《2019年第十章晶体结构ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年第十章晶体结构ppt课件（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第10章晶体结构,元素单质的晶体结构 无机化合物的晶体结构,主要教学内容,晶体结构参数,晶系 空间群的国际符号 晶胞参数 晶胞中的分子数 原子或离子的配位数 原子或离子的坐标,晶体结构图,晶体结构图反映质点在晶胞中的位置和分布规律，有几种不同的模式： 原子(离子)球体堆积 (hard-sphere model) 化学键联接(ball-and-stick model) 配位多面体 (polyhedral model) 多种方式综合,同型结构 质点种类不同，对应质点排列方式相同，称为同型结构。 典型结构 在若干种同型结构的晶体中选出一种命名这种结构，即为典型结构。,NaCl 型结构, 金属单质的晶
2、体结构 原子之间以金属键结合，结构看成是由等大球紧密堆积而成，原子配位数高。 按金属原子堆积方式可分为： A1型：立方最紧密堆积 A2型：立方体心紧密堆积 A3型：六方最紧密堆积,10.1 元素单质的晶体结构,等轴晶系，原子呈立方最紧密堆积，属A1型。,具有铜型结构的有Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等单质晶体。,Cu型结构,空间群Fm3m a=0.3608nm，CN=12，Z=4。 Cu坐标： 0,0,0；1/2,1/2,0; 1/2, 0,1/2; 0, 1/2,1/2.,等轴晶系，原子成立方紧密堆积，属A2型，,属-Fe型结构的有W、Mo、Li、Na、K、
3、Rb、Cs、Ba等。,-Fe型,空间群为Im3m a=0.2860nm，CN=8，Z=2 Fe坐标：0，0，0；1/2，1/2，1/2,六方晶系，原子成六方最紧密堆积，属A3型。,属Os型结构的有Mg、Zn、Rh、Sc、Gd、Y、Cd等。, Os型,c,X,Y,U,1/2,1/2,1/2,空间群为P6/mmc a=0.2712nm，c=0.4314nm， CN=12，Z=2。,原子之间多以共价键结合。 原子配位数一般符合CN = 8-N规则。 N：非金属原子在元素周期表中的族数。,非金属单质的晶体结构,等轴晶系。碳原子之间以共价键结合，每个碳原子周围有4个碳原子，形成四面体配位。,金刚石型,碳
4、原子位于晶胞的角顶和面心，以及相间的4个小立方体的中心。,空间群 Fd3m a=0.3570nm CN=4，Z=8,滑移(b+c) /4,滑移 (a+c) /4,金刚石型结构中的d滑移面,C原子坐标： 0,0,0； 1/2,1/2,0; 1/2, 0,1/2; 0, 1/2,1/2 1/4,1/4,1/4; 3/4, 3/4,1/4; 3/4, 1/4,3/4; 1/4,3/4,3/4,六方晶系，层状结构，层内每个C与3个C连接，形成六方环状网层；上层六方网环的碳原子有一半对着下层六方网环的中心。层的重复规律为ABAB.。,石墨(2H ,C),上层(B) 下层(A),0.1427nm,0.33
5、55nm,0.6708nm,2H石墨的晶胞划分,底层,中间层,顶层,石墨的晶胞包括三层，底层C原子的位置与顶层相同，中间层不同。,空间群P63/mmc， a=0.246nm，c=0.6708nm，Z=4。,二元无机化合物晶体 多元化合物晶体,10.2 无机化合物的晶体结构,AX型晶体 阴阳离子电价相同，数量比例为1:1。 主要有CsCl型、 NaCl型、 ZnS型等。,10.2.1二元无机化合物晶体,等轴晶系， CsCl结构可以看成是由Cl-的立方原始格子和Cs+的立方原始格子套叠而成，一套点阵位于另一套点阵晶胞的中心。,CsCl型,AX型化合物中，r+/r-0.732时，多为CsCl型结构。
6、,空间群Pm3m， a=0.411nm，CN=8，Z=1。,属于这种结构型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、ThTe、TlCl、TlBr、NH4Cl、NH4Br、NH4I等。在后三种晶体中，NH4+可看作是一个简单的阳离子。,等轴晶系，结构可以看成是Cl-作立方最紧密堆积，Na+充填所有的八面体空隙。,NaCl型,空间群Fm3m ao=0.5628nm。CN=6，Z=4 AX型化合物中，r+/r-=0.4140.732时多为NaCl型结构。,属于NaCl型结构的二元化合物有： 卤化物(AX)， A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+ X=F-、Cl-、Br-。 硫化物(AS)，A=P
7、b2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+ 硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+ 碲化物 (ATe ), A= Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2 碳化物（AC）， A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Th 氮化物(AN), A=Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Np、Pu、Th、U 氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+ 氢化物 (AH), A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+,等轴晶系，结构可以看成是S2-作立方最紧密堆积，Zn+充填1/2的四面体空隙。,-ZnS型,空间群F43m， a=0.540n
8、m， CN=4 Z=4,结构稳定于r+/r-=0.414-0.225。,具有闪锌矿型结构的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、BeV、BeS、CdS、HgS、BeSe、BeTe、ZnSe、ZnTe、CdTe、MgTe、AlP、GaP、AlAs、GaAs、AlSb、InSb、BaS、BN、SiC、BeB等。,主要包括氧化物和氟化物等，典型结构： 萤石（CaF2）型 金红石（TiO2）型,AX2型晶体结构,萤石（CaF2）型,等轴晶系 空间群Fm3m, a=0.545nm，Z=4。,F- ：CN=4，四面体配位， Ca2+ ： CN=8，立方体配位,萤石型结构的稳定范围为 r+/r-0.732。
9、,Ca2+离子位于立方面心晶胞的八个角顶和每一个面的中心，F-位于单位晶胞所等分的八个小立方体的中心。也可以看成Ca2+成立方紧密堆积，氟离子充填所有四面体空隙。,四方晶系， O2+成扭曲的六方紧密堆积，Ti4+位于半数的八面体空隙中，构成TiO6八面体配位， 钛离子位于晶胞的角顶和体心，氧离子中有4个位于晶胞的上、下底面上，另外2个位于晶胞内。,金红石（TiO2）型,金红石（TiO2）型,空间群：P42/mnm， a=0.4594nm,c=0.2959nm ，Z=2。 Ti4+:CN=6；O2-:CN=3；,结构的稳定范围： r+/r-=0.7320.414,金红石（TiO2）型,TiO6八
10、面体共棱连接成平行C轴的链，链间共角顶连接。,-石英（SiO2）型结构 三方晶系，空间群：P312或P322; Z=3。 SiO4四面体以角顶相联，形成围绕3次螺旋 轴(31和32)的螺旋状链。Si：CN=4，O：CN=2。,SiO4四面体,围绕c轴的螺旋状链,链连接形成的格架,-石英平行（0001）的结构,-石英平行（0001）的结构 空间群P642，ao=0.501nm，co=0.547nm。,-石英晶体沿一个二次轴受压后正负电荷 重心分离，产生表面电荷,黄铁矿（FeS2）型结构 等轴晶系，空间群Pa3，a=0.547nm。 Fe2+和S22-的配位数均为6。,黄铁矿(FeS2) 的结构模
11、型,黄铁矿可以看成是由氯化钠晶体结构演变 而来，即Fe2+取代Na1+，S22-取代Cl-. 哑铃状对硫S22-的轴向与1/8晶胞的小立方 体对角线的方向相同，但是彼此不相切割。,Fe-S=0.225nm, S-S=0.217nm。 FeS6八面体共面连接，且共面的棱比非共 面的棱要长，说明Fe-S键以共价键为主。,A2X3型晶体结构-Al2O3（刚玉）型,三方晶系。结构中氧离子作近似六方最紧密堆积，铝离子占据2/3的八面体空隙。 AlO6八面体在平行(0001)方向上共 棱成层， 沿Z轴方向共面相连。,三方晶系，空间群R3c， a=0.477nm，c=1.304nm， Al3+：CN=6；
12、O2-：CN=4； Z=6,A2X3型晶体结构-Al2O3（刚玉）型,在平行C轴方向上，每隔两个实心的充填Al的八面体就有一个空心的八面体，实心AlO6八面体以共面相连。此时，两个较为靠近的铝离子之间产生了斥力，使铝离子并不处于八面体中心，而是稍有偏离， AlO6八面体稍有变形 常见的是具有刚玉型晶格的晶体有-Fe2O3、 Cr2O3、Ti2O3、Co2O3等。,ABX3型 AB2X4型,10.2.2 多元化合物晶体结构,三方晶系。NaCl型结构沿立方体对角线压缩后，Ca2+代替Na+，CO32-代替Cl-，即为方解石型结构。碳与三个氧之间以共价键结合，Ca2+与CO32-之间为离子键。,AB
13、X3型-方解石(CaCO3)型,空间群R3c， a=0.6361nm，=4607， Z=2。,高温下为等轴晶系，空间群Pm3m。,ABX3型- （CaTiO3）型,a=0.385nm，Z=1。 配位数：Ti4+：CN=6； Ca：CN=12； O2-：CN=6 (4 个Ca, 2个Ti),Pm3m,I4/mcm,Pbnm,钙钛矿的同质多像转变 1580 K为等轴晶系，空间群 Pm3m 。 1500 K时，Ti沿C轴上下移动，偏离晶胞中心， 空间群变为I4/mcm。 室温下， Ti沿偏离C轴移动，空间群变为Pbnm。,结构扭曲往往导致晶体出现压电性、铁电性，成为重要的技术晶体。,在一些电介质晶体
14、中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性（ferroelectricity）。,CaTiO3型结构的铁电效应,TiO6八面体共角顶连接,钙钛矿结构可看成是较大的Ca2+和O2-作立方最紧密堆积，Ti4+充填在由六个氧形成的八面体空隙中。 Ca2+和O2-作毕竟不是等大球，因此， CaTiO3的晶体结构较同种原子构成的紧密堆积结构对称程度低，空间群由Fm3m降低为 Pm3m。,钙钛矿晶胞的两种划分方式： O2-位于立方晶胞晶棱的中点， Ca2+位于立方晶胞的中心，配位数为12；Ti4+位于晶胞的角顶，配位数为6；O 周
15、围有4 个Ca, 2个Ti。TiO6八面体共角顶连接。 Ca2+位于立方晶胞的角顶，O2-位于立方晶胞晶棱的面心，Ti4+位于晶胞的中心，。,温度1580 K为等轴晶系，空间群 Pm3m 。 温度1500 K时，Ti沿C轴上下移动，偏离晶胞中心，立方型变为四方型，空间群变为I4/mcm。 温度1380 K时， 四方型又转变为斜方型，空间群Bmmb。 室温下钙钛矿为斜方晶系，空间群Pbnm。,T 1500 K,硅酸盐的基本结构单位为SiO44 -四面体。 SiO44-四面体可以孤立存在，也可以共顶连接，构成不同形式的硅氧骨干。,10.3 硅酸盐的晶体结构, 硅氧四面体类型,根据硅氧四面体的连接方
16、式，硅酸盐结构可分为岛状、环状、链状、层状和架状等。,结构中硅氧四面体彼此分开犹如孤岛，硅氧四面体之间靠其它阳离子所连接。,岛状结构,单四面体： SiO44- 有4个活性氧。 双四面体：Si2O76- 每一个SiO4四面体有1个惰 性氧；3个活性氧。,环状结构,硅氧骨干：SinO3n2n- 。n为环节数。 SiO4四面体以共角顶的方式连接成封闭的环。 根据SiO4四面体的连接方式和环节的数目，可分为三元环、四元环、六元环以及单环和双环等。 在SinO3n2n- 中，每一个SiO4四面体有2个惰性氧；2个活性氧。,硅氧四面体以角顶连接成沿一个方向无限延伸的链，常见有单链和双链。 单链：硅氧骨干为SinO3n2n- ，n为一个重复单元中硅氧四面体数。每一个SiO4四面体有2个惰性氧；2个活性氧。链平行排列，之间靠骨干外阳离子联系，并尽可能达到最紧密堆积状态。 双链：Si2nO6n
