晶体的典型结构类型课件.ppt

《晶体的典型结构类型课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶体的典型结构类型课件.ppt（77页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 矿物晶体典型结构类型矿物晶体典型结构类型目录第一节 结构的表征第二节 结构类型金刚石、石墨、石盐、氯化铯、萤石、闪锌矿、石英1 1、结构的表征结构的表征 与晶体结构有关的因素有：与晶体结构有关的因素有：晶体化学组成，晶体化学组成，晶体中质点的相对大小，极化性能。晶体中质点的相对大小，极化性能。并非所有化学组成不同的晶体，都有不同并非所有化学组成不同的晶体，都有不同的结构，化学组成不同的晶体，可以有相同的的结构，化学组成不同的晶体，可以有相同的结构类型。结构类型。而同一种化学组成，也可以出现不同的结而同一种化学组成，也可以出现不同的结构类型。构类型。描述晶体结构需表述下列内描述晶体结构需表述下

2、列内容：容：（1 1）晶系）晶系 （2 2）对称类型）对称类型（3 3）组成部分及键型）组成部分及键型（4 4）配位数）配位数CNCN（5 5）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=?（6 6）格子形式）格子形式描述晶体结构的三种方法描述晶体结构的三种方法1、坐标法坐标法Cl:000,0,0 ,0 Na+:00 ,00,0 0,2、球体堆积法球体堆积法3、配位多面体及其配位多面体及其连连接方式描述法接方式描述法球体紧密堆积法球体紧密堆积法对于金属晶体和一些简单的离子晶体有用。对于金属晶体和一些简单的离子晶体有用。如氯化钠的晶体结构：如氯化钠的晶体结构：ClCl离子按立方

3、紧密堆积，离子按立方紧密堆积，NaNa+处于全部处于全部的八面体空隙中。的八面体空隙中。配位多面体及其连接法配位多面体及其连接法 对结构比较复杂的晶体，用这种方对结构比较复杂的晶体，用这种方法。如对于硅酸盐的晶体结构常用。法。如对于硅酸盐的晶体结构常用。而对于简单的晶体就不一定好用，而对于简单的晶体就不一定好用，如氯化钠的晶体结构：如氯化钠的晶体结构：NaNa+离子的配位数是离子的配位数是6 6，构成，构成Na-ClNa-Cl八八面体，面体，NaClNaCl结构就是由结构就是由Na-ClNa-Cl八面体以共八面体以共棱方式相连而成的。棱方式相连而成的。结构类型结构类型(1)(1)(1)(1)金

4、刚石晶体结构金刚石晶体结构化学式为：化学式为：C C晶体结构晶体结构为：立方晶系，为：立方晶系，a a0.356nm0.356nm，3 3L L4 44 4L L3 36 6L L2 29 9PCPC空间格子：空间格子：C C原子组成立方面心格子，原子组成立方面心格子，C C原子位于立方面原子位于立方面心的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体心的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体的中心。的中心。金刚石结构金刚石结构键型：键型：每个每个C C原子周围有四个原子周围有四个C C，碳原子之间形成共价键。碳原子之间形成共价键。形成：形成：自然界、实验室自然界、实验室性质：性质：金

5、刚石是硬度最大的矿物金刚石是硬度最大的矿物 具有半导体的性能和极好具有半导体的性能和极好 的导电性。的导电性。与金刚石结构相同的有：与金刚石结构相同的有：硅、锗、灰锡（硅、锗、灰锡（-Sn）合成的立方氮化硼（合成的立方氮化硼（CBNCBN）等。）等。金刚石晶体结构2.2.石墨结构石墨结构化学式：化学式：C C晶体结构：晶体结构：六方晶系（六方晶系（2H2H），），L L6 66 6L L2 27 7PCPC a a 0.246nm 0.246nm，c c0.670nm0.670nm 三方晶系（三方晶系（3R3R），），L L3 33 3L L2 23 3PCPC，c c1.004nm1.004

6、nm结构表现：结构表现：C C原子组成层状排列，原子组成层状排列，层内层内C C原子成六方环状排列，每原子成六方环状排列，每个碳原子与三个相邻的碳原子之个碳原子与三个相邻的碳原子之间的距离为间的距离为0.142nm0.142nm，层与层之，层与层之间的距离为间的距离为0.335nm0.335nm。石墨晶体结构键型：键型：层内为共价键，层间为分子键，层内为共价键，层间为分子键，还有自由电子存在金属键。还有自由电子存在金属键。性质：性质：碳原子有一个电子可以在层内移碳原子有一个电子可以在层内移动，平行于层的方向具有良好的导电性。动，平行于层的方向具有良好的导电性。石墨的硬度低，熔点高，导电性好。石

7、墨的硬度低，熔点高，导电性好。石墨与金刚石属同质多像变体。石墨与金刚石属同质多像变体。AX型晶体型晶体 NaCI型结构型结构矿物名称：石盐矿物名称：石盐。化学式为：化学式为：NaCI CINa+-NaNa+离子位于面心格子的结点位置上，离子位于面心格子的结点位置上，CICI离子也位离子也位于另一套这样的格子上，后一个格子与前一个格子相距于另一套这样的格子上，后一个格子与前一个格子相距1/21/2晶棱晶棱的位移。的位移。结构描述：结构描述：（1 1）立方晶系，）立方晶系，a a0.563nm0.563nm，Z Z4 4，3 3L L4 44 4L L3 36 6L L2 29 9PCPC（2 2

8、）NaNa+CICI离子键，离子键，NaCINaCI为离子晶体为离子晶体.（3 3）CNCN+CN CN-6 6（4 4）-CI-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 Na+离子充离子充 填于全部八面体空隙。填于全部八面体空隙。-Na -Na+离子的配位数是离子的配位数是6 6，构成，构成Na-ClNa-Cl八面体。八面体。NaCINaCI结构是由结构是由Na-ClNa-Cl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+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CI 结点

9、的坐标为：结点的坐标为：4 CI 4 CI ：000000，1/2 1/2 0 1/2 1/2 0，1/2 0 1/2 1/2 0 1/2，0 1/2 1/20 1/2 1/2 4 Na 4 Na+：1/2 1/2 1/21/2 1/2 1/2，00 1/2 00 1/2，0 1/2 0 0 1/2 0，1/2 0 01/2 0 0（5 5）立方面心格子立方面心格子CICI、Na Na+各一套各一套（6 6）同结构晶体有：）同结构晶体有：MgOMgO、CaOCaO、SrOSrO、BaOBaO、FeOFeO、CoOCoO思考题思考题在氯化钠晶体结构中有多少八面体空隙、在氯化钠晶体结构中有多少八面

10、体空隙、多少四面体空隙？如何计算？多少四面体空隙？如何计算？氯化铯型结构氯化铯型结构 晶体化学：晶体化学：CsClCsCl 晶体结构晶体结构：立方晶系，立方晶系，a a0.411nm0.411nm Z Z1 1 空间格子：空间格子：CsClCsCl是原始格子是原始格子 氯化铯晶体结构氯化铯晶体结构 大球为大球为ClCl；小球为；小球为CsCs+Cl离子离子Cs离子离子配位多面体：在空间以共面形配位多面体：在空间以共面形 式连接。式连接。离子坐标：离子坐标：ClCl 000000 CsCs 1/2 1/2 1/21/2 1/2 1/2类似的晶体：类似的晶体：CsBrCsBr，CsICsI，NHN

11、H4 4ClCl等等ClCl离子处于立方离子处于立方 原始格子的八个原始格子的八个 角顶上，角顶上，CsCs离子离子 位于立方体的中位于立方体的中 心（立方体空隙）心（立方体空隙）CNCNCNCN8 8，单位晶胞中有一个单位晶胞中有一个 ClCl和一个和一个CsCs氯化铯晶体结构 闪锌矿型结构闪锌矿型结构化化 学学 式：式：ZnSZnS 立方晶系，立方晶系，a a0.540nm0.540nm；Z Z4 4，3 3L Li i4 44 4L L3 36 6P P 立方面心格子，立方面心格子，S S2 2离子呈立方最紧密堆积，位于离子呈立方最紧密堆积，位于 立方面心的结点位置，立方面心的结点位置，

12、ZnZn2 2离子交错地分布于离子交错地分布于 1/8 1/8小立方体的中心，即小立方体的中心，即1/2 1/2 的四面体空隙中。的四面体空隙中。晶体结构晶体结构空间格子空间格子1/2 1/2 的四面体空隙的四面体空隙结构投影图：（俯视图）用标高来表示，结构投影图：（俯视图）用标高来表示，0 0底面；底面；25 251/41/4；50 501/21/2；75 753/43/4。（0 0100100；2525125125；5050150150是等效的）是等效的）配位数配位数：CNCNCNCN4 4；极性共价键，；极性共价键，配位型共价晶体。配位型共价晶体。配位多面体配位多面体：ZnS4ZnS4四

13、面体，在空间以四面体，在空间以 共顶方式相连接共顶方式相连接属于闪锌矿型结构晶体有属于闪锌矿型结构晶体有：SiCSiC；GaAsGaAs；AlPAlP；InSbInSb等。等。纤锌矿型结构纤锌矿型结构纤锌矿型结构纤锌矿型结构化学式：化学式：ZnSZnS晶体结构：晶体结构：六方晶系；六方晶系；a a0.382nm0.382nm；c c0.625nm0.625nm；Z Z2 2 质点坐标质点坐标：S S2 2：0 0 00 0 0；2/3 1/3 1/22/3 1/3 1/2 Zn Zn2 2：0 0 u 0 0 u；2/3 1/3 2/3 1/3（u u1/21/2）空间格子空间格子：S S2

14、2按六方紧密堆积排列按六方紧密堆积排列 Zn Zn2 2充填于充填于1/21/2的四面体的四面体 空隙，形成六方格子。空隙，形成六方格子。配位数配位数：CNCNCNCN4 4多面体多面体：ZnSZnS4 4四面体共顶连接四面体共顶连接键型键型：ZnZn、S S为极性共价键为极性共价键属纤锌矿型结构的晶体有属纤锌矿型结构的晶体有：BeO BeO；ZnOZnO；AlNAlN等。等。纤锌矿晶体结构图 萤石型结构萤石型结构 化学式：化学式：CaF CaF2 2 萤石晶体结构 立方晶系，立方晶系，a0.545nm，Z4，3L44L36L29PC晶体结构晶体结构空间格子空间格子：Ca Ca2 2位于立方面

15、心的结点位置，位于立方面心的结点位置，F F位于立方体内八个小立方体的中心，即位于立方体内八个小立方体的中心，即CaCa2 2按立方紧密堆积的方式排列，按立方紧密堆积的方式排列，F F充填于全充填于全部四面体空隙中。部四面体空隙中。配位数配位数：CN CN8 8；CNCN4 4多面体多面体：简单立方体简单立方体连接形式连接形式：CaFCaF8 8之间以共棱形式连接之间以共棱形式连接晶胞组成晶胞组成：Ca Ca2 2 81/881/861/2=461/2=4；F F 4 44 48 8性质性质：八面体空隙全部空着：八面体空隙全部空着负离子扩散负离子扩散属于萤石结构的晶体有属于萤石结构的晶体有：B

16、aF2 BaF2；PbF2PbF2；CeO2CeO2；ThO2ThO2；UO2UO2；低温低温ZrO2ZrO2（扭曲、变形）（扭曲、变形）反萤石结构反萤石结构晶体结构晶体结构：其结构与萤石完全相同，只是阴阳离子的：其结构与萤石完全相同，只是阴阳离子的位置完全互换，位置完全互换，即阳离子占据的是即阳离子占据的是F F的位置，阴离的位置，阴离子占据的是子占据的是CaCa2 2 的位置的位置配位数配位数：CN CN4 4；CNCN8 8晶胞组成晶胞组成：阴离子：阴离子 81/881/861/261/24 4 阳离子阳离子 4 44 48 8属于反萤石结构的晶体有属于反萤石结构的晶体有：Li Li2

17、2O O；NaNa2 2O O；K K2 2O O等等 石英型结构石英型结构 晶体名称晶体名称：石英：石英晶体化学晶体化学：SiO2 石英（石英（SiO2）的三个主要同质多象）的三个主要同质多象变体变体石英、石英、鳞石英、鳞石英、方石英具方石英具有典型的架状结构，其有典型的架状结构，其SiO4四面体的连四面体的连接方式如下：接方式如下：晶体结构晶体结构AB硅氧四面体的连接方式硅氧四面体的连接方式石英的晶体石英的晶体结构结构石英石英属属六方晶系六方晶系，对称型，对称型L L6 66 6L L2 2，a ao o=0.501nm=0.501nm，c co o=0.547nm=0.547nm。结构中

18、结构中各原子群形成螺旋状，每一螺旋状原子群在各原子群形成螺旋状，每一螺旋状原子群在同一状态下旋转，按六次螺旋转轴旋转排列，即可同一状态下旋转，按六次螺旋转轴旋转排列，即可得到右旋或左旋的得到右旋或左旋的型石英晶体。型石英晶体。结构特征为结构特征为：两个原来在垂向上彼此相连的硅氧四：两个原来在垂向上彼此相连的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图中中ABAB线段的中点位置）相互反伸，然后再此基础上，线段的中点位置）相互反伸，然后再此基础上，将将SiSiO OSiSi的键角由的键角由180180转变为转变为150150其它的共其它的共用氧均以

19、此为基础，在三维空间右旋或左旋相互连用氧均以此为基础，在三维空间右旋或左旋相互连接，就组成了接，就组成了石英的晶体结构。石英的晶体结构。磷石英磷石英属属六方晶系六方晶系，对称型，对称型L L6 66 6L L2 27 7P PC C。a ao o=0.503nm=0.503nm，c co o=0.822nm=0.822nm，其其晶格晶格是由是由SiO4SiO4四面体构成六方环状网四面体构成六方环状网格，结构中六个硅氧四面体成六方环状连格，结构中六个硅氧四面体成六方环状连接，其中相间的三个顶端向上，另外三个接，其中相间的三个顶端向上，另外三个向下。然后再与上下环中四面体的顶端相向下。然后再与上下

20、环中四面体的顶端相接，在三维空间组成无限延伸的环状骨架。接，在三维空间组成无限延伸的环状骨架。结构特点为：结构特点为：两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的水平位置为对称之间，相当于以共用氧的水平位置为对称面（图中面（图中ABAB位置）互成镜像反映。位置）互成镜像反映。结构显示结构显示，由，由石英转变为石英转变为磷磷石英，不但要改变石英，不但要改变SiSiO OSiSi的键角和键长，的键角和键长，而且还要重新调整硅氧之间的分布，即破而且还要重新调整硅氧之间的分布，即破坏原有的键，建立新的坏原有的键，建立新的SiSiO OSiSi，它们之，它们之间

21、的转变一般比较困难，常需要持续几个间的转变一般比较困难，常需要持续几个昼夜，甚至几个星期之久。昼夜，甚至几个星期之久。方石英方石英 属立方晶系属立方晶系，对称型，对称型3 3L L4 44 4L L3 36 6L L2 29 9P PC C。a ao o=0.716nm=0.716nm。晶体结构晶体结构中硅离子在立方晶胞中成类似于金刚石的中硅离子在立方晶胞中成类似于金刚石的结构，氧离子位于每二个硅离子之间，硅离子位于结构，氧离子位于每二个硅离子之间，硅离子位于四个氧离子之中组成硅氧四面体。四个氧离子之中组成硅氧四面体。结构特点为结构特点为：两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体：两个在垂向上彼此相连

22、的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图中之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图中ABAB线段的中点位置）相互反伸。线段的中点位置）相互反伸。从结构可以看出，从结构可以看出，石英到石英到方石英的转变要方石英的转变要比比石英到石英到磷石英的转变容易一些。磷石英的转变容易一些。-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8700C5730C14700C17230C2680C1600C1170C重建型转变位移型转变 金红石型结构金红石型结构化学式：化学式：TiO TiO2 2 四方晶系，四方晶系，a a0.459nm0.

23、459nm；c c0.296nm0.296nm；Z Z2 2L L4 44 4L L2 25 5PCPC 晶体结构格子类型格子类型：四方原始格子。：四方原始格子。TiTi4 4位于结点位置，体心的属另位于结点位置，体心的属另 一套格子。一套格子。O O2 2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：TiTi4 4 ：000000；1/2 1/2 1/21/2 1/2 1/2；O O2 2:uu0;(1-u)(1-u)0;:uu0;(1-u)(1-u)0;(1/2+u)(1/2-u)1/2;(1/2-u)(1/2+u)1/2 (1/2+u)(1/2-u)1/2;(1/2-u)(1

24、/2+u)1/2 晶体结构：晶体结构：O O2 2可看成是变形可看成是变形 六方密堆积，六方密堆积，TiTi4 4 离子填充离子填充1/21/2的八面的八面 体空隙体空隙配位数：配位数：CNCN6 6；CNCN3 3多面体：多面体：TiOTiO6 6 八面体八面体连接方式：连接方式：TiTiO O八面体以共八面体以共 棱方式连接成链，棱方式连接成链，链与链之间以共顶链与链之间以共顶 方式相连。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：SnO SnO2 2；PbOPbO2 2；MnOMnO2 2；MoOMoO2 2 WO WO2 2；MnFMnF2;2;MgFMgF2 2；V

25、OVO2 2 金红石链金红石链 碘化镉型结构碘化镉型结构化学式：化学式：CdI CdI2 2晶体结构：三方晶系晶体结构：三方晶系 a a0.424nm0.424nm；c c0.684nm0.684nm；Z Z1 1空间格子空间格子：CdCd2 2离子占有六方原始格子的结点位置，离子占有六方原始格子的结点位置，I I离子离子 交叉分布于三个交叉分布于三个CdCd2 2离子三角形中心的上下方；离子三角形中心的上下方；相当于两层相当于两层I I离子中间夹离子中间夹 一层一层CdCd2 2离子，构成离子，构成 复合层。复合层。配位数配位数：CN CN6 6；CNCN3 3键性键性：复合层与复合层之间为

26、范德华力，层状结构层复合层与复合层之间为范德华力，层状结构层 内内CdCdI I为具有离子键的共价键，键力较强。为具有离子键的共价键，键力较强。属于碘化镉型结构的晶体属于碘化镉型结构的晶体：Ca Ca（OHOH）2 2；MgMg（OHOH）2 2；CdICdI2 2；MgIMgI2 2 钙钛矿型结构钙钛矿型结构钙钛矿结构的通式为钙钛矿结构的通式为ABOABO3 ,3 ,以以CaTiOCaTiO3 3为例讨论其为例讨论其结构结构:Ca2+O2-Ti 4+配位关系的分析配位关系的分析配位关系的分析配位关系的分析:可以看出可以看出:Ca的的CN=12 Ti的的CN=6 O的的CN=2+4=6结构的描

27、述结构的描述结构的描述结构的描述（1）钙钛矿在高温时属立方晶系，在降温时，通过某个特定钙钛矿在高温时属立方晶系，在降温时，通过某个特定温度后将产生结构的畸变使立方晶格的对称性下降温度后将产生结构的畸变使立方晶格的对称性下降.（2）CaTiO3为离子晶体为离子晶体（3）Ca的的CN=12 Ti的的CN=6 O的的CN=2+4=6（4）CaTiO3的结构可看成的结构可看成O2-和半径较大的和半径较大的Ca2+离子共同组成离子共同组成立方紧密堆积，立方紧密堆积，Ti4+离子充填于离子充填于1/4的八面体空隙中。其的八面体空隙中。其Z=4（5）结点坐标为：结点坐标为：Ca2+000 ，001，010，

28、100，110 ，011 ，101，111 O2-0 1/2 1/2，1/2 0 1/2 ，1/2 1/2 0 ，1 1/2 1/2 ，1/2 1 1/2 ，1/2 1/2 1 Ti 4+1/2 1/2 1/2（6）立方面心格子立方面心格子 若以若以r rA A代表代表ABOABO3 3型结构中离子半径型结构中离子半径较大的较大的A A离子半径，离子半径，r rB B代表离子半径较小代表离子半径较小的的B B离子半径。离子半径。r rO O代表氧离子半径，在钙代表氧离子半径，在钙钛矿结构中，这三种离子半径之间存在钛矿结构中，这三种离子半径之间存在如下的几何关系：如下的几何关系：r rA A+r

29、+rO O (r(rB B+r+rO O)经实际晶体的测定发现，经实际晶体的测定发现，ABAB离子的半径都可以离子的半径都可以有一定范围的波动。只要满足下式即可。有一定范围的波动。只要满足下式即可。r rA A+r+rO Ot (rt (rB B+r+rO O)其中为容差因子，其值为其中为容差因子，其值为0.770.77一一1.101.10，钙钛矿结构都能稳定。由于钙钛矿结构中存在钙钛矿结构都能稳定。由于钙钛矿结构中存在这个容差因子，加上这个容差因子，加上A A、B B离子的价数不一定局离子的价数不一定局限于二价和四价，因此，钙钛矿结构所包含的限于二价和四价，因此，钙钛矿结构所包含的晶体种类十

30、分丰富，属于钙钛矿型结构的主要晶体种类十分丰富，属于钙钛矿型结构的主要晶体大约有晶体大约有3030余种。余种。钛酸钡钛酸钡BaTiO3结构与铁电性能结构与铁电性能 如上图示，在稍高于如上图示，在稍高于393K393K时，钛酸时，钛酸钡晶体中晶胞长度钡晶体中晶胞长度a=0.401nma=0.401nm，钛离，钛离子和氧离子的中心距离是子和氧离子的中心距离是0.2005nm0.2005nm，而钛氧的半径之和是而钛氧的半径之和是0.196nm0.196nm，这说，这说明钛氧离子之间还有明钛氧离子之间还有0.0045nm0.0045nm的间隔，的间隔，也就是说氧八面体空隙要比钛离子大。也就是说氧八面体

31、空隙要比钛离子大。当钛离子发生位移向某一氧离子靠近当钛离子发生位移向某一氧离子靠近时，使氧离子也向钛离子靠拢并发生强烈时，使氧离子也向钛离子靠拢并发生强烈的电子位移极化，而氧离子极化后所形成的电子位移极化，而氧离子极化后所形成的电场又反过来促使钛离子进一步位移，的电场又反过来促使钛离子进一步位移，使钛离子在一定条件下在新的位置上稳定使钛离子在一定条件下在新的位置上稳定下来，从而使单元晶胞中正负电荷不重合，下来，从而使单元晶胞中正负电荷不重合，产生偶极矩。产生偶极矩。与此同时，在这个小区域内的晶胞外与此同时，在这个小区域内的晶胞外形发生变化，晶胞沿钛离子位移向伸长，形发生变化，晶胞沿钛离子位移向

32、伸长，而其它两个方向略缩短。原来在而其它两个方向略缩短。原来在393K393K以上以上是立方晶系，到是立方晶系，到393K393K以下有一轴伸长以下有一轴伸长 ，而成为四方晶系。而成为四方晶系。应应 用用 钙钛矿型结构在高温时属于立方晶系，在降温时，钙钛矿型结构在高温时属于立方晶系，在降温时，对称性下降。对称性下降。如果在一个轴向发生畸变如果在一个轴向发生畸变(C(C轴略伸长或缩短轴略伸长或缩短)，就由，就由立方晶系变为四方晶系；立方晶系变为四方晶系；如果在两个轴向发生畸变，就变为正交晶系；如果在两个轴向发生畸变，就变为正交晶系；若不在轴向而是在体对角线若不在轴向而是在体对角线111111方向

33、发生畸变，就方向发生畸变，就成为三方晶系菱面体格子。成为三方晶系菱面体格子。这三种畸变，在不同组成的钙钛矿结构中都可能存这三种畸变，在不同组成的钙钛矿结构中都可能存在。由于这种畸变，使一些钙钛矿结构的晶体产生自发偶在。由于这种畸变，使一些钙钛矿结构的晶体产生自发偶极矩，成为铁电和反铁电体。从而具有介电和压电性能，极矩，成为铁电和反铁电体。从而具有介电和压电性能，这一性质在现代材料研究中已得到了广泛的应用。这一性质在现代材料研究中已得到了广泛的应用。方解石型结构方解石型结构化学式：化学式：CaCOCaCO3 3晶体结构：晶体结构：三方晶系；三方晶系；Z Z4 4，L L3 33 3L L2 23

34、 3PCPC 空间格子：空间格子：COCO3 32 2按近似于立方密堆积的形式排列，变按近似于立方密堆积的形式排列，变 形后，形成菱形面心格子。形后，形成菱形面心格子。配位数：配位数：CNCN6 6；CNCN3 3性质：性质：H H3 3，透明（冰州石），透明（冰州石）半透明，半透明，D D2.62.6，同结构的晶体：同结构的晶体：CaCa2 2可被可被MnMn2 2、FeFe2 2、SrSr2 2、PbPb2 2、BaBa2 2代代 替，形成类质同像。替，形成类质同像。NaClCaCO3沿沿L3压扁至压扁至10155变形变形CaCO3 结构结构 尖晶石型结构尖晶石型结构化学式：化学式：通式通

35、式ABAB2 2O O3 3；MgAlMgAl2 2O O4 4晶体结构晶体结构：立方晶系，立方晶系，a0.808nm，Z8空间格子：空间格子：O2-是按立方密堆积的形式排列。二价离子是按立方密堆积的形式排列。二价离子A充充 填填1/8 四面体空隙，三价离子四面体空隙，三价离子B充填于充填于1/2八面八面 体空隙（正尖晶石结构）。体空隙（正尖晶石结构）。多面体：多面体：MgO4、AlO6八面体之间是共棱相连，八面体之间是共棱相连，八面体与四面体之间是共顶相连。八面体与四面体之间是共顶相连。尖晶石结构尖晶石结构尖晶石结构尖晶石结构通常把氧四面体空隙位置称为通常把氧四面体空隙位置称为A A位，八面

36、位，八面体空隙位置称为体空隙位置称为B B位。位。如果两价离子都处于四面体如果两价离子都处于四面体A A位，称为正位，称为正尖晶石；尖晶石；如果二价离子占有如果二价离子占有B B位，三价离子占有位，三价离子占有A A位及其余的位及其余的B B位，则称为反尖晶石。位，则称为反尖晶石。一般来说，每种离子都有可能占据一般来说，每种离子都有可能占据A A位或位或B B位，位，其离子分布式（或结构式）可表示为：其离子分布式（或结构式）可表示为：（MeMe2+2+FeFe1-1-3+3+）MeMe1-1-2+2+Fe Fe1+1+3+3+OO4 4上式中以（上式中以（）表示）表示A A位，以位，以 表示表

37、示B B位。在位。在A A位上有位上有份数的份数的MeMe2+2+和（和（1-1-）份数的）份数的FeFe3+3+,在在B B位上位上有（有（1+1+）份数的）份数的FeFe3+3+和（和（1-1-）份数的）份数的MeMe2+2+，其中，其中为变数。为变数。根据离子分布状态归纳为三种类型：根据离子分布状态归纳为三种类型：=1=1，离子分布式为，离子分布式为(Me(Me2+2+)Fe)Fe2 23+3+OO4 4,表示所有表示所有A A位都被位都被MeMe2+2+占据，而占据，而B B位都被位都被FeFe3+3+占据，这种分占据，这种分布和布和MgAlMgAl2 2O O4 4尖晶石相同，而称为

38、正尖晶石相同，而称为正型尖晶石结构的铁氧体。型尖晶石结构的铁氧体。=0=0，离子分布式为（，离子分布式为（FeFe3+3+）MeMe2+2+FeFe3+3+OO4 4，表示所有，表示所有A A位都被位都被FeFe3+3+占据，而占据，而B B位则分别被位则分别被MeMe2+2+和和 FeFe3+3+各占据一半，这种各占据一半，这种分布恰和镁铝尖晶石相反，称为反型尖分布恰和镁铝尖晶石相反，称为反型尖晶石结构的铁氧体。晶石结构的铁氧体。0 01 1，实际生产上大多数铁氧，实际生产上大多数铁氧体的体的值都介于两者之间，其离子分布值都介于两者之间，其离子分布式为（式为（MeMe2+2+FeFe1-1-

39、3+3+）MeMe1-1-2+2+Fe Fe1+1+3+3+OO4 4。表示在表示在A A位和位和B B位上两种金属离子都有，位上两种金属离子都有，称为中间型（或混合型）的尖晶石结构称为中间型（或混合型）的尖晶石结构的铁氧体。的铁氧体。究竟哪些尖晶石是正型，哪些是反究竟哪些尖晶石是正型，哪些是反型，这主要从晶体场理论来解释，即决型，这主要从晶体场理论来解释，即决定于定于A A、B B离子的八面体择位能的大小。离子的八面体择位能的大小。哪种离子的八面体择位能大，那哪种离子的八面体择位能大，那种离子就优先进入八面体空隙。若种离子就优先进入八面体空隙。若A A离子离子的八面体择位能小于的八面体择位能

40、小于B B离子的八面体择位离子的八面体择位能，则生成正型尖晶石；反之为反型尖能，则生成正型尖晶石；反之为反型尖晶石结构。这一现象可用晶体场理论来晶石结构。这一现象可用晶体场理论来解释。解释。(可浏览可浏览5454页内容页内容)反尖晶石型结构反尖晶石型结构反尖晶石结构：反尖晶石结构：结构中二价阳离子与三价阳离子充填的空隙结构中二价阳离子与三价阳离子充填的空隙类型相反，即形成了反尖晶石结构。可用晶体场类型相反，即形成了反尖晶石结构。可用晶体场理论来解释。理论来解释。磁铁矿磁铁矿属反尖晶石结构，一个元晶胞含属反尖晶石结构，一个元晶胞含有有8 8个个FeFe3 3O O4 4“分子分子”，8 8个个F

41、eFe2+2+占据了占据了8 8个个B B位，位，1616个个FeFe3+3+中有中有8 8个占个占A A位，另有位，另有8 8个占个占B B位。位。对于任一个对于任一个FeFe3 3O O4 4“分子分子”来说，两个来说，两个FeFe3+3+分别处于分别处于A A位及位及B B位，它们是反平行自旋的，位，它们是反平行自旋的，因而这种离子的磁矩必然全部抵消，但在因而这种离子的磁矩必然全部抵消，但在B B位的位的FeFe2+2+离子的磁矩依然存在。离子的磁矩依然存在。FeFe2+2+有有6 6个个3d3d电子分布在电子分布在5 5条条d d轨道上，轨道上，其中只有一对处在同一条其中只有一对处在同

42、一条d d轨道上的电子轨道上的电子反平行自旋，磁矩抵消。其余尚有反平行自旋，磁矩抵消。其余尚有4 4个平个平行自旋的电子，因而应当有行自旋的电子，因而应当有4 4个个B B，亦即，亦即整个整个“分子分子”的波尔磁子数为的波尔磁子数为4 4。实验测。实验测定的结果为定的结果为4 42.2.B B与理论值相当接近。与理论值相当接近。决定结构的因素：正型与反型由阳离子的八面体的择位能来决定结构的因素：正型与反型由阳离子的八面体的择位能来 决定。决定。用途：用途：广泛应用的是铁氧体磁性材料，同时在陶瓷颜料中广泛应用的是铁氧体磁性材料，同时在陶瓷颜料中也常用到。也常用到。海碧：海碧：CoAl CoAl2 2O O4 4 合成温度：合成温度：1200 1200 孔雀蓝：孔雀蓝：（CoCo、ZnZn）0 0（CrCr、AlAl）2 2O O3 3 合成温度：合成温度：1300 1300 铬铝桃红：铬铝桃红：ZnOZnO、（、（AlAl、CrCr）2 2O O3 3 合成温度：合成温度：1200 1200