材料中的晶体结构精选PPT.ppt

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1、材料中的晶体结构第1页，此课件共80页哦2.1纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构典型金属的晶体结构典型金属的晶体结构n面心立方（面心立方（A1或或f.c.c）n体心立方（体心立方（A2或或b.c.c）n密排六方（密排六方（A3或或h.c.p）第2页，此课件共80页哦面心立方面心立方 f.c.c第3页，此课件共80页哦体心立方体心立方 b.c.c第4页，此课件共80页哦密排六方密排六方 h.c.p第5页，此课件共80页哦点阵常数 晶胞的棱边长度a、b、c，原子半径为r，则na afcc fcc rna abccbcc rna ahchcp 2r (c/a=1.633)第6页，此课件共80页哦晶胞原

2、子数NnN的概念：n计算方法：nNfcc=4 Nbcc=2 Nhcp=6第7页，此课件共80页哦配位数CN和致密度K nCNf.c.c 12 nCNb.c.c 8 nCNh.c.p 12（c/a1.633）nKf.c.c 74 Kb.c.c 68 Kh.c.p 74 （c/a=1.633）第8页，此课件共80页哦间隙n四面体间隙、八面体间隙：n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9页，此课件共80页哦间隙的种类第10页，此课件共80页哦间隙的大小第11页，此课件共80页哦f.c.c结构中的间隙第12页，此课件共80页哦f.c.c结构中的间隙n正八面体间隙 位置：数目：

3、大小：正四面体间隙 位置：数目：大小：第13页，此课件共80页哦b.c.c结构中的间隙第14页，此课件共80页哦b.c.c结构中的间隙n扁八面体间隙 位置：数目：大小：n四面体间隙 位置：数目：大小：第15页，此课件共80页哦h.c.p结构中的间隙第16页，此课件共80页哦h.c.p结构中的间隙n对于c/a1.633，在原子半径相同条件下间隙大小与f.c.c相同。n只是间隙中心的位置有所不同。第17页，此课件共80页哦原子的堆垛方式 h.c.p中 0001的堆垛顺序：ABAB f.c.c中 111的堆垛顺序：ABCABC 第18页，此课件共80页哦 多晶型（同素异构）转变多晶型（同素异构）转变

4、n概念：n特点：第19页，此课件共80页哦2.2离子晶体的结构（1）离子半径n有效半径：n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20页，此课件共80页哦（2）配位数CNn涉及正负离子。n正、负离子的配位数多少与离子半径之比有关 r+/r-。第21页，此课件共80页哦（3）配位多面体n配位多面体：n配位多面体是离子晶体的基本结构单元。n了解晶体结构：r+/r-CN(+)配位多面体配位多面体 结构特点结构特点第22页，此课件共80页哦（3）配位多面体第23页，此课件共80页哦离子晶体的结构规则离子晶体的结构规则 鲍林规则鲍林规则n鲍林提出了五条规则，成功地解释了大多数离

5、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24页，此课件共80页哦(1)第一规则 负离子配位多面体规则n内容：nr 0r+r-r+/r-CN（+）第25页，此课件共80页哦(2)第二规则 静电价规则n 内容：n静电键强度 S=Z/n n离子配位数与电价关系：第26页，此课件共80页哦(3)第三规则 连接规则（能量规则）n内容：n一般规律：四面体，连接；八面体，连接；立方体，连接。第27页，此课件共80页哦（3）第三规则第28页，此课件共80页哦(4)第四规则 连接规则n 内容：n多种阳离子存在，其配位多面体尽可能互不相连，若连，共 。第29页，此课件共80页哦

6、(5)第五规则 节省规则n内容：n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30页，此课件共80页哦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31页，此课件共80页哦（1）NaCl型 （AB型）n晶体结构 晶系n点阵类型 立方nCN（+）CN（-）nZ 4 第32页，此课件共80页哦（1）NaCl型n配位多面体为 面体第33页，此课件共80页哦（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34页，此课件共80页哦（1）NaCl型n属于NaCl型结构的晶体有：n不同的是晶体的 参数不相同。第35页，此课件共80页哦（2）Cs

7、Cl型（AB型）n晶体结构n点阵类型nCN（+）CN（-）nZ 1 n配位多面体为第36页，此课件共80页哦（2）CsCl型n描述：立方体以 连接。Cl按 堆积，Cs占据 间隙。n属于CsCl型结构的晶体有：第37页，此课件共80页哦（3）ZnS（闪锌矿）型 （AB型）n晶体结构n点阵类型 nCN（+）CN（-）nZ 4 第38页，此课件共80页哦（3）闪锌矿型n配位多面体为第39页，此课件共80页哦（3）闪锌矿型n描述：见书 属于闪锌矿型结构的晶体有：第40页，此课件共80页哦（4）ZnS （纤锌矿）型 （六方ZnS）（AB型）n晶体结构n点阵类型nCN（+）CN（-）nZ 2 n配位多面体

8、第41页，此课件共80页哦（4）纤锌矿型n描述：n属于纤锌矿型结构的晶体有：第42页，此课件共80页哦（5）CaF2（萤石）型 （AB2型）n晶体结构n点阵类型 nCN（+）CN（-）n Z 4第43页，此课件共80页哦（5）萤石型n配位多面体为第44页，此课件共80页哦（5）萤石型n萤石结构中，存在 机制。n反萤石结构：n属于萤石型结构的晶体有：n属于反萤石结构的晶体有：第45页，此课件共80页哦（6）TiO2（金红石）型（AB2型）n晶体结构n点阵类型nCN（+）CN（-）nZ 2第46页，此课件共80页哦（6）金红石型n配位多面体为第47页，此课件共80页哦（6）金红石型n描述：n属于金

9、红石型结构的晶体有：第48页，此课件共80页哦（7）Al2O3（刚玉）型 （A2B3型）n刚玉晶体属nCN（+）CN（-）nZ 2n配位多面体为第49页，此课件共80页哦（7）刚玉型n考虑电价平衡，八面体间隙正离子只占2/3。nAl3离子的分布有一定规律。n属于刚玉型结构的晶体有：第50页，此课件共80页哦（8）复合氧化物结构n CaTiO3 钙钛矿 （ABO3）n MgAl2 O4 尖晶石 （AB2 O4）第51页，此课件共80页哦 CaTiO3 钙钛矿n晶体结构 立方晶系(高温时)nZ=4nCa2+面心立方的角顶 CN（Ca2+）12nO2-面心立方的面心 CN（O2-）6 nTi4+填充

10、1/4八面体间隙 CN（Ti4+）6第52页，此课件共80页哦 钙钛矿第53页，此课件共80页哦 钙钛矿n存在大的正离子n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nA是2价离子、B是4价离子；A是1价离子、B是5价离子；第54页，此课件共80页哦MgAl2 O4 尖晶石n晶体结构 立方晶系nZ=8nO2-作立方紧密堆积，面心立方格子n二价阳离子A填充于1/8四面体间隙n三价阳离子B填充于1/2八面体间隙第55页，此课件共80页哦MgAl2 O4 尖晶石第56页，此课件共80页哦MgAl2 O4尖晶石n八面体共棱连接，八面体与四面体共顶连。第57页，此课件共80页哦 MgAl2 O

11、4 尖晶石n正型尖晶石n反型尖晶石nA是2价离子、B是3价离子；A是4价离子、B是2价离子。第58页，此课件共80页哦方解石（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59页，此课件共80页哦金刚石结构n结构特点nCN 4n与金刚石结构相同的有：第60页，此课件共80页哦金刚石结构第61页，此课件共80页哦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62页，此课件共80页哦2.4硅酸盐晶

12、体结构n硅酸盐晶体是构成地壳的主要矿物。n硅酸盐晶体种类繁多，是陶瓷、耐材、水泥、玻璃等工业的主要原料。第63页，此课件共80页哦 硅酸盐晶体的结构特点n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n硅酸盐晶体的结构是非常复杂的。第64页，此课件共80页哦 硅酸盐晶体的结构特点n基本结构单元是：nSi4+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65页，此课件共80页哦 硅酸盐晶体的结构特点n氧桥：n硅氧四面体最多可形成4个氧桥。n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

13、体。第66页，此课件共80页哦硅酸盐结构分类n按照SiO4在空间的组合情况，将其分为：岛状、组群状、链状、层状、架状结构。第67页，此课件共80页哦（1）岛状结构nSiO4以孤立状态存在，之间没有共用的氧。nSi:O n典型的硅酸盐有：镁橄榄石(Mg2Si2O4)、锆英石(ZrSiO4)第68页，此课件共80页哦（2）组群状结构nSiO4通过共用氧（桥氧）相连，形成2、3、4、6个硅氧四面体组群。n组群之间由其它阳离子按一定的配位形式连接。第69页，此课件共80页哦（2）组群状结构第70页，此课件共80页哦（2）组群状结构n双四面体 Si:O=1:3.5 三方环、四方环、六方环 Si:O=1:

14、3 n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 Si6O18 堇青石 Al3(Mg,Fe)2 Si5AlO18第71页，此课件共80页哦（3）链状结构n大量SiO4通过桥氧共顶连接成在一维方向无限延伸的链n链与链之间通过其它阳离子按一定配位关系连接起来n有两种形式：第72页，此课件共80页哦（3）链状结构n n Si:O1:3n Si:O1:2.75第73页，此课件共80页哦（3）链状结构n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

15、。n典型为辉石族矿物：透辉石 CaMg Si2O6 顽火辉石 Mg2 Si2O6第74页，此课件共80页哦（3）链状结构n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。n典型为角闪石族矿物：透闪石 Ca2Mg5 Si4O112(OH)2第75页，此课件共80页哦（4）层状结构n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。nSi:O1:2.5n自由氧一般和2价、3价阳离子相连，构成八面体。n八面体有两种方式连成六边形网络：二八面体、三八面体：n层状结构中晶体化学组成中都有（OH)离子出现。第76页，此课件共80页哦（4）层状结构n层状结

16、构基本单元应包括硅氧层和含有氢氧的八面体层。n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77页，此课件共80页哦（4）层状结构n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 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78页，此课件共80页哦（5）架状结构（网络状）nSiO4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。n每个SiO4四面体的O离子全部都被共用。nSi:O1:2第79页，此课件共80页哦（5）架状结构n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。n典型的长石族：钾长石 K AlSi3O8 钙长石 Ca Al2Si2O8第80页，此课件共80页哦