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1、This is trial version, If you want get full version,please register it,thank you.Web site: http:/ 第二章第二章晶体结构晶体结构 （Crystal Crystal SturctureSturcture）晶体结构有多种分类方法晶体结构有多种分类方法按化学键类型来分类按化学键类型来分类：例如离子键：例如离子键（Ionic BondIonic Bond）、共价键共价键（Covalent Covalent BondBond）、金属键金属键（Metallic BondMetallic Bond）、范德瓦尔键范
2、德瓦尔键（Van Van derder WaalsWaals BondBond） 等。这方法的缺点是：等。这方法的缺点是：许多化合物晶体不是单一键型的，例如许多化合物晶体不是单一键型的，例如 层状结构的石墨在层内是共价键与金属键之间的中间键型，而层层状结构的石墨在层内是共价键与金属键之间的中间键型，而层 之间却是范德瓦尔键型；之间却是范德瓦尔键型；同一结构类型的晶体可能有不同的化同一结构类型的晶体可能有不同的化 学键，例如学键，例如NaClNaCl和和TaCTaC同属同属AXAX型晶体结构，但前者为离子键后者主型晶体结构，但前者为离子键后者主 要是金属键。要是金属键。按化合物中各类原子的种类数
3、目进行分类按化合物中各类原子的种类数目进行分类：例如单质晶体、二元：例如单质晶体、二元 化合物、多元化合物晶体等。方法的缺点是：一些形式上相同的化合物、多元化合物晶体等。方法的缺点是：一些形式上相同的 化合物，但对称性却截然不同。例如化合物，但对称性却截然不同。例如NaClNaCl和和NiAsNiAs的晶体结构是不同的晶体结构是不同 的，但同属于的，但同属于AXAX型结构；而型结构；而NaClNaCl和和FeOFeO2 2分属分属AXAX和和AXAX2 2型结构，但它型结构，但它 们却具有相同的晶体结构。们却具有相同的晶体结构。考虑到晶胞的形状、大小与晶体生长习性间的联系等方面，将晶考虑到晶胞
4、的形状、大小与晶体生长习性间的联系等方面，将晶 体结构分为等向型、层型和链型三种类型。体结构分为等向型、层型和链型三种类型。2 . 1 2 . 1 晶体结构符号晶体结构符号结构符号（结构符号（Structure SymbolStructure Symbol） 它是由它是由结构报告结构报告年刊编者提出的。这类符号由大写英文年刊编者提出的。这类符号由大写英文 字母加上一个数字构成。字母加上一个数字构成。 符号中的第一个大写字母表示结构的类型，后面的数字为顺符号中的第一个大写字母表示结构的类型，后面的数字为顺 序号，不同的顺序号表示不同的结构，例如序号，不同的顺序号表示不同的结构，例如A1A1是铜型
5、结构，是铜型结构，B2B2是是 CsClCsCl型结构等，型结构等，C3C3是是FeSFeS2 2结构等。结构等。硅酸盐硅酸盐S SA AmmB Bn n型化合物型化合物D D有机化合物有机化合物O OABAB2 2型化合物型化合物C C合金合金L LABAB型化合物型化合物B B更复杂的化合物更复杂的化合物E E- -K K主要是纯组元主要是纯组元A A晶晶晶晶 体体体体 类类类类 型型型型符符符符 号号号号晶晶晶晶 体体体体 类类类类 型型型型符符符符 号号号号PearsonPearson符号符号 第一个小写英文字母表示所属晶系（用该晶系英文名的第一个字第一个小写英文字母表示所属晶系（用该
6、晶系英文名的第一个字 母），三斜（母），三斜（TriclinicTriclinic）用另一个英文用另一个英文“ “三斜三斜” ”字（字（AnorthicAnorthic）的字母的字母a a， 菱方点阵仍用六方的菱方点阵仍用六方的h h。第二个大写英文字母表示它所属的布喇菲第二个大写英文字母表示它所属的布喇菲 点阵类型（例如点阵类型（例如P P、I I、F F、C C等），第三个数字表示单胞中的原子等），第三个数字表示单胞中的原子 数。数。c cI II Io oI II Ic cF FF Fo oF FF Fc cP PP P立方立方o oC CC Ch hR RR R菱方菱方o oP PP
7、P正交正交h hP PP P六方六方mmC CC Ct tI II ImmP PP P单斜单斜t tP PP P四方四方a aP PP P三斜三斜PearsonPearson符符 号号布喇菲点阵布喇菲点阵晶系晶系PearsonPearson符号符号布喇菲点阵布喇菲点阵晶系晶系2 . 2 2 . 2 金属单质的晶体结构金属单质的晶体结构在元素周期表中，共有在元素周期表中，共有7070多种金属元素。多种金属元素。由于由于金属键不具有饱和性和方向性金属键不具有饱和性和方向性，使金属的晶体结构倾向于最，使金属的晶体结构倾向于最 大限度填满空间，即最紧密堆垛。大限度填满空间，即最紧密堆垛。致密度致密度
8、它是衡量堆垛紧密程度的，又称它是衡量堆垛紧密程度的，又称空间填充的效率空间填充的效率 （Efficiency of Efficiency of Space FillingSpace Filling）。它定义为晶体结构中它定义为晶体结构中单位体积中原子所占的体积单位体积中原子所占的体积。 一般把原子简单地看作是一个刚性球，以一般把原子简单地看作是一个刚性球，以最近邻的两个原子的中最近邻的两个原子的中 心定义为原子直径心定义为原子直径，如果一个单胞的体积为，如果一个单胞的体积为，一个晶胞含有，一个晶胞含有n n个个 原子，则晶胞致密度原子，则晶胞致密度 为为原子Vn=配位数配位数（Coodinat
9、ive Number） 它是每个原子的最近邻数目它是每个原子的最近邻数目（Nearest NeighborsNearest Neighbors）简写为简写为CN 。单质晶单质晶 体中最大的配位数为体中最大的配位数为1212，但在一些非单质的晶体中但在一些非单质的晶体中，CNCN可以大于可以大于 1212 。因为金属结构一般有高的对称性，单质金属的因为金属结构一般有高的对称性，单质金属的CNCN没有没有1111、1010、9 9等数值等数值 。CNCN顺序分别为顺序分别为1212、8 8、6 6、4 4、2 2、1 1。金属结构大部分是密金属结构大部分是密 堆的，它们的堆的，它们的CNCN大多是
10、大多是1212或或8 8。它们对应它们对应是面心立方、密排六方和是面心立方、密排六方和 体心立方结构，大多数金属的晶体属于这些结构。体心立方结构，大多数金属的晶体属于这些结构。讨论晶体结构时只讨论其单胞就够了。讨论晶体结构时只讨论其单胞就够了。 我们将用原子刚性球模型讨论我们将用原子刚性球模型讨论每个单胞所含的原子数每个单胞所含的原子数以及以及这这 些原子在晶体坐标中的点阵坐标些原子在晶体坐标中的点阵坐标，讨论晶体结构的，讨论晶体结构的配位数配位数、原子原子 半径与点阵常数关系半径与点阵常数关系、致密度、致密度、原子堆垛方式原子堆垛方式以及以及晶体结构中的晶体结构中的 间隙间隙等。等。2 .
11、2 . 1 面心立方结构2 . 2 . 1 面心立方结构 结构符号是结构符号是A1A1，PearsonPearson符号是符号是c cF4F4。每个晶胞含每个晶胞含4 4个原子个原子原子坐标为原子坐标为 0 0 00 0 0，0 1/2 0 1/2 1/21/2， 1/2 0 1/21/2 0 1/2和和1/2 1/2 1/21/2 0 0最紧密排列面是最紧密排列面是111111，密排方向，密排方向 是是。原子直径是。原子直径是a a/2/2的长的长 度，即度，即42ar = 面心立方结构的晶胞体积为面心立方结构的晶胞体积为a a3 3，晶晶 胞内含胞内含4 4个原子，所以它的致密度个原子，所
12、以它的致密度 为为74. 06242 344 3443333= = = aaar每个原子有个最近邻原子，它的配每个原子有个最近邻原子，它的配 位数（位数（CNCN）是是1212 。面心立方结构的最密面心立方结构的最密 排面是排面是111111，面心立面心立 方结构是以方结构是以111111最密最密 排面按一定的次序堆排面按一定的次序堆 垛起来的垛起来的。第一层第一层111111面上有两个可堆放面上有两个可堆放 的位置：的位置： 和和 位置，在第二层位置，在第二层 只能放在一种位置，只能放在一种位置，在面上每在面上每 个球和下层个球和下层3 3个球相切个球相切 ，也和，也和 上层上层3 3个球相
13、切个球相切 。第一层为第一层为A A， 第二放在第二放在B B 位位 置，第三层放置，第三层放 在在C C 位置，第位置，第 四层在放回四层在放回A A位置。位置。111111面面 按按abcabcabcabc顺顺 序排列，这就序排列，这就 形成面心立方形成面心立方 结构。结构。尽管面心立方结构是最紧密排列的结构，但它的致密度也只有尽管面心立方结构是最紧密排列的结构，但它的致密度也只有 0.740.74，说明晶体结构中仍有空隙。面心立方晶胞中有两种间隙，说明晶体结构中仍有空隙。面心立方晶胞中有两种间隙: 八面体间隙（八面体间隙（Octahedral IntersticeOctahedral I
14、nterstice） 由由6 6个原子组成的八面体所围的间隙，个原子组成的八面体所围的间隙，它们的中心位置是它们的中心位置是1/2 1/2 1/21/2 1/21/2 及其等效位置（即晶胞各个棱的中点）。及其等效位置（即晶胞各个棱的中点）。在一个晶胞内有在一个晶胞内有4 4个八面体间隙，个八面体间隙， 而八面体间隙中心到最近邻原子而八面体间隙中心到最近邻原子 中心的方向是中心的方向是方向，在方向，在 a a长度内包含一个原子直径长度内包含一个原子直径 和一个间隙直径，所以，八面体和一个间隙直径，所以，八面体 间隙半径为间隙半径为 :aaarar146. 022 21221= =八面rrrrar
15、414. 022221221=八面或或四面体间隙（四面体间隙（Tetrahedral IntersticeTetrahedral Interstice） 是是4 4个原子组成的四面体所围个原子组成的四面体所围 的间隙。的间隙。 它们的中心位置是它们的中心位置是1/4 1/4 1/41/4 1/41/4及及 其等效位置。其等效位置。 在个晶胞内有在个晶胞内有8 8个四面体间隙个四面体间隙 四面体间隙中心到最近邻原四面体间隙中心到最近邻原 子中心的方向是子中心的方向是方向，方向， 在在a a /4 /4长度内包含长度内包含1 1个原个原 子半径和子半径和1 1个四面体间隙半径，个四面体间隙半径， 所以四面体间隙半径为所以四面体间隙半径为aaarar0794. 042 43 43=四面rrrrar2247. 02243 43=四面或或在八面体间隙和四面体间隙中常常可以容纳某些半径较小的溶质在八面体间隙和四面体间隙中常常可以容纳某些半径较小的溶质 或杂质原子。具有面心立方结构的金属有或杂质原子。具有面心立方结构的金属有铜、银、金、铝、铅、铜、银、金、铝、铅、 铑、铑、 - 铁铁、 - 钴钴、 - 锰锰等。等。2 . 2 . 2 2 . 2 . 2 体心立方结构体心立方结构结构符号是结构符号是A2A2，PearsonPearson符号是符号是c
