认识晶体幻灯片.ppt

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1、认识晶体第1页，共24页，编辑于2022年，星期二一、晶体的特性一、晶体的特性1.晶体与非晶体晶体与非晶体(1)晶体：内部微粒（原子、离子或分子）晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。的固体物质。(2)非晶体：内部原子或分子的排列呈非晶体：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态。现杂乱无章的分布状态。第2页，共24页，编辑于2022年，星期二(3)常见的晶体和非晶体常见的晶体和非晶体:晶体：食盐晶体：食盐(离子化合物的固态一般为晶体离子化合物的固态一般为晶体)、冰、金属、宝石、水晶、大部分矿石。、冰、金属、宝石

2、、水晶、大部分矿石。非晶体：玻璃及玻璃态物质、橡胶。非晶体：玻璃及玻璃态物质、橡胶。(4)晶体类型：分子晶体、离子晶体、原子晶晶体类型：分子晶体、离子晶体、原子晶体、金属晶体、石墨型过度型体、金属晶体、石墨型过度型(混合键型混合键型)晶晶体。体。第3页，共24页，编辑于2022年，星期二2.晶体的特性晶体的特性（1）具有规则的几何外形。）具有规则的几何外形。（2）自范性：在适宜条件下，晶体能够自发）自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。地呈现封闭的、规则的多面体外形。（3）各向异性：晶体在不同方向上表现出不）各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。同的物理性

3、质。（4）对称性：晶体的外形和内部结构都具）对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。有特有的对称性。（5）有固定的熔点而非晶态没有。）有固定的熔点而非晶态没有。第4页，共24页，编辑于2022年，星期二（6）均一性：指晶体的组成、密度等性质）均一性：指晶体的组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的在晶体中各部分都是相同的（7）最小内能：在相同条件下，晶体与同）最小内能：在相同条件下，晶体与同种物质的非晶体固体、液体、气体相比，种物质的非晶体固体、液体、气体相比，其内能最小其内能最小（8）稳定性：晶体由于其内能最小，因而）稳定性：晶体由于其内能最小，因而结晶状态是一个相对稳定的状态结晶状

4、态是一个相对稳定的状态第5页，共24页，编辑于2022年，星期二(2)晶体晶体SiO2与非晶体与非晶体SiO2的区别：的区别：非晶体非晶体SiO2无规则的几何外形。无规则的几何外形。晶体晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度的外形和内部质点的排列高度 有序，而非晶体有序，而非晶体SiO2的内部质点排列无序。的内部质点排列无序。晶体晶体SiO2具有固定的熔、沸点，而非晶具有固定的熔、沸点，而非晶 体体SiO2无固定的熔、沸点。无固定的熔、沸点。晶体晶体SiO2能使能使X射线产生衍射，而非晶射线产生衍射，而非晶 体体SiO2没有周期性结构，不能使没有周期性结构，不能使X射线射线 产生衍射，只有散射

5、效应。产生衍射，只有散射效应。第6页，共24页，编辑于2022年，星期二4.晶体的种类晶体的种类根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同，将晶体分为离子晶体、金属晶体、不同，将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。原子晶体和分子晶体。第7页，共24页，编辑于2022年，星期二1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是：、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是：A、晶体一定比非晶体的熔点高、晶体一定比非晶体的熔点高 B、晶体有自范性但排列无序、晶体有自范性但排列无序 C、非晶体无自范性而且排列无序、非晶体无自范性而且排列无序 D、固体、固体SiO2一定是晶体

6、一定是晶体2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是：、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是：A、熔沸点、熔沸点 B、硬度、硬度 C、颜色、颜色 D、x-射线衍射实验射线衍射实验第8页，共24页，编辑于2022年，星期二二、晶体结构的堆积模型二、晶体结构的堆积模型 组成晶体的原子、离子或分子在没有其组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素（如共价键的方向性）影响时，在空他因素（如共价键的方向性）影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理，这是因为间的排列大都服从紧密堆积原理，这是因为在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，在金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，金属键、离子键和分子间相互作用均没有方金

7、属键、离子键和分子间相互作用均没有方向性，因此向性，因此都趋向于使原子或分子吸引尽可能都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围，并以密堆积的方多的原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。第9页，共24页，编辑于2022年，星期二 在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围 6 个球相个球相切，在中心的周围形成切，在中心的周围形成 6 个凹位，将其算为第一层个凹位，将其算为第一层。（密置层）。（密置层）1.等径圆球的密堆积：等径圆球的密堆积：分子晶体、金属晶体堆分子晶

8、体、金属晶体堆积积模型模型(同种分子或原子，大小相同同种分子或原子，大小相同)由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球的密堆积方式有：的密堆积方式有：A3型最密堆积和型最密堆积和A1型最密堆积。型最密堆积。注注在各种密堆在各种密堆积积方式中，原子或离子所方式中，原子或离子所邻邻接的原子或离子的数接的原子或离子的数目称目称为为配位数。配位数。A1型和型和A3型最密堆型最密堆积

9、积的配位数均的配位数均为为12。第10页，共24页，编辑于2022年，星期二123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。(或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。堆积方式。第11页，共24页，编辑于2022年，星期二 下图是下图是A3型六方型六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。1234

10、56 于是每两层形成一个周期，即于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成堆积方式，形成A3型最密型最密堆积堆积。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)第12页，共24页，编辑于2022年，星期二 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于不同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。123456123456123456第13页，共24页，编辑于2022年，星期二123456面心立方紧密堆积的前视图面心立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形成于是形成 A

11、BC ABC 三层一个周期。三层一个周期。得得到到A1型最密型最密堆积堆积。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)第14页，共24页，编辑于2022年，星期二2.非等径圆球的密堆积：非等径圆球的密堆积：离子晶体堆离子晶体堆积积模型模型(阴、阳离子大小不同阴、阳离子大小不同)由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积，由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定大球先按一定方式做等径圆球的密堆积。小球再填充在大球所形方式做等径圆球的密堆积。小球再填充在大球所形成的空隙中。成的空隙中。配位数：一个原子或离子周围

12、所邻接的原子或离子的配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目。数目。如如NaCl配位数为配位数为6，即每个，即每个Na+离子周围直接连离子周围直接连有有6个个CI-，反之亦然。，反之亦然。3.原子晶体不遵循原子晶体不遵循“紧紧密堆密堆积积”原原则则。第15页，共24页，编辑于2022年，星期二三、晶体结构的基本单元-晶胞1.晶胞(1)晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。(2)晶胞一定是一个平行六面体，其三条边的长度不一定相等也不一定互相垂内；晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定，晶胞不能是八面体或六方柱体等其他形状。(3)整个晶体就

13、是晶胞按其周期性在三维空间重复排列而成的。这种排列必须是晶胞的并置堆砌。所谓并置堆砌是指平行六面体之间没有任何空隙，同时，相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接。同一晶体所划出来的同同一晶体所划出来的同类类晶胞大小和形状完全相同晶胞大小和形状完全相同第16页，共24页，编辑于2022年，星期二2.常见三种密堆积的晶胞六方晶胞六方晶胞-A3型型第17页，共24页，编辑于2022年，星期二面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型型第18页，共24页，编辑于2022年，星期二体心立方晶胞体心立方晶胞-A2型型第19页，共24页，编辑于2022年，星期二3确定晶体组成的方法确定晶体组成的方法均摊法均摊法均摊法：

14、指每个图形平均拥有的粒子数目。均摊法：指每个图形平均拥有的粒子数目。如：某个粒子为如：某个粒子为n个图形个图形(晶盹晶盹)所共有，该粒子有属于所共有，该粒子有属于一个图形一个图形(晶胞晶胞)长方体形长方体形(正方体正方体)晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献。a处于顶点的离子，同时为处于顶点的离子，同时为8个晶胞共有，每个离子对个晶胞共有，每个离子对 晶胞的贡献为晶胞的贡献为 b处于棱上的离子。同时为处于棱上的离子。同时为4个晶胞其有，每个离子对个晶胞其有，每个离子对 晶胞的贡献为晶胞的贡献为 c处于面上的离子，同时为处于面上的离子，同时为2个晶胞共有，每个离子对

15、个晶胞共有，每个离子对 晶胞的贡献为晶胞的贡献为 d处于体内的离子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡处于体内的离子，则完全属于该晶胞，对晶胞的贡 献为献为l。非长方体形非长方体形(正方体正方体)晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体晶胞中粒子对晶胞的贡献视具体 情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，情况而定。如石墨晶胞每一层内碳原子排成六边形，其顶点其顶点(1个碳原子个碳原子)对六边形的贡献为对六边形的贡献为l3。第20页，共24页，编辑于2022年，星期二3.晶胞中微粒数的计算 (1)六方晶胞：在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：121/6

16、+21/2+3=6 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶顶-1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-1（2）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。微粒数为：81/8+61/2=4 (3)体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。微粒数为：81/8+1=2第21页，共24页，编辑于2022年，星期二u小结：晶胞中原子个数的计算小结：晶胞中原子个数的计算体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4第22页，共24页，编辑于2022年，星期二现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图2-8所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为；乙晶体的化学式为；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。第23页，共24页，编辑于2022年，星期二第24页，共24页，编辑于2022年，星期二