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1、常见的晶体结构ppt课件1页，共54页，星期一。1一、晶体化学基本原理一、晶体化学基本原理1. 1. 原子半径与离子半径原子半径与离子半径在晶体结构中原子或离子处于相接触时的半径在晶体结构中原子或离子处于相接触时的半径 有效半径：有效半径：离子晶体中，正负离子相接触的中心距，即为正负离子的离子晶体中，正负离子相接触的中心距，即为正负离子的半径之和半径之和 ；共价键化合物的晶体中，两个相邻键合的中心距，共价键化合物的晶体中，两个相邻键合的中心距，即是两个原子的共价半径之和。在纯金属的晶体中，两个相邻原即是两个原子的共价半径之和。在纯金属的晶体中，两个相邻原子中心距的一半，就是金属原子半径。子中心
2、距的一半，就是金属原子半径。 2页，共54页，星期一。2.2.球体紧密堆积原理球体紧密堆积原理离子晶体和原子晶体中原子和离子在结构中堆积相当于离子晶体和原子晶体中原子和离子在结构中堆积相当于球体相互作最紧密堆积。晶体的紧密堆积有两种：如纯球体相互作最紧密堆积。晶体的紧密堆积有两种：如纯金属晶体的等大球体最紧密堆积和离子作不等大球体的金属晶体的等大球体最紧密堆积和离子作不等大球体的紧密堆积。紧密堆积。3页，共54页，星期一。ABABC等大球体紧密堆积方式等大球体紧密堆积方式（球体代表原子球体代表原子）4页，共54页，星期一。四 面 体 空 隙 和八 面 体 空 隙 数八八面体空隙面体空隙四面体空
3、隙四面体空隙每个球周围有8个四面体空隙，6个八面体空隙。n个等径球堆积时，其四面体空隙数为8n/4=2n,八面体空隙数为6n/6=n5页，共54页，星期一。Unit cell面 心立方紧密堆积 Face-centered cubic (ABCABC)6页，共54页，星期一。六方 紧密堆积hcp (ABAB)Close-packed hexagonal7页，共54页，星期一。Interstitials TetrahedronOctahedron8页，共54页，星期一。3. 3. 原子和离子的配位数原子和离子的配位数指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的指在晶体结构中，该原子或离子的
4、周围与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数原子个数或所有异号离子的个数 原子或离子的周围与它原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心联线所直接相邻结合的原子或离子的中心联线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体 9页，共54页，星期一。正负离子半径比值与配位数的关系正负离子半径比值与配位数的关系 值值值值正离子的正离子的正离子的正离子的配位数配位数配位数配位数负离子多面体的形负离子多面体的形负离子多面体的形负离子多面体的形状状状状实实实实 例例例例0.000 0.1550.000 0.1550.000 0.1550.000 0.15
5、52 2 2 2直线形直线形直线形直线形干冰干冰干冰干冰COCOCOCO2 2 2 20.155 0.2250.155 0.2250.155 0.2250.155 0.2253 3 3 3三角形三角形三角形三角形B B B B2 2 2 2O O O O3 3 3 30.225 0.4140.225 0.4140.225 0.4140.225 0.4144 4 4 4四面体四面体四面体四面体SiOSiOSiOSiO2 2 2 2，GeOGeOGeOGeO2 2 2 20.414 0.7320.414 0.7320.414 0.7320.414 0.7326 6 6 6八面体八面体八面体八面体N
6、aClNaClNaClNaCl，MgOMgOMgOMgO，TiOTiOTiOTiO2 2 2 20.732 1.0000.732 1.0000.732 1.0000.732 1.0008 8 8 8立方体立方体立方体立方体ZrOZrOZrOZrO2 2 2 2，CaFCaFCaFCaF2 2 2 2，CsClCsClCsClCsCl1.0001.0001.0001.000以上以上以上以上12121212立方八面体立方八面体立方八面体立方八面体CuCuCuCu10页，共54页，星期一。TetrahedronCenter of tetrahedron, o, oD = (3/4)DE 2RfccA
7、BCDoACBED11页，共54页，星期一。2RRR2r12页，共54页，星期一。4. 4. 鲍林规则鲍林规则第一规则第一规则 在正离子周围，形成一在正离子周围，形成一个负离子配位多面体，正负离子个负离子配位多面体，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半径之比。径之比。 第二规则（静电价规则）第二规则（静电价规则） 在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于从邻近在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于从邻近的正离子配给该负离子各静电键强度的总和。的正离子配给该负离子各静电键强度的总和。 13页，共54页，星期
8、一。第三规则第三规则 在配位结构中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在会在配位结构中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。降低这个结构的稳定性。图图2-442-44四面体和八面体的共顶、四面体和八面体的共顶、共面和共棱联结共面和共棱联结 第四规则第四规则在晶体中有一种以上的正离子，那么高电价正离子的低配位在晶体中有一种以上的正离子，那么高电价正离子的低配位数多面体之间尽可能彼此互不结合的趋势。数多面体之间尽可能彼此互不结合的趋势。 第五规则第五规则 在晶体中，本质上不同组成的结构单元的数目，趋向在晶体中，本质上不同组成的结构单元的数目，趋向了最少了最少. .简单立方结
9、构简单立方结构sc (ABCABC)sc (ABCABC)14页，共54页，星期一。图图2-44 2-44 四面体的共顶、共面和共棱联结四面体的共顶、共面和共棱联结 ( (中心中心正离子间的距离为：正离子间的距离为：1 1：0.58:0.330.58:0.33) )15页，共54页，星期一。幻灯片 11图图2-44 2-44 八面体的共顶、共面和共棱联结八面体的共顶、共面和共棱联结( (中心正离子间的距离为：中心正离子间的距离为：1 1：0.71:0.580.71:0.58) )16页，共54页，星期一。简单立方结构sc (ABCABC)二、典型金属的晶体结构二、典型金属的晶体结构1.原子紧密
10、堆积方式原子紧密堆积方式17页，共54页，星期一。体心体心 bcc 结构结构 (ABCABC)18页，共54页，星期一。Unit cell面 心立方紧密堆积 (ABCABC)19页，共54页，星期一。六方六方 紧密堆积紧密堆积hcp (ABAB)20页，共54页，星期一。2.原子的配位数与空隙原子的配位数与空隙简单立方结构中原子的配位数为简单立方结构中原子的配位数为6 6，体心立方结构，体心立方结构中中原子的配位数为原子的配位数为8。21页，共54页，星期一。密排六方结构中原子的配位数为密排六方结构中原子的配位数为1212密排六方结构中原子的配位数密排六方结构中原子的配位数22页，共54页，星
11、期一。面心立方结构中原子的配位数为面心立方结构中原子的配位数为1223页，共54页，星期一。Octahedral sitesCube and edge center sitesTetrahedral sites8晶体结构中的间隙位晶体结构中的间隙位（1 1）: fcc: fcc24页，共54页，星期一。25页，共54页，星期一。2RRR2r26页，共54页，星期一。TetrahedronCenter of tetrahedron, o, oD = (3/4)DE 2RfccABCDoACBEDfcc27页，共54页，星期一。Octahedral sites: Face and edge cen
12、ter sites晶体结构中的空隙位(2): bcc面心和棱中点面心和棱中点28页，共54页，星期一。a/4abccTetrahedral sites侧面中心线侧面中心线1/4和和3/4处处29页，共54页，星期一。a0/4a0/2bccrinRbccTetrahedral sites30页，共54页，星期一。a0/4a0/2bccrinRbccoctahedral sites31页，共54页，星期一。Octahedral sites: 6晶体结构中的空隙位(3): hcp32页，共54页，星期一。晶体结构中的空隙位(3): hcpTetrahedral sites棱和中心线的棱和中心线的1/
13、41/4和和3/43/4处处33页，共54页，星期一。SCFCCBCCRRa0RR2Ra0RR2Ra03.3.点阵常数与原子半径点阵常数与原子半径34页，共54页，星期一。HCPC0C0/2*HCP点阵常数与原子半径C0/22R2R35页，共54页，星期一。Simple cubic4.4.一个晶胞中占有的原子数一个晶胞中占有的原子数36页，共54页，星期一。Body-centered cubicFace-centered cubic37页，共54页，星期一。HCP38页，共54页，星期一。5. 堆积系数堆积系数39页，共54页，星期一。三、常见无机化合物晶体结构三、常见无机化合物晶体结构晶体的
14、对称性，晶族晶系，离子紧密堆积原理，离子的配位数，晶体的键型，一个晶胞所占有正负离子的数目，质点所处的空间坐标，空间格子类型以及同型结构的化合物等无机化合物晶体结构主要内容:40页，共54页，星期一。图2-48 NaCL晶胞41页，共54页，星期一。图2-49 CsCL晶胞42页，共54页，星期一。图2-50 -ZnS晶胞ZnS005050 50250250050757543页，共54页，星期一。图2-51 a-ZnS晶胞ZnS44页，共54页，星期一。45页，共54页，星期一。S2-： (0,0,0 ), (2/3,1/3,1/2) Zn2+：(0,0,5/8), (2/3,1/3,1/8)
15、 S2-： (0,0,0), (1/3,2/3,1/2)Zn2+：(0,0,3/8), (1/3,2/3,7/8) 空间群为：空间群为： 分数坐标：分数坐标： 属于六方属于六方ZnSZnS结构的化合物有结构的化合物有AlAl、GaGa、InIn的氮化物，的氮化物，一价铜的卤化物，一价铜的卤化物，ZnZn、CdCd、MnMn的硫化物、硒化物。的硫化物、硒化物。 46页，共54页，星期一。 立方立方ZnSZnS和六方和六方ZnSZnS是非常重要的两种晶体结构是非常重要的两种晶体结构. . 已投入使用的半导体除已投入使用的半导体除SiSi、GeGe单晶为金刚石型结构外，单晶为金刚石型结构外，III-
16、VIII-V族和族和II-VIII-VI族的半导体晶体都是族的半导体晶体都是ZnSZnS型，且以立型，且以立方方ZnSZnS型为主型为主. .例如：例如：GaP, GaAs, GaSb，InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe47页，共54页，星期一。图2-52 CaF2晶胞48页，共54页，星期一。Ca2+： (0,0,0), (1/2,1/2,0)，(1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)F-：(1/4,1/4,1/4), (3/4,1/4,1/4), (1/4,3/4,1/4), (1/4,1/4,3/4), (3/4,3/4,1/4), (3/4,1/4,3/4), (1/4,3/4,3/4), (3/4,3/4,3/4) 属于立方面心点阵，属于立方面心点阵， 结构单元为一个结构单元为一个CaFCaF2 2 空间群为：空间群为： 分数坐标：分数坐标： 或将各离子坐标平移或将各离子坐标平移1/41/4Ca2+：(1/4,1/4,1/4), (3/4,3/4,1/4), (3/4,1/4,3/4), (1/4,3/4,3/4)F-：(1/2,1/2,
