子第28页/共36页第二十九页，共36页。5、ABAB2OO4 型30尖晶石结构尖晶石结构MgAl2O4立方晶系，面心立方格子立方晶系，面心立方格子空间群：空间群：Fd3m晶胞晶胞(jn bo)分子数：分子数：Z8第29页/共36页第三十页，共36页。31O2-构成构成fcc结构结构不过不过(bgu)不太规不太规则则第30页/共36页第三十一页，共36页。32Mg2+的配位的配位(pi wi)数是数是4，组成，组成MgO4四面体。四面体。Al3+的配位的配位(pi wi)数是数是6，组成，组成AlO6八面体。八面体。第31页/共36页第三十二页，共36页。33O2-和三个和三个Al3+和一个和一个Mg2+配位，电价配位，电价(din ji)如下：如下：AlO6八面体，八面体，S Al3+=3/6MgO4四面体，四面体，S Mg2+=2/433/6+2/4=2所以所以O的电价的电价(din ji)饱和；饱和；键强，所以硬度、熔点、化键强，所以硬度、熔点、化学稳定性都高。学稳定性都高。第32页/共36页第三十三页，共36页。习题：1.铯和氯的半径为别为0.167和0.181 nm，试问：1）CsCl内离子在,方向是否有接触？2）每个单位晶胞几个离子？3）各离子配位(pi wi)数多少？4）与K分别多少？第33页/共36页第三十四页，共36页。答：1）CsCl晶体结构是离子晶体中最简单的一种，属于立方晶系；简单立方点阵，Pm3m空间群；因此，氯和铯在方向上离子接触(jich)，方向上不接触(jich)。2）一个晶胞中含有1个Cs+和1个Cl-；3）离子半径之比为0.167/0.181=0.923，因此阳离子配位数为8，由电价规则得负离子也为8.第34页/共36页第三十五页，共36页。第35页/共36页第三十六页，共36页。
