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1、晶体结构及其变化本讲稿第一页，共五十页一、晶体结构参数及其表达一、晶体结构参数及其表达空间群!包含平移对称点群对称微观对称元素宏观对称元素空间群符号的含意？e.g.Pnma(#62)230个空间群（7个晶系、32种点群）see晶体学国际表晶体学国际表InternationalTablesforCrystallographyInternationalTablesforCrystallography1.晶体的对称性本讲稿第二页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构参数及其表达晶胞：反映晶体结构特征的最小结构单元单位晶胞的选定原则？cellparameters:a、b、c、a、b、g单位平行六面体？

2、2.晶胞和晶胞参数本讲稿第三页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构参数及其表达GraphiteGraphite:Z=Z=4 4 a a-SiO-SiO2 2:Z=3Z=33.单胞分子数单胞分子数Z本讲稿第四页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构参数及其表达NaCl中Na+和Cl-的坐标？R=xa+yb+zcNaNa+:0,0,0;,0;:0,0,0;,0;,0,;0,0,;0,ClCl-:,;0,0,;:,;0,0,;0,0;,0,0 0,0;,0,0 4.晶胞原子的坐标参数本讲稿第五页，共五十页晶体结构参数及其表达 空间群空间群 晶胞参数晶胞参数 单胞内分子数单胞内分子数 原子坐标原子坐

3、标晶体结构图晶体结构图晶体学计算晶体学计算 CIF文件？本讲稿第六页，共五十页晶体结构参数及其表达CIF文件-theCrystallographicInformationFile*.cif*.cif 标准格式标准格式其他的标准文件？其他的标准文件？结构数据库？结构数据库？记录了晶体结构的所有信息记录了晶体结构的所有信息点群、空间群、晶胞参数、原子坐标、单胞分子数、数据来源点群、空间群、晶胞参数、原子坐标、单胞分子数、数据来源 可由相关晶体学软件直接读取可由相关晶体学软件直接读取AtomsAtoms、XtalDrawXtalDraw、DiamondDiamond、CrystalStudioCry

4、stalStudio本讲稿第七页，共五十页COLCOLICSDCollectionCode62149ICSDCollectionCode62149NAMENAMECalciumtitanateCalciumtitanateMINRMINRPerovskite-syntheticat1470K,2.5GPaPerovskite-syntheticat1470K,2.5GPaFORMFORMCa(TiO3)=CaO3TiCa(TiO3)=CaO3TiTITLTITLOrthorhombicperovskiteCaTiO3andCdTiO3:structureandspacegroupOrthorh

5、ombicperovskiteCaTiO3andCdTiO3:structureandspacegroupREFREFActaCrystallographicaC(39,1983-)ACSCE43(1987)1668-1674ActaCrystallographicaC(39,1983-)ACSCE43(1987)1668-1674AUTAUTSasakiS,PrewittCT,BassJDSasakiS,PrewittCT,BassJDCELLCELLa=5.380(0)b=5.442(0)c=7.640(1)90.090.090.0V=223.7D=4.03Z=4a=5.380(0)b=5

6、.442(0)c=7.640(1)90.090.090.0V=223.7D=4.03Z=4SGRSGRPbnm(62)-orthorhombicPbnm(62)-orthorhombicCLASCLASmmm(Hermann-Mauguin)-D2h(Schoenflies)mmm(Hermann-Mauguin)-D2h(Schoenflies)ANXANXABX3ABX3PARMPARMAtom_NoAtom_NoOxStatOxStatWyckWyck-X-X-Y-Y-Z-Z-SOF-SOF-CaCa112.0002.0004 4c c-0.00676(7)0.00676(7)0.036

7、02(6)0.03602(6)1/41/4 TiTi1 14.0004.0004 4b b0 01/21/20 0 O O1 1-2.000-2.0004 4c c0.0714(3)0.0714(3)0.4838(2)0.4838(2)1/41/4 O O2 2-2.000-2.0008 8d d0.7108(2)0.7108(2)0.2888(2)0.2888(2)0.0371(2)0.0371(2)CaTiO3的的CIF文件文件本讲稿第八页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构参数及其表达 原子原子(离子离子)球体堆积球体堆积(hard-spheremodel)(hard-spheremo

8、del)准确的位置准确的位置 欠严格欠严格(egeg热振动热振动)5.晶体结构的图形表示晶体结构的图形表示本讲稿第九页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构的图形表示 化学键联接化学键联接(ball-and-stickmodel)(ball-and-stickmodel)突出化学键突出化学键 stillstill欠严格欠严格 see“see“Diamond.htmlDiamond.html”本讲稿第十页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构的图形表示 配位多面体配位多面体(polyhedralmodel)(polyhedralmodel)消除各向异性消除各向异性 本讲稿第十一页，共五十页晶体结

9、构参数及其表达晶体结构的图形表示 多种方式综合多种方式综合 根据所强调的内容根据所强调的内容 晶体学软件的使用晶体学软件的使用 本讲稿第十二页，共五十页晶体结构参数及其表达CaTiO3(Pbnm)的晶体结构See“perovskite.html”100100010010110110001001本讲稿第十三页，共五十页晶体结构参数及其表达晶体结构参数及其表达相关的晶体学软件 AtomsAtoms XtalDrawXtalDraw DiamondDiamond CrystalOffice98CrystalOffice98 CrystalStudioCrystalStudio 本讲稿第十四页，共五十

10、页晶体晶体结构构类型及典型型及典型结构构配位型：配位型：例：金刚石例：金刚石本讲稿第十五页，共五十页架状型：石英本讲稿第十六页，共五十页岛状型：橄榄石本讲稿第十七页，共五十页链状型：金红石本讲稿第十八页，共五十页层状型：蒙脱石本讲稿第十九页，共五十页本讲稿第二十页，共五十页典型结构典型结构 许多晶体的结构是等型的，例如：石盐（许多晶体的结构是等型的，例如：石盐（许多晶体的结构是等型的，例如：石盐（许多晶体的结构是等型的，例如：石盐（NaClNaCl）、方铅矿）、方铅矿）、方铅矿）、方铅矿(PbS)(PbS)、方镁石、方镁石、方镁石、方镁石 (MgO).(MgO).，它们具有相同的结构构型，只是

11、改变了阴、，它们具有相同的结构构型，只是改变了阴、，它们具有相同的结构构型，只是改变了阴、，它们具有相同的结构构型，只是改变了阴、阳离子。我们将这类结构称典型结构，并以其中之一的晶体名称来命名，阳离子。我们将这类结构称典型结构，并以其中之一的晶体名称来命名，阳离子。我们将这类结构称典型结构，并以其中之一的晶体名称来命名，阳离子。我们将这类结构称典型结构，并以其中之一的晶体名称来命名，即这种结构统称即这种结构统称即这种结构统称即这种结构统称“NaClNaCl型结构型结构型结构型结构”。此外此外此外此外,有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形，这类结构就有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形，

12、这类结构就有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形，这类结构就有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形，这类结构就称为该典型结构的衍生结构，如黄铁矿称为该典型结构的衍生结构，如黄铁矿称为该典型结构的衍生结构，如黄铁矿称为该典型结构的衍生结构，如黄铁矿(FeS(FeS2 2)的结构为的结构为的结构为的结构为NaClNaCl型结构的型结构的型结构的型结构的衍生结构，因为结构形式是一样的，但用哑铃状的衍生结构，因为结构形式是一样的，但用哑铃状的衍生结构，因为结构形式是一样的，但用哑铃状的衍生结构，因为结构形式是一样的，但用哑铃状的SS2 2 代替了代替了代替了代替了ClCl。本讲稿第二十一页，共五十

13、页qq晶系晶系晶系晶系qq格子类型格子类型格子类型格子类型qq堆积形式堆积形式堆积形式堆积形式qq配位数与配位多面体连接方式配位数与配位多面体连接方式配位数与配位多面体连接方式配位数与配位多面体连接方式qq晶胞中结构单元数目及位置（晶胞中结构单元数目及位置（晶胞中结构单元数目及位置（晶胞中结构单元数目及位置（“Z”Z”数分析，即单位晶胞中所含的数分析，即单位晶胞中所含的数分析，即单位晶胞中所含的数分析，即单位晶胞中所含的相当于化学式的相当于化学式的相当于化学式的相当于化学式的”分子数分子数分子数分子数”）下次实习课我们具体做。下次实习课我们具体做。下次实习课我们具体做。下次实习课我们具体做。典

14、型典型结构分析构分析 对于典型结构，我们要分析的内容有对于典型结构，我们要分析的内容有:本讲稿第二十二页，共五十页1.NaCI1.NaCI型结构型结构型结构型结构矿物名称：石盐。矿物名称：石盐。典型典型结构分析构分析本讲稿第二十三页，共五十页化学式为：化学式为：NaCICINa+典型典型结构分析构分析本讲稿第二十四页，共五十页 结构描述：结构描述：（1）立方晶系，立方晶系，a0.563nm，Z4（2）Na+CI-离子键，离子键，NaCI为离子晶体为离子晶体.（3）CN+CN-6（4）-CI离子按立方最紧密堆积方式堆积，离子按立方最紧密堆积方式堆积，Na+离子充离子充 填于全部八面体空隙。填于全

15、部八面体空隙。-Na+离子的配位数是离子的配位数是6，构成，构成Na-CI八面体。八面体。NaCI结构是由结构是由Na-CI八面体以共棱的方式相连而成。八面体以共棱的方式相连而成。-Na+离子位于面心格离子位于面心格子的结点位置上，子的结点位置上，CI离子也位于另一套这样的格子上，即后一离子也位于另一套这样的格子上，即后一个格子与前一个格子相距个格子与前一个格子相距1/2晶棱的位移。晶棱的位移。典型典型结构分析构分析本讲稿第二十五页，共五十页NaClNaCl结构结构结构结构NaClNaCl6 6八面体的连接方式八面体的连接方式八面体的连接方式八面体的连接方式Na+CI典型典型结构分析构分析本讲

16、稿第二十六页，共五十页 4 CI：000，1/2 1/2 0 ，1/2 0 1/2 ，0 1/2 1/2 4 Na+：1/2 1/2 1/2 ，00 1/2 ，0 1/2 0 ，1/2 0 0（5）立方面心格子立方面心格子CI、Na+各一套各一套（6）同结构晶体有：同结构晶体有：MgO、CaO、SrO、BaO、FeO、CoO石石石石盐盐盐盐典型典型结构分析构分析 结点的坐标为：结点的坐标为：本讲稿第二十七页，共五十页2.金红石型结构金红石型结构典型典型结构分析构分析本讲稿第二十八页，共五十页化学式：化学式：TiO2晶体结构：晶体结构：四方晶系，四方晶系，a0.459nm；c0.296nm；Z2

17、格子类型：格子类型：四方原始格子。四方原始格子。Ti4位于结点位置，体心的属另一位于结点位置，体心的属另一 套格套格子。子。O2处在一些特殊位置上，处在一些特殊位置上，质点坐标：质点坐标：Ti4：000；1/2 1/2 1/2；O2:uu0;(1-u)(1-u)0;(1/2+u)(1/2-u)1/2;(1/2-u)(1/2+u)1/2典型典型结构分析构分析本讲稿第二十九页，共五十页晶体结构：晶体结构：O2可看成是变形六方密可看成是变形六方密 堆积，堆积，Ti4离子填充离子填充1/2 的八面体空隙的八面体空隙配配 位位 数：数：CN6；CN3多多 面面 体：体：（TiO6）八面体八面体连接方式：

18、连接方式：TiO八面体以共棱方式八面体以共棱方式 连接成链，链与链之间以连接成链，链与链之间以 共顶方式相连。共顶方式相连。与金红石结构相同的晶体有：与金红石结构相同的晶体有：SnO2；PbO2；MnO2；MoO2；WO2；MnF2；MgF2；VO2典型典型结构分析构分析本讲稿第三十页，共五十页本讲稿第三十一页，共五十页固溶体固溶体固溶体固溶体l l 概念：固态条件下，一种晶态组份内概念：固态条件下，一种晶态组份内“溶解溶解”了其他的晶态组了其他的晶态组份，由此所组成的、呈单一结晶相的均匀晶体份，由此所组成的、呈单一结晶相的均匀晶体FF溶剂？溶剂？FF溶质？溶质？FF例：橄榄石例：橄榄石(Mg

19、,Fe)Mg,Fe)2 2SiOSiO4 4 MgMg2 2SiOSiO44+FeFe2 2SiOSiO4 4l l 类型类型FF完全固溶体、不完全固溶体完全固溶体、不完全固溶体 FF填隙固溶体、替换固溶体、缺位固溶体填隙固溶体、替换固溶体、缺位固溶体本讲稿第三十二页，共五十页类质同像和同质多像类质同像和同质多像类质同像类质同像类质同像类质同像l l概念：晶格中本应由某种离子概念：晶格中本应由某种离子概念：晶格中本应由某种离子概念：晶格中本应由某种离子(原子原子原子原子)占有的位置，部分被性质相似占有的位置，部分被性质相似占有的位置，部分被性质相似占有的位置，部分被性质相似的他种离子的他种离子

20、的他种离子的他种离子(原子原子原子原子)所替代占有，结晶成均匀的、呈单一相的混合晶所替代占有，结晶成均匀的、呈单一相的混合晶所替代占有，结晶成均匀的、呈单一相的混合晶所替代占有，结晶成均匀的、呈单一相的混合晶体。体。体。体。替换型固溶体替换型固溶体替换型固溶体替换型固溶体FF例：闪锌矿例：闪锌矿例：闪锌矿例：闪锌矿 (Zn,Fe)S(Zn,Fe)S(Zn,Fe)S(Zn,Fe)Sl l类型类型类型类型FF完全类质同像、不完全类质同像完全类质同像、不完全类质同像完全类质同像、不完全类质同像完全类质同像、不完全类质同像FF等价类质同像、异价类质同像等价类质同像、异价类质同像等价类质同像、异价类质同

21、像等价类质同像、异价类质同像 本讲稿第三十三页，共五十页 例如：例如：例如：例如：镁橄榄石镁橄榄石镁橄榄石镁橄榄石MgMg2 2SiOSiO4 4 晶体，其晶格中晶体，其晶格中晶体，其晶格中晶体，其晶格中MgMg2+2+可以被可以被可以被可以被FeFe2+2+所所所所替代占据，由此形成的橄榄石替代占据，由此形成的橄榄石替代占据，由此形成的橄榄石替代占据，由此形成的橄榄石 (Mg,Fe)(Mg,Fe)2 2SiOSiO4 4 晶体。晶体。晶体。晶体。并且并且并且并且 MgMg2+2+被被被被FeFe2+2+替代可以任意比例，形成一个系列：替代可以任意比例，形成一个系列：替代可以任意比例，形成一个

22、系列：替代可以任意比例，形成一个系列：MgMg2 2SiOSiO4 4-FeFe2 2SiOSiO4 4 镁橄榄石镁橄榄石镁橄榄石镁橄榄石 橄榄石混晶或固溶体橄榄石混晶或固溶体橄榄石混晶或固溶体橄榄石混晶或固溶体 铁橄榄石铁橄榄石铁橄榄石铁橄榄石这种情况称这种情况称这种情况称这种情况称完全类质同像系列。完全类质同像系列。完全类质同像系列。完全类质同像系列。但是，在闪锌矿但是，在闪锌矿但是，在闪锌矿但是，在闪锌矿ZnSZnS中，部分的中，部分的中，部分的中，部分的ZnZn2+2+可被可被可被可被FeFe2+2+类质同象替代，其替类质同象替代，其替类质同象替代，其替类质同象替代，其替代量最大只达到

23、原子数的代量最大只达到原子数的代量最大只达到原子数的代量最大只达到原子数的30.8%30.8%，如果代替量大于，如果代替量大于，如果代替量大于，如果代替量大于30.8%30.8%，闪锌矿的，闪锌矿的，闪锌矿的，闪锌矿的结构将被破坏。结构将被破坏。结构将被破坏。结构将被破坏。ZnS-FeSZnS-FeS这种情况称这种情况称这种情况称这种情况称不完全类质同像系列不完全类质同像系列不完全类质同像系列不完全类质同像系列。本讲稿第三十四页，共五十页 在白云石在白云石在白云石在白云石CaMgCOCaMgCO3 3，其，其，其，其CaCa MgMg的原子数之比必的原子数之比必的原子数之比必的原子数之比必 须

24、是须是须是须是1:11:1，不能写为，不能写为，不能写为，不能写为 （CaCa，MgMg）COCO3 3 金红石金红石金红石金红石TiOTiO2 2与锡石与锡石与锡石与锡石SnOSnO2 2结构相同，但结构相同，但结构相同，但结构相同，但TiTi与与与与SnSn之间并之间并之间并之间并 没有代替关系。没有代替关系。没有代替关系。没有代替关系。下面两种情况不能称为类质同像：下面两种情况不能称为类质同像：下面两种情况不能称为类质同像：下面两种情况不能称为类质同像：l l 等价类质同象（上例）等价类质同象（上例）等价类质同象（上例）等价类质同象（上例）-异价类质同象（下例）异价类质同象（下例）异价类

25、质同象（下例）异价类质同象（下例）例如：例如：例如：例如：霓辉石（霓辉石（霓辉石（霓辉石（Na,CaNa,Ca）(Fe(Fe3+3+,Fe,Fe2+2+)Si)Si2 2OO6 6 存在两种取代存在两种取代存在两种取代存在两种取代:Na:Na+-Ca-Ca2+2+Fe Fe3+3+-Fe-Fe2+2+取代后总电价平衡取代后总电价平衡取代后总电价平衡取代后总电价平衡本讲稿第三十五页，共五十页影响类质同象的因素影响类质同象的因素(条件条件)内因内因内因内因:l l原子或离子的大小原子或离子的大小原子或离子的大小原子或离子的大小：大小越接近，越容易发生替代；大小越接近，越容易发生替代；大小越接近，越

26、容易发生替代；大小越接近，越容易发生替代；l l离子类型和键型离子类型和键型离子类型和键型离子类型和键型：类型和键型应相同；类型和键型应相同；类型和键型应相同；类型和键型应相同；l l电价平衡电价平衡电价平衡电价平衡：替代前后电价应平衡，这是先决条件；替代前后电价应平衡，这是先决条件；替代前后电价应平衡，这是先决条件；替代前后电价应平衡，这是先决条件；如果发生如果发生如果发生如果发生异价替代，则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡。异异价替代，则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡。异异价替代，则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡。异异价替代，则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡。异价替代

27、时电价平衡是主要条件，半径大小退居次要地位。价替代时电价平衡是主要条件，半径大小退居次要地位。价替代时电价平衡是主要条件，半径大小退居次要地位。价替代时电价平衡是主要条件，半径大小退居次要地位。外因外因外因外因:l l温度温度温度温度：高温易发生，低温不易发生，而且还会发生固溶高温易发生，低温不易发生，而且还会发生固溶高温易发生，低温不易发生，而且还会发生固溶高温易发生，低温不易发生，而且还会发生固溶 体离溶；体离溶；体离溶；体离溶；l l压力：高压不易发生；压力：高压不易发生；压力：高压不易发生；压力：高压不易发生；l l组份浓度组份浓度组份浓度组份浓度：周围环境的某离子浓度越高越容易替代进

28、入周围环境的某离子浓度越高越容易替代进入周围环境的某离子浓度越高越容易替代进入周围环境的某离子浓度越高越容易替代进入 晶格。晶格。晶格。晶格。本讲稿第三十六页，共五十页研究类质同像的意义：研究类质同像的意义：1 1）矿物晶体成分变化的主要原因；）矿物晶体成分变化的主要原因；）矿物晶体成分变化的主要原因；）矿物晶体成分变化的主要原因；2 2）了解稀有元素的赋存状态；）了解稀有元素的赋存状态；）了解稀有元素的赋存状态；）了解稀有元素的赋存状态；3 3）反映矿物的形成条件。）反映矿物的形成条件。）反映矿物的形成条件。）反映矿物的形成条件。本讲稿第三十七页，共五十页同质多像同质多像 同质多像：同质多像

29、：同质多像：同质多像：同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同结构同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同结构同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同结构同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同结构的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体，则的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体，则的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体，则的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体，则称为称为称为称为同质多像变体同质多像变体同质多像变体同质多像变体。例如：例如：例如：例如：金刚石与石墨，金刚石与石墨，金刚石与石墨，金刚石与石墨，-石英和石英和石英和石英和 -石

30、英石英石英石英 。2 2同质多像变体的转变同质多像变体的转变同质多像变体的转变同质多像变体的转变一一一一种种种种物物物物质质质质的的的的各各各各同同同同质质质质多多多多像像像像变变变变体体体体均均均均有有有有自自自自己己己己特特特特定定定定的的的的形形形形成成成成条条条条件件件件和和和和稳稳稳稳定定定定范范范范围围围围。当当当当外外外外界界界界条条条条件件件件（主主主主要要要要是是是是温温温温度度度度和和和和压压压压力力力力）改改改改变变变变到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度时时时时，各各各各变变变变体体体体之之之之间间间间会会会会发发发发生转变。生转变。生转变。生转变。1、同质多像的概

31、念、同质多像的概念 本讲稿第三十八页，共五十页（1 1）位移性转变）位移性转变）位移性转变）位移性转变（改造式转变、高低温转变）：（改造式转变、高低温转变）：当两个变体结构间差异较小，当两个变体结构间差异较小，不需要破坏原有的键不需要破坏原有的键不需要破坏原有的键不需要破坏原有的键，只要质点从原先的位，只要质点从原先的位置稍作位移，就可从一种变体转变为另一种变体。转变一般是置稍作位移，就可从一种变体转变为另一种变体。转变一般是可逆的可逆的可逆的可逆的（-石英石英 与与 -石英）石英）。（2 2）重建式转变）重建式转变）重建式转变）重建式转变：当变体结构间差异较大，在转变过程中需要首先当变体结构

32、间差异较大，在转变过程中需要首先破坏原变体的结构破坏原变体的结构破坏原变体的结构破坏原变体的结构，包括键，包括键性，配位数及堆积方式等的变化，才能重新建立起新变体的晶体结构。性，配位数及堆积方式等的变化，才能重新建立起新变体的晶体结构。这类转变一般是这类转变一般是不可逆的不可逆的不可逆的不可逆的（金刚石与石墨（金刚石与石墨）。同质多像同质多像 一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为副象副象副象副象 。例如例如例如例如:-石英石英石英石英(六方双锥六方双锥六方双锥六方

33、双锥)转变为转变为转变为转变为 -石英后，仍保留六方双锥形。石英后，仍保留六方双锥形。石英后，仍保留六方双锥形。石英后，仍保留六方双锥形。二氧化硅各种变体之间的转变关系及其规律：二氧化硅各种变体之间的转变关系及其规律：二氧化硅各种变体之间的转变关系及其规律：二氧化硅各种变体之间的转变关系及其规律：本讲稿第三十九页，共五十页同质多像同质多像 本讲稿第四十页，共五十页石英在不同的热力学条件下有不同的变体：石英在不同的热力学条件下有不同的变体：表示高温型，表示高温型，表示低温型。表示低温型。横向转变（重建型）为一级转变（由表及里缓慢进行，不可逆）；纵向横向转变（重建型）为一级转变（由表及里缓慢进行，

34、不可逆）；纵向转变（位移型）为二级转变（表里瞬间同时进行，可逆）转变（位移型）为二级转变（表里瞬间同时进行，可逆）同质多像同质多像 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 熔体熔体 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 -鳞石英鳞石英8700C5730C17230C2680C1600C1170C14700C本讲稿第四十一页，共五十页型变型变(晶变晶变)l l概念：随着化学成分的规律变化，而引起晶体结构型式明概念：随着化学成分的规律变化，而引起晶体结构型式明概念：随着化学成分的规律变化，而引起晶体结构型式明概念：随着化学成分的规律变化，而引起晶体结构型式明显而有规律的变化的现象称为型变

35、（或晶变）现象显而有规律的变化的现象称为型变（或晶变）现象显而有规律的变化的现象称为型变（或晶变）现象显而有规律的变化的现象称为型变（或晶变）现象 。例：例：例：例：CaTiOCaTiO3 3SrTiOSrTiO3 3 or or CaCa1-1-x xSrSrx xTiOTiO3 3(0=0=x x=1=1)FFCaCa2+2+半径半径半径半径1.00 1.00,Sr,Sr2+2+半径半径半径半径1.18 1.18 FF完全类质同像完全类质同像完全类质同像完全类质同像FF等价类质同像等价类质同像等价类质同像等价类质同像FF结构变化结构变化结构变化结构变化 0=0=x x=0.45=0.45，

36、PbnmPbnm0.45=0.45=x x=0.65=0.65，CmmbCmmb0.65=0.65=x x=0.92 0.92 0.92，Pm3mPm3m本讲稿第四十二页，共五十页型变型变(晶变晶变)结构渐变过程相当于类质同像，结构突变过程相当于同质结构渐变过程相当于类质同像，结构突变过程相当于同质结构渐变过程相当于类质同像，结构突变过程相当于同质结构渐变过程相当于类质同像，结构突变过程相当于同质多像。多像。多像。多像。例如例如例如例如碳酸盐矿物中：碳酸盐矿物中：碳酸盐矿物中：碳酸盐矿物中：MgFeMnCaSrPbBaMgFeMnCaSrPbBa 方解石型结构方解石型结构方解石型结构方解石型结

37、构 文石型结构文石型结构文石型结构文石型结构 同质多像类质同像类质同像注意：注意：注意：注意：型变和类质同象的区别？型变和类质同象的区别？型变和类质同象的区别？型变和类质同象的区别？类质同象只能引起晶格常数的变化，结构并不破坏；而型变可以破坏结构类质同象只能引起晶格常数的变化，结构并不破坏；而型变可以破坏结构类质同象只能引起晶格常数的变化，结构并不破坏；而型变可以破坏结构类质同象只能引起晶格常数的变化，结构并不破坏；而型变可以破坏结构本讲稿第四十三页，共五十页 多型：由同种化学成分所构成的晶体，当其晶体结构中的结构单位层相多型：由同种化学成分所构成的晶体，当其晶体结构中的结构单位层相多型：由同

38、种化学成分所构成的晶体，当其晶体结构中的结构单位层相多型：由同种化学成分所构成的晶体，当其晶体结构中的结构单位层相同、但结构单位层之间的堆垛顺序或重复方式不同时，而形成的结构上同、但结构单位层之间的堆垛顺序或重复方式不同时，而形成的结构上同、但结构单位层之间的堆垛顺序或重复方式不同时，而形成的结构上同、但结构单位层之间的堆垛顺序或重复方式不同时，而形成的结构上不同的变体。不同的变体。不同的变体。不同的变体。多型和多体多型和多体由此可知：多型是一种特殊的同质多像，一维的同质多像。由此可知：多型是一种特殊的同质多像，一维的同质多像。由此可知：多型是一种特殊的同质多像，一维的同质多像。由此可知：多型

39、是一种特殊的同质多像，一维的同质多像。本讲稿第四十四页，共五十页 同多形变体之间在结构、物同多形变体之间在结构、物同多形变体之间在结构、物同多形变体之间在结构、物性等方面相差很小，因此，不性等方面相差很小，因此，不性等方面相差很小，因此，不性等方面相差很小，因此，不同变体属于同一同变体属于同一同变体属于同一同变体属于同一“种种种种”晶体，晶体，晶体，晶体，因此，命名相同，只是前缀一因此，命名相同，只是前缀一因此，命名相同，只是前缀一因此，命名相同，只是前缀一多形符号。多形符号。多形符号。多形符号。多型符号由两个位构成，多型符号由两个位构成，多型符号由两个位构成，多型符号由两个位构成，2 2H-

40、MoSH-MoS2 2，3 3R-MoSR-MoS2 2，第一个位，第一个位，第一个位，第一个位上的阿拉伯数字代表多型的重上的阿拉伯数字代表多型的重上的阿拉伯数字代表多型的重上的阿拉伯数字代表多型的重复层数；第二个位上的字母指复层数；第二个位上的字母指复层数；第二个位上的字母指复层数；第二个位上的字母指示所属的晶系。示所属的晶系。示所属的晶系。示所属的晶系。多型符号多型符号2 2H H多型石墨的结构多型石墨的结构 本讲稿第四十五页，共五十页l l多体：以两种（或两种以上）性质不同的结晶学模多体：以两种（或两种以上）性质不同的结晶学模多体：以两种（或两种以上）性质不同的结晶学模多体：以两种（或两

41、种以上）性质不同的结晶学模块，按不同比例或堆垛顺序而构筑的结构和化学块，按不同比例或堆垛顺序而构筑的结构和化学块，按不同比例或堆垛顺序而构筑的结构和化学块，按不同比例或堆垛顺序而构筑的结构和化学组成上不相同晶体的特性。组成上不相同晶体的特性。组成上不相同晶体的特性。组成上不相同晶体的特性。镁川石的三链结构镁川石的三链结构 多型和多体多型和多体本讲稿第四十六页，共五十页1.概念概念有序有序有序有序无序无序无序无序（order-disorderorder-disorder）现象是指：晶体结构中，在可以）现象是指：晶体结构中，在可以）现象是指：晶体结构中，在可以）现象是指：晶体结构中，在可以被两种或

42、两种以上不同质点（原子、离子或空位）所占据被两种或两种以上不同质点（原子、离子或空位）所占据被两种或两种以上不同质点（原子、离子或空位）所占据被两种或两种以上不同质点（原子、离子或空位）所占据某某某某种种种种(或几种或几种或几种或几种)位置上，如它们相互间分布是任意的，即它们占位置上，如它们相互间分布是任意的，即它们占位置上，如它们相互间分布是任意的，即它们占位置上，如它们相互间分布是任意的，即它们占据任何一个该等同位置的几率都是相同的，则为无序结构；据任何一个该等同位置的几率都是相同的，则为无序结构；据任何一个该等同位置的几率都是相同的，则为无序结构；据任何一个该等同位置的几率都是相同的，则

43、为无序结构；如它们相互间分布是有规律的，各自占据特定的位置，则为如它们相互间分布是有规律的，各自占据特定的位置，则为如它们相互间分布是有规律的，各自占据特定的位置，则为如它们相互间分布是有规律的，各自占据特定的位置，则为有序结构，也称超结构。有序结构，也称超结构。有序结构，也称超结构。有序结构，也称超结构。如：如：如：如：合金合金合金合金AuCuAuCu3 3、黄铜矿、黄铜矿、黄铜矿、黄铜矿 CuFeSCuFeS2 2有序有序-无序无序 结结构的有序构的有序构的有序构的有序无序状无序状无序状无序状态态用用用用有序度有序度有序度有序度表示。有表示。有表示。有表示。有许许多多多多计计算有序度的算有

44、序度的算有序度的算有序度的公式，随晶体公式，随晶体公式，随晶体公式，随晶体结结构的不同而异。构的不同而异。构的不同而异。构的不同而异。完全有序完全有序完全有序完全有序和和和和完全无序完全无序完全无序完全无序结结构的有序度构的有序度构的有序度构的有序度则则分分分分别为别为1 1和和和和0 0。（P.105P.105）2.2.有序度有序度有序度有序度本讲稿第四十七页，共五十页有序有序无序状态可以转变，从无序无序状态可以转变，从无序有序可自发进行，叫有序可自发进行，叫 有序化。有序化。3.3.有序有序有序有序-无序转变无序转变无序转变无序转变有序有序-无序无序有序无序之间的转化，实际上也是一种相变；

45、有序无序之间的转化，实际上也是一种相变；一般来说，高温无序，低温有序；一般来说，高温无序，低温有序；有序变体对称性总是低于无序变体；有序变体对称性总是低于无序变体；有序变体的单位晶胞的体积则往往数倍于无序变体。有序变体的单位晶胞的体积则往往数倍于无序变体。本讲稿第四十八页，共五十页有序有序-无序无序例如：例如：例如：例如：AuCu3晶体结构，当为无序态时表现为立方面心格子；当呈有序态时，Au原子只占据立方格子角顶上的特定位置，立方格子的面心位置则只为Cu原子所占有。本讲稿第四十九页，共五十页550550C C闪锌矿型结构闪锌矿型结构F F-43-43m m,a a0 0=5.29=5.29 黄黄黄黄铜矿铜矿CuFeSCuFeS2 2：高温无序：高温无序：高温无序：高温无序结结构构构构为闪锌矿为闪锌矿型型型型结结构，等构，等构，等构，等轴轴晶系；低温晶系；低温晶系；低温晶系；低温有序有序有序有序结结构构构构为为四方晶系。四方晶系。四方晶系。四方晶系。有序有序-无序无序本讲稿第五十页，共五十页