材料中的晶体结构.pptx

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1、面心立方 第1页/共79页体心立方 第2页/共79页密排六方 第3页/共79页点阵常数 晶胞的棱边长度a、b、c，原子半径为r，则a afcc fcc ra abccbcc ra ahchcp 2r (c/a=1.633)第4页/共79页晶胞原子数NN的概念：计算方法：Nfcc=4 Nbcc=2 Nhcp=6第5页/共79页配位数CN和致密度K CN 12 CN 8 CN 12（c/a1.633）K 74 K 68 K 74 （c/a=1.633）第6页/共79页间隙四面体间隙、八面体间隙：在分析晶体结构的间隙时，要明确间隙的种类、大小、位置、数目。第7页/共79页间隙的种类第8页/共79页间

2、隙的大小第9页/共79页结构中的间隙第10页/共79页结构中的间隙正八面体间隙 位置：数目：大小：正四面体间隙 位置：数目：大小：第11页/共79页结构中的间隙第12页/共79页结构中的间隙扁八面体间隙 位置：数目：大小：四面体间隙 位置：数目：大小：第13页/共79页结构中的间隙第14页/共79页结构中的间隙对于c/a1.633，在原子半径相同条件下间隙大小与相同。只是间隙中心的位置有所不同。第15页/共79页原子的堆垛方式 中 0001的堆垛顺序：ABAB中 111的堆垛顺序：ABCABC 第16页/共79页 多晶型（同素异构）转变概念：特点：第17页/共79页2.2离子晶体的结构（1）离

3、子半径有效半径：离子半径的大小并非绝对的，同一离子随着价态和配位数的变化而变化。第18页/共79页（2）配位数CN涉及正负离子。正、负离子的配位数多少与离子半径之比有关 r+/r-。第19页/共79页（3）配位多面体配位多面体：配位多面体是离子晶体的基本结构单元。了解晶体结构：r+/r-CN(+)配位多面体 结构特点第20页/共79页（3）配位多面体第21页/共79页离子晶体的结构规则 鲍林规则鲍林提出了五条规则，成功地解释了大多数离子晶体结构，其规则也就是决定结构单元自身特性及结构单元之间连接方式地规则。第22页/共79页(1)第一规则 负离子配位多面体规则内容：r 0r+r-r+/r-CN

4、（+）第23页/共79页(2)第二规则 静电价规则 内容：静电键强度 S=Z/n 离子配位数与电价关系：第24页/共79页(3)第三规则 连接规则（能量规则）内容：一般规律：四面体，连接；八面体，连接；立方体，连接。第25页/共79页（3）第三规则第26页/共79页(4)第四规则 连接规则 内容：多种阳离子存在，其配位多面体尽可能互不相连，若连，共 。第27页/共79页(5)第五规则 节省规则内容：在一个均匀结构中，不同 的配位多面体很难有效地堆积在一起。第28页/共79页典型的离子晶体结构 对晶体结构的描述通常使用以下三种方法：第29页/共79页（1）NaCl型 （AB型）晶体结构 晶系点阵

5、类型 立方CN（+）CN（-）Z 4 第30页/共79页（1）NaCl型配位多面体为 面体第31页/共79页（1）NaCl型描述：八面体以 方式连接而成。Cl按 密堆积，Na位于 间隙中。第32页/共79页（1）NaCl型属于NaCl型结构的晶体有：不同的是晶体的 参数不相同。第33页/共79页（2）CsCl型（AB型）晶体结构点阵类型CN（+）CN（-）Z 1 配位多面体为第34页/共79页（2）CsCl型描述：立方体以 连接。Cl按 堆积，Cs占据 间隙。属于CsCl型结构的晶体有：第35页/共79页（3）ZnS（闪锌矿）型 （AB型）晶体结构点阵类型 CN（+）CN（-）Z 4 第36页

6、/共79页（3）闪锌矿型配位多面体为第37页/共79页（3）闪锌矿型描述：见书 属于闪锌矿型结构的晶体有：第38页/共79页（4）ZnS （纤锌矿）型 （六方ZnS）（AB型）晶体结构点阵类型CN（+）CN（-）Z 2 配位多面体第39页/共79页（4）纤锌矿型描述：属于纤锌矿型结构的晶体有：第40页/共79页（5）CaF2（萤石）型 （AB2型）晶体结构点阵类型 CN（+）CN（-）Z 4第41页/共79页（5）萤石型配位多面体为第42页/共79页（5）萤石型萤石结构中，存在 机制。反萤石结构：属于萤石型结构的晶体有：属于反萤石结构的晶体有：第43页/共79页（6）TiO2（金红石）型（AB

7、2型）晶体结构点阵类型CN（+）CN（-）Z 2第44页/共79页（6）金红石型配位多面体为第45页/共79页（6）金红石型描述：属于金红石型结构的晶体有：第46页/共79页（7）Al2O3（刚玉）型 （A2B3型）刚玉晶体属CN（+）CN（-）Z 2配位多面体为第47页/共79页（7）刚玉型考虑电价平衡，八面体间隙正离子只占2/3。Al3离子的分布有一定规律。属于刚玉型结构的晶体有：第48页/共79页（8）复合氧化物结构 CaTiO3 钙钛矿 （ABO3）MgAl2 O4 尖晶石 （AB2 O4）第49页/共79页 CaTiO3 钙钛矿晶体结构 立方晶系(高温时)Z=4Ca2+面心立方的角顶

8、 CN（Ca2+）12O2-面心立方的面心 CN（O2-）6 Ti4+填充1/4八面体间隙 CN（Ti4+）6第50页/共79页 钙钛矿第51页/共79页 钙钛矿存在大的正离子大的正离子、负离子一起形成密堆结构，小的正离子填充空隙A是2价离子、B是4价离子；A是1价离子、B是5价离子；第52页/共79页MgAl2 O4 尖晶石晶体结构 立方晶系Z=8O2-作立方紧密堆积，面心立方格子二价阳离子A填充于1/8四面体间隙三价阳离子B填充于1/2八面体间隙第53页/共79页MgAl2 O4 尖晶石第54页/共79页MgAl2 O4尖晶石八面体共棱连接，八面体与四面体共顶连。第55页/共79页 MgA

9、l2 O4 尖晶石正型尖晶石反型尖晶石A是2价离子、B是3价离子；A是4价离子、B是2价离子。第56页/共79页方解石（方解石（CaCOCaCO3 3）型结构）型结构u三方晶系 uNaCl晶格演变而成u还可以文石结构（正交晶系）存在。第57页/共79页金刚石结构结构特点CN 4与金刚石结构相同的有：第58页/共79页金刚石结构第59页/共79页石墨的结构石墨的结构u六方晶系u碳原子成层状排列。u每一层中碳原子成六方环状排列，每个碳原子与三个相邻碳原子之间的距离相等，碳原子之间是共价键。u层与层之间的碳原子以分子键相连。第60页/共79页2.4硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体是构成地壳的主要矿物。硅酸盐

10、晶体种类繁多，是陶瓷、耐材、水泥、玻璃等工业的主要原料。第61页/共79页 硅酸盐晶体的结构特点硅酸盐晶体中，除了Si和O以外，组成中还有：各种阳离子 附加阴离子 结晶水和吸附水硅酸盐晶体的结构是非常复杂的。第62页/共79页 硅酸盐晶体的结构特点基本结构单元是：Si4+离子之间不存在直接的键，键的连接是通过O2-离子实现的。Si-O-Si或Si-O-M-O-Si键第63页/共79页 硅酸盐晶体的结构特点氧桥：硅氧四面体最多可形成4个氧桥。硅酸盐结构中的Al3离子与O2离子即可形成铝氧四面体，也可形成铝氧八面体。第64页/共79页硅酸盐结构分类按照SiO4在空间的组合情况，将其分为：岛状、组群

11、状、链状、层状、架状结构。第65页/共79页（1）岛状结构SiO4以孤立状态存在，之间没有共用的氧。Si:O 典型的硅酸盐有：镁橄榄石(Mg2Si2O4)、锆英石(ZrSiO4)第66页/共79页（2）组群状结构SiO4通过共用氧（桥氧）相连，形成2、3、4、6个硅氧四面体组群。组群之间由其它阳离子按一定的配位形式连接。第67页/共79页（2）组群状结构第68页/共79页（2）组群状结构双四面体 Si:O=1:3.5 三方环、四方环、六方环 Si:O=1:3 典型硅酸盐有：Si:O=1:3.5 硅钙石(Ca3Si2O7)镁方柱石(Ca2MgSi2O7)Si:O=1:3 绿宝石 Be3Al2 S

12、i6O18 堇青石 Al3(Mg,Fe)2 Si5AlO18第69页/共79页（3）链状结构大量SiO4通过桥氧共顶连接成在一维方向无限延伸的链链与链之间通过其它阳离子按一定配位关系连接起来有两种形式：第70页/共79页（3）链状结构 Si:O1:3 Si:O1:2.75第71页/共79页（3）链状结构单链SiO4彼此共用两个顶点，连接成无限长链。四面体其余2个氧离子仍具有-1价（活性氧），与链间的金属阳离子相维系。典型为辉石族矿物：透辉石 CaMg Si2O6 顽火辉石 Mg2 Si2O6第72页/共79页（3）链状结构双链是由两个单链平行连接而成，或者看成是单链通过一个镜面反映成双而得。典

13、型为角闪石族矿物：透闪石 Ca2Mg5 Si4O112(OH)2第73页/共79页（4）层状结构底面在同一个平面的SiO4，通过在平面上共顶连接而成的具有六角对称的SiO4层。Si:O1:2.5自由氧一般和2价、3价阳离子相连，构成八面体。八面体有两种方式连成六边形网络：二八面体、三八面体：层状结构中晶体化学组成中都有（OH)离子出现。第74页/共79页（4）层状结构层状结构基本单元应包括硅氧层和含有氢氧的八面体层。连接方式：1:1型（两层型）：1层四面体1层八面体 2:1型（三层型）：2层四面体1层八面体第75页/共79页（4）层状结构典型具有一个方向的极完全解理的片状硅酸盐矿物：2:1型

14、滑 石 Mg3 Si4O10(OH)2 叶蜡石 Al2 Si4O10(OH)2 白云母 K Al2 AlSi3O10(OH)2 1:1型 蛇纹石 Mg6 Si4O10(OH)8 高岭石 Al4 Si4O10(OH)8第76页/共79页（5）架状结构（网络状）SiO4的4个角顶都与相邻的SiO4连接，构成三维空间连续延伸的网络结构。每个SiO4四面体的O离子全部都被共用。Si:O1:2第77页/共79页（5）架状结构当结构中出现Al3取代Si 4时，会有剩余负电荷，将有其它阳离子进入结构。典型的长石族：钾长石 K AlSi3O8 钙长石 Ca Al2Si2O8第78页/共79页感谢您的观看。第79页/共79页