理化生Wch离子晶体结构.pptx

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1、 ror+r r ro or r+r r stable ionic compoundstable ionic compound r ro or r+r r there is some covalent there is some covalent boundingboundingstableunstable第1页/共36页第2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 3、点、线、面共用规则 The anion

2、polyhedron prefer to share apex instead of sharing edges or faces考虑正离子间的斥力；稳定性：点线面3第3页/共36页4 4、不同种类正离子配位多面体间连接规则电价较高，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。5 5、节约规则在同一晶体中，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。第4页/共36页二元：AB型，AB2型，A2B3型多元：ABO3型，AB2O4型5第5页/共36页6a、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分别处于对方的立分别

3、处于对方的立方体间隙方体间隙 r+/r0.91 hexahedron CN+8Z1CN(Z+/CN+)CN1/8 CN8第6页/共36页b、NaCl型7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两个面心立方格两个面心立方格子的穿插；分别处在对方晶格的子的穿插；分别处在对方晶格的什么间隙（八面体间隙）。什么间隙（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 CN

4、CN6 6第7页/共36页c、立方ZnS型(闪锌矿-ZnS,Zinc blende)8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，理论上理论上按原子按原子大小比例是大小比例是6，为什么不是，为什么不是6？晶胞分子数：晶胞分子数：Z4可以认为可以认为S、Zn两套面心立方两套面心立方格子的穿插（对角线格子的穿插（对角线1/4）；）；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？(1/2四面体间隙四面体间隙)每个每个S被几个被几个ZnS4四四面体所共有面体所共有?第8页/共36页9可以认为S、Zn两套面心立方格子的穿插（对角线1/4）第9页/共

5、36页10第10页/共36页d、六方ZnS型(纤锌矿,Wurtzite)11六方晶系六方晶系空间群：空间群：F63mc配位数均为配位数均为4晶胞分子数：晶胞分子数：Z2晶胞晶胞第11页/共36页12坐标：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13可以认为S、Zn两套六方密堆格子穿插构成。分别处在对方晶格的什么间隙(1/2四面体间隙)？每个每个S被几个被几个ZnS4四面体所共有四面体所共有?4个个第13页/共36页2、AB2型化合物结构a、CaF2型 Fluorspar 萤石14立方晶系，面心立方点阵立方晶系，面心立方点阵空间

6、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15CaFCaF8 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？Ca2+处于F-简单立方的1/2立方体间隙中。F-处于Ca2+面心立方的全部四面体间隙中。第15页/共36页16书上有句话：书上有句话：从空间结构看，从空间结构看，CaCa2+2+构成一套完整的面心构成一套完整的面心立方结构，立方结构，F F-构成两构成两套面心立方结构，它套面心立方结构，它们在体对角线们在体对角线1/41/4和和3/43/4处互相穿插面成。处互相穿插面

7、成。第16页/共36页b、TiO2型(金红石)17四方晶系四方晶系空间群：空间群：P 4/m nmZ2第17页/共36页18Ti4+配位数为6，O2-配位数为3。每三个TiO6八面体共用一个O2-；Ti4+处于O2-构成的稍有变形的八面体中心。并且这些八面体之间在（001）面上共棱。晶胞中有几个八面体间隙?关键看O是怎么堆积的！第18页/共36页19O是怎么堆积的:变形的六方密堆变形的六方密堆第19页/共36页c、-方石英20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

8、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，熔点和硬度高，稳定。键较强，熔点和硬度高，稳定。第20页/共36页3、A2B3型21-Al2O3，刚玉，红宝石，刚玉，红宝石（铬），蓝宝石（钛）（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-的的配位数为配位数为4晶胞分子数：晶胞分子数：Z2Al-O键强，所以硬度高，键强，所以硬度高，熔点高。熔点高。第21页/共36页22O2-做做近似近似的密排六方密堆。的密排六方密堆。Al3+位于位于八面体八面体空隙中，

9、但是空隙中，但是只填了只填了2/3，并且是有规则地，并且是有规则地填，让他们之间的距离最大。填，让他们之间的距离最大。六层为一周期。按照电价规六层为一周期。按照电价规则，每个则，每个O2-与与4个个Al3+键合，键合，即周围有即周围有4个八面体。个八面体。第22页/共36页4、ABO3 型a、CaTiO3型23立方晶系，低温下转变立方晶系，低温下转变为斜方晶系为斜方晶系空间群：空间群：Pm3mCa2+和和O2-构成构成fcc结构。结构。Ti4+占据占据O2-构成的构成的TiO6八面体八面体空隙中，占空隙中，占fcc中中八面体的八面体的1/4。晶胞分子数：晶胞分子数：Z1第23页/共36页24T

10、iO6八面体相互以顶角相连。八面体相互以顶角相连。Ca2+填在八面填在八面体之间的空隙中，体之间的空隙中，Ca2+被被12个个O2-包围，组成包围，组成CaO12十四面体。一个十四面体。一个O被被2个个TiO6八面体和八面体和4个个CaO12十四面体所共用。十四面体所共用。第24页/共36页25O2-被被4个个Ca2+和和2个个Ti4+所包围，那么所包围，那么O2-的电价是不是的电价是不是饱和？根据鲍林规则：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2/1

11、2。所以所以O2-的电价为的电价为4/62+2/124=2。各离子配位数：各离子配位数：Ca2+-12Ti4+-6O2-4第25页/共36页26第26页/共36页b、方解石(CaCO3)型27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+在三在三角形中心位置。角形中心位置。CO32-在结在结构中排布垂直于三次轴。构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28CaO6八面体，八面体，1个氧个氧连接连接2个个C

12、aO6八面体八面体和和1个个CO32-络合离络合离子子第28页/共36页5、AB2O4 型29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晶胞分子数：晶胞分子数：Z8第29页/共36页30O2-构成构成fcc结构结构不过不太规则不过不太规则第30页/共36页31Mg2+的配位数是的配位数是4，组，组成成MgO4四面体。四面体。Al3+的配位数是的配位数是6，组成，组成AlO6八面体。八面体。第31页/共36页32O2-和三个和三个Al3+和一个和一个Mg2+配位，电价如下：配位，电价如下：AlO6八面体，八面体，S Al3+=3/6Mg

13、O4四面体，四面体，S Mg2+=2/433/6+2/4=2所以所以O的电价饱和；的电价饱和；键强，所以硬度、熔点、键强，所以硬度、熔点、化学稳定性都高。化学稳定性都高。第32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）各离子配位数多少？4）与K分别多少？第33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，方向上不接触。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35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页