晶体几种典型结构

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1、九种典型结构1 1 金属单质结构金属单质结构2 2 氯化铯结构氯化铯结构3 CaI3 CaI2 2结构结构4 4 萤石结构萤石结构5 5 石盐结构石盐结构6 6 闪锌矿结构闪锌矿结构7 7 金刚石结构金刚石结构8 8 钙钛矿结构钙钛矿结构9 9 层状硅酸盐结构层状硅酸盐结构1 1 金属单质结构金属单质结构A B C2 2 氯化铯结构氯化铯结构3 CaI3 CaI2 2结构结构4 4 萤石结构萤石结构5 5 石盐结构石盐结构6 6 闪锌矿结构闪锌矿结构7 7 金刚石结构金刚石结构8 8 钙钛矿结构钙钛矿结构8 8 尖晶石结构尖晶石结构9 9 层状硅酸盐结构层状硅酸盐结构 最紧密堆积最紧密堆积等大

2、球等大球反复按U-D-U-D-孔隙的规律堆积，球层将形成两层一 重复的堆积周期。如果把第一层球叫A层，与之不重复的 第二层球就叫B层，则球层的重复规律是ABAB。从这 种最紧密堆积体中抽出的晶胞是一个六方原始格子，故叫 做六方最紧密堆积。堆积层/（0001）按U-U-U-U-的规律堆积，球层将形成三层一 重复的周期堆积规律，即ABCABC。从这三 层一重复的等大球堆积体中提出的晶胞是一个立 方面心格子，故这种等大球堆积体叫做立方最紧 密堆积，堆积层/（111）。最紧密堆积体中的孔隙第一种：由上层一个球、下层三个球，或上层三个球 、下层一个球，所构成的孔隙；将这4个球的中心用直 线联起来，形成一

3、个四面体-四面体孔隙。第二种：由上层三个球和下层三个球围成，将这6个球 的球心用直线联起来正好形成一个八面体-八面体孔 隙。空隙的个数：球Q位于其下层D孔隙上，形成1个四面体孔隙。同层球在Q周围形 成U、D两种孔隙各三个。容易看出，三个U孔隙分别与下层形成3 个四面体孔隙；而构成D孔隙的三个球则与其下层形成3个八面体 孔隙。同样地，球Q与上层也形成4个四面体孔隙和3个八 面体孔隙。这样，球Q参与构成的孔隙总数是：8个四面体孔隙6个八面体孔隙。两种最紧密堆积形成的空隙是一样的。四面体孔隙由4个球构成，八面体由6个球构成， 则属于球Q的四面体孔隙：8/4=2八面体孔隙=6/6=1因此，在N个等大球

4、的最紧密堆积中有N个八面体 孔隙、2N个四面体孔隙。计算得出孔隙率为25.95%。当等大球最紧密堆积体中的八面体和四面体孔隙被大小相当的 小球充填时，就构成了非等大球的最紧密堆积。这时孔隙率将 大大降低，而密度大大增加。离子键化合物中的阴离子通常比 阳离子大很多，所以就将离子键化合物理解成:大的阴离子作等 大球最紧密堆积，小的阳离子充填在其中的八面体孔隙或/和四 面体孔隙中。 最紧密堆积最紧密堆积非等大球非等大球晶体结构中，一种原子或离子最紧邻的原子或异 号离子的数目叫中心原子或离子的配位数（CN）。例 如，在等大球最紧密堆积中，每个球被12个最紧邻的 等大球所包围，所以配位数是12。 配位数

5、和配位多面体配位数和配位多面体配位质点半配位质点半 径的比值（径的比值（R R中中/R/R配配）配位配位 数数配位多面体（最高对称）配位多面体（最高对称）0.000-0.1550.000-0.1552 2哑铃形（哑铃形（mm2mm2）0.155-0.2250.155-0.2253 3平面三角形（平面三角形（3m3m）配位数和配位多面体与R中/R配比值密切相关。0.225-0.4140.225-0.4144 4四面体（四面体（-43m-43m）平面四方形（平面四方形（4mm4mm）0.414-0.7320.414-0.7326 6八面体（八面体（m3mm3m）三方柱三方柱 （-62m-62m）0

6、.732-10.732-18 8立方体（立方体（m3mm3m）1 11212立方八面体（立方八面体（m3mm3m）2. 配位多面体的连结以球和化学键为基本单元构建的结构叫做晶体的 球键结构，而以配位多面体为基本单元构建的结构叫 做晶体的配位多面体结构，这是描述晶体结构的两种 常用方法；第三种方法是两者的混合使用。在晶体结构中，配位多面体有3种基本连结方式：共角顶， 共棱和共面。白云母结构 中的共角顶金红石结构 中的共楞碳化钙结构 中的共面1 1 金属单质结构金属单质结构(1) 立方面心结构：空间群：Fm3m, 相当于等大 球立方最紧密堆积。 属于该结构的物质主要有：铝、铜、金、银、铂属于该结构

7、的物质主要有：铝、铜、金、银、铂 、铅等单质。、铅等单质。(2) 六方结构：空间群：P63/mmc，相当于等大球 六方最紧密堆积。 属于该结构的物质主要有：属于该结构的物质主要有：OsOs、RuRu、ReRe 、ZnZn等单质。等单质。(3) 立方体心结构：空间群：Im3m，为非最紧密 堆积方式。 属于该结构的物质主要有：属于该结构的物质主要有：T T、V V、WW、LaLa、CeCe、 PrPr、NdNd、YbYb、EuEu、TiTi、U U、BaBa、SrSr、K K、NaNa、CaCa 、MgMg等单质。等单质。 值得指出的是，部分元素的单质可以在不同条件下值得指出的是，部分元素的单质可

8、以在不同条件下 形成不同的结构，或者可以有不同的结构状态共存形成不同的结构，或者可以有不同的结构状态共存 。 如如单质铁单质铁： -铁（铁（Iron-alphaIron-alpha） -（奥氏体）（奥氏体） -立方体心立方体心 -铁（铁（Iron-gamaIron-gama） -（马氏体）（马氏体）-立方面心立方面心 -铁（铁（Iron-Iron- EpsilonEpsilon） -六方结构六方结构2 2 氯化铯氯化铯(CsCl)(CsCl)结构结构空间群：Pm3m，立方原始格子。 阴离子分布在晶胞的阴离子分布在晶胞的8 8个角顶，阳离子充填个角顶，阳离子充填 在其所形成的立方体空隙中。立方体

9、共面连在其所形成的立方体空隙中。立方体共面连 接。接。 具有该结构的物质主要有：具有该结构的物质主要有：KCl, NaCl, TiCl, KCl, NaCl, TiCl, RbF, CsN, NbN, NbO, AgI, ThTiRbF, CsN, NbN, NbO, AgI, ThTi等物质。等物质。3 CaI3 CaI2 2结构结构空间群：P-3m，三方原始格子。在单位晶胞中，阳离子分布在8个角顶，阴离子分 布中由上下各3个阳离子构成的正三方柱中，并间 隔地在上半部的中心和下半部的中心。因此，该结构也可以理解为：阴离子做六方最紧密 堆积，阳离子填充在间隔一层的全部八面体空隙中 。具有该种结

10、构的物质主要有：VCl2, PbI2, GeI2, PtO2, ToBr2, RhTe2, TiS2,TiSe2, TiTe2, SnS2, MnI2, NiTe2, PdTe2, PtS2, CdI2, MgI2, CaI2, CoBr2, FeBr2, FeI2, ZrS2,ZrSe2, MnBr2等。具有反CaI2结构的物质有：Ag2F，B2O， Ni2C4 4 萤石结构萤石结构空间群：Fm3m，立方面心结构。 Ca分布于晶胞的角顶及面心；F分布在晶胞8等分 之后每个小立方体的中心。萤石结构可以理解为：Ca2+ 做立方最紧密堆积，F-充填在其中全部的四面体孔隙中。N个球最紧密堆积有2N个

11、四面体空隙，所以Ca:F= 1:2，故得其分子式为CaF2。萤石晶胞中存在平行于（111）面的离子堆积层，因此，萤石具有111完全解理。 阳离子配位四面体的连接：共棱联结形成的萤石结构。 晶胞中由8个 FCa4共棱连接而成，而且四面体的每根 棱都被共用了。阴离子配位立方体：全部共棱形成萤石结构。 CaF8 配位立方体沿3维方向相间排列而成。反萤石型结构球键图 阳离子四面体配位 阴离子立方体配位反萤石型结构可看作：阴离子做立方最紧密堆积，阳离 子充填在全部的四面体空隙中。结构类型结构类型物质名称物质名称萤石型萤石型 结构结构萤石萤石(CaF2)(CaF2)氯化锶氯化锶(SrCl(SrCl2 2)

12、 )氯化钡氯化钡(BaCl(BaCl2 2) )氟化铅氟化铅(PbF(PbF2 2) )反萤石型反萤石型 结构结构氧化钾氧化钾(K(K2 2O)O)氧化钠氧化钠(Na(Na2 2O)O)氧化锂氧化锂(Li(Li2 2O)O)5 5 石盐结构石盐结构空间群：Fm3m，立方面心格子。具有NaCl型结构的部分物质。氯化物氯化物碳化物碳化物氮化物氮化物氧化物氧化物氟化物氟化物溴化物溴化物硫化物硫化物 氯化钾氯化钾 (KCl)(KCl) 氯化铷氯化铷 (RbCl)(RbCl)碳化钛碳化钛 (TiC)(TiC) 碳化钒碳化钒 (VC)(VC) 碳化锆碳化锆 (ZrC)(ZrC)氮化钒氮化钒 (VN)(VN

13、) 氮化钛氮化钛 (TiN)(TiN) 氮化锆氮化锆 (ZrN)(ZrN) 氮化钪氮化钪 (ScN)(ScN) 氮化铕氮化铕 (EuN)(EuN)氧化镁氧化镁 (MgO)(MgO) 氧化钴氧化钴 (CoO)(CoO) 氧化镍氧化镍 (NiO)(NiO) 氧化锰氧化锰 (MnO)(MnO)氟化锂氟化锂 (LiF)(LiF) 氟化银氟化银 (AgF)(AgF)溴化钠溴化钠 (NaBr)(NaBr) 溴化钾溴化钾 (KBr)(KBr) 溴化铷溴化铷 (RbBr)(RbBr)硫化锰硫化锰 (MnS)(MnS) 方铅矿方铅矿 (PbS)(PbS)(111)(200)(220)6 6 闪锌矿结构闪锌矿结构

14、空间群 F-43m，立方面心格子。 Zn分布于晶胞的角顶及面心。如果把晶胞8等分，S分 布于间隔的小立方体的中心。闪锌矿的晶体结构：球键图(左)、配位多面体连接图(右)结构中，S2- 和Zn2+配位数都是4，配位多面体都 是四面体。四面体共角顶相联。从图可看出，SZn4 四面体（ZnS4 四面体 也是一样）共角顶联成的 四面体基元层与111方 向垂直。由于S2-和Zn2+都呈配位四面体，所以闪锌矿只用一种配位 多面体结构形式表达(S和Zn互换是一样的)。如果将闪锌矿结构中的Zn和S都变成C，则结构变成金刚 石结构（Fd3m）。物质类型物质类型物质名称物质名称物质名称物质名称 氯化物氯化物氯化铜

15、氯化铜(CuCl)(CuCl)碳化物碳化物碳化硅碳化硅 (SiC)(SiC) 氮化物氮化物氮化硼氮化硼(BN)(BN)氮化镓氮化镓(GaN)(GaN) 磷化物磷化物磷化硅磷化硅(SiP)(SiP)磷化硼磷化硼(BP)(BP) 磷化铝磷化铝(AlP)(AlP)磷化铟磷化铟(InP)(InP) 硫化物硫化物硫化镉硫化镉(CdS)(CdS)硫化锡硫化锡(SnS)(SnS) 毒砂毒砂 (HgS)(HgS) 氧化物氧化物氧化镉氧化镉(CdO)(CdO)氧化钴氧化钴(CoO)(CoO) 砷化物砷化物砷化镓砷化镓(GaAs)(GaAs)砷化铟砷化铟(InAs)(InAs) 硒化物硒化物硒化汞硒化汞(HgSe)(HgSe)硒化锰硒化锰(MnSe)(MnSe) 蹄化物蹄化物蹄化铝蹄化铝(AlSb)(AlSb)蹄化铟蹄化铟(InSb)(InSb)具有闪锌矿型结构的物质 7 7 金刚石结构金刚石结构等轴晶系，空间群Fd3m。立方面心结构。 金刚石的晶体结构中，碳原子分布在角顶和面心，以及把晶胞 八等分之后，半数交替的小立方体中心。金刚石的晶体结构可以看成是半数的C作立方最紧密堆积(蓝 球)，另外一半C相间地充填在其中的四面体孔隙中(红球)而构 成的。 该晶体是典型的原子晶体，每个碳原子都以sp3杂化轨道与四 个碳原子形成强的共价键，键长为0