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1、首先考虑等大球最严密堆积：l1、堆积过程与根本形式：(CAI课件演示) 晶体化学单机版l第1层堆积：形成两种三角形空隙B位、C位第1层球所在位置标注为A；l第2层堆积：只能在上述B位或C位堆积，不能同时在这两种位置上堆积, 即形成AB或AC，AB与AC是等效的；l第3层堆积：有可能与第1层所处的位置完全一样，即形成ABA堆积形式，也可能与第1层、第2层不同位置，形成ABC堆积形式；l第4层、第5层.堆积：只能在A、B、C位置上任选一种，不可能超出这3种位置，并且不能与最临近的一层一样。l l因此，等大球最严密堆积的根本形式只有两种：l两层重复的ABABABAB.形式；l三层重复的ABCABCA
2、BC.形式。l假设是：ABACBCACB.,那么可以认为是由上述两种根本形式的组合。l不可能ABCCABBAA.,这样就是非严密堆积。2、堆积构造的对称性： (CAI课件演示)晶体化学单机版BABAB所形成的构造为六方原始格子，因此也称六方最严密堆积；ABCABCABC.所形成的构造为立方面心格子，因此也称立方最严密堆积。3、堆积构造中的空隙： (CAI课件演示)晶体化学单机版 等大球最严密堆积构造中只形成两种空隙：四面体空隙和八面体空隙。 空隙的分布与数量：一个球周围分布8个四面体空隙和6个八面体空隙.考虑:N个球做最严密堆积,形成的四面体空隙是多少? 八面体空隙是多少?二、配位数与配位多面
3、体 每个原子或离子周围最邻近的原子或异号离子的数目称该原子或离子的配位数。 将某原子或离子周围的原子或异号离子中心连线形成的多面体称该原子或离子的配位多面体。那么，在等大球最严密堆积构造中，有哪些配位多面体？ 对于离子键晶体，我们将半径较大的阴离子视为等大球最严密堆积，半径较小的阳离子充填到空隙中，因此，在等大球最严密堆积构造中，阳离子的配位多面体为四面体或八面体，配位数为4或6。 对于金属键晶体，可视为同种金属原子的等大球最严密堆积，空隙中并不充填原子；因此，原子的配位数为12，配位多面体为立方八面体。(CAI课件演示)晶体化学单机版对于非严密堆积构造，配位数可以是多种多样的。但总的来说，配
4、位数有如下规那么：1.假设是离子键，那么配位数与阴、阳离子的半径比有关为什么？请见下述的鲍林法那么；2.假设是共价键，那么配位数与原子的电子构形有关。三、化学键与晶格类型l离子晶格：离子键，可作为球体来研究，一般遵循最严密堆积原理。鲍林法那么对离子晶格做了全面的阐述见动画演示。l原子晶格：共价键，有方向性和饱和性，不可作为球体来研究，不作最严密堆积。要用到分子轨道理论来研究其构造的特点。例如金刚石与石墨。l金属晶格：金属键，可作为球体来研究，一般遵循等大球最严密堆积原理。l分子晶格：存在分子基团，内部为共价键，外部为分子键，分子有详细的形状，一般遵循非球体严密堆积。l注意：单键型晶格、多键型晶
5、格、过渡型晶格的区别。l请看CAI课件鲍林法那么的演示晶体化学单机版四、典型构造分析l许多晶体的构造是等型的，例如：石盐NaCl、方铅矿(PbS)、方镁石 (MgO).，它们具有一样的构造构型，只是改变了阴、阳离子。我们将这类构造称典型构造，并以其中之一的晶体名称来命名，即这种构造统称“NaCl型构造。l此外, 有些晶体构造是在典型构造的根底上稍加变形, 这类构造就称为该典型构造的衍生构造, 如黄铁矿(FeS2)的构造为NaCl型构造的衍生构造, 因为构造形式是一样的, 但用哑铃状的S2代替了Cl. 对于典型构造，我们要分析的内容有:格子类型堆积形式配位数与配位多面体连接方式“Z数分析(即单位
6、晶胞中所含的相当于化学式的分子数)下次实习课我们详细做。下面要介绍的是晶体成分、构造发生变化的一些现象。 五、类质同像l1类质同像的概念l 在晶体构造中某离子被其它类似的离子代替，但不引起键性和晶体构造型式发生质变的现象。l 例如镁橄榄石Mg2SiO4晶体，其晶格中Mg2+可以被Fe2+所替代占据，由此形成的橄榄石 (Mg, Fe)2SiO4晶体。l并且 Mg2+被Fe2+替代可以任意比例，形成一个系列：lMg2SiO4- Fe2SiO4l镁橄榄石 橄榄石混晶或固溶体 铁橄榄石l这种情况称完全类质同像系列。l 但是，在闪锌矿ZnS中，部分的Zn2+可被Fe2+类质同象替代，其替代量最大只到达原
7、子数的30.8% ，假设代替量大于30.8% ，闪锌矿的构造将被破坏。 ZnS- - - - - - FeS这种情况称不完全类质同像系列。l 在类质同像系列的中间产物称类质同像混晶，它是一种固溶体.l 所谓固溶体, 是指在固态状态下一种组分溶于另一组分中, 分两种：l1填隙固溶体 l2替位固溶体-类质同像混晶 l 下面两种情况不能称为类质同像：l1、例如，在白云石CaMgCO3，其CaMg的原子数之比必须是1:1，不能写为 Ca，MgCO3l2、例如，金红石TiO2与锡石SnO2构造一样，但Ti与Sn之间并没有代替关系。l 类质同象的类型：l完全类质同象系列 -不完全类质同象系列 l (前面已
8、经介绍)l 等价类质同象-异价类质同象l例如：霓辉石Na, Ca(Fe3+,Fe2+)Si2O6 l 存在两种取代: Na+-Ca2+ Fe3+-Fe2+ l 取代后总电价平衡2影响类质同象的因素 (条件)内因:原子或离子的大小： 大小越接近, 越容易发生替代;离子的类型和键型： 类型和键型应一样;电价平衡：替代前后电价应平衡, 这是先决条件; 假设发生异价替代, 那么要求同时发生多个替代来到达总电价平衡. 异价替代时电价平衡是主要条件, 半径大小退居次要地位. 外因:温度：高温易发生,低温不易发生,而且还会发生固溶体离溶; 压力: 高压不易发生;组份浓度：周围环境的某离子浓度越高越容易替代进
9、入晶格. 3、类质同像混晶的分解固溶体离溶或出溶原来均匀混在一起的两个或多个组分，当温度下降或压力进步等条件下，会发生别离，形成不同组分的多个物相。通常不同组分的多个物相会形成条带状相间定向排列。如条纹长石，是由碱性长石钾、钠长石混晶出溶成钾长石与钠长石条带定向排列形成的。4、研究类质同像的意义：1矿物晶体成分变化的主要原因；2理解稀有元素的赋存状态；3反映矿物的形成条件。六、同质多像 l1、同质多像的概念 l同质多像指：同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同构造的晶体的现象。这样一些物质成分一样而构造不同的晶体，那么称为同质多像变体。 l例如：金刚石与石墨，-石英和-石英 。l2同质多像
10、变体的转变l一种物质的各同质多像变体均有自己特定的形成条件和稳定范围。当外界条件主要是温度和压力改变到一定程度时，各变体之间会发生转变。例如：-石英 -石英 , 是在573C发生，并且是可逆的； 文石方解石，是不可逆的。此外还有：位移型转变-石英 与 -石英 、重建型转变金刚石与石墨 l 一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为副象 。l例如: -石英(六方双锥) 转变为-石英 后,仍然保存六方双锥形状.l 七、型变(晶变)l随着成分系列变化,晶体构造也相应发生系列变化,并从渐变(量变)到突变(质变)的整个过程.l构造渐变过程相当于类质同像,构造突变过程相当于同质多像.l例如碳酸盐矿物中：l
11、 MgFeMnCaSrPbBal 方解石型构造 文石型构造 同质多像类质同像类质同像八、多 型l1、多型的概念l一种单质或化合物，以两种或两种以上不同层状晶体构造存在的现象；但组成这些层状构造的构造单元层根本一样，只是层的叠置方式不同。l是一种特殊的同质多像，一维的同质多像。2、多型符号同多形变体之间在构造、物性等方面相差很小，因此，不同变体属于同一“种晶体，因此，命名一样，只是前缀一多形符号。多型符号由两个位构成，2H-MoS2，3R-MoS2，第一个位上的阿拉伯数字代表多型的重复层数；第二个位上的字母指示所属的晶系。 九、有序-无序1、有序-无序的概念 有序无序指晶体构造中，在可以被两种或
12、两种以上的不同质点所占据的某种位置上，假设这些不同的质点各自有选择地分别占有其中的不同位置，互相间成有规那么的分布时，这样的构造状态称为有序态；反之，假设这些不同的质点在其中全都随机分布，便称为无序态。例如AuCu3晶体构造，当为无序态时表现为立方面心格子；当呈有序态时，Au原子只占据立方格子角顶上的特定位置，立方格子的面心位置那么只为Cu原子所占有 。 l2. 有序度l构造的有序无序状态用有序度表示。有许多计算有序度的公式，随晶体构造的不同而异。完全有序和完全无序构造的有序度那么分别为1和0。3. 有序-无序转变 有序无序状态可以转变，从无序有序可自发进展，叫有序化。一般来说，高温无序，低温有序；有序变体对称性总是低于无序变体；有序变体的单位晶胞的体积那么往往数倍于无序变体。l例如黄铜矿CuFeS2：高温无序构造为闪锌矿型构造，等轴晶系；低温有序构造为四方晶系。精品课件！精品课件！本章重点总结:1 等大球最严密堆积: 堆积形式, 对称性, 空隙类型与数目, 最严密堆积原理在详细晶体构造中应用, 胞林法那么前3条;2 类质同像, 同质多像, 多型, 型变, 有序-无序, 这些概念与现象是说明晶体成分与构造的变化规律的,这些概念都有内在的联络,要深化理解,并且这些概念在后续的矿物学的学习中经常出现,希望大家重视(课后自学).
