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常见九种典型的晶体结构

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常见九种典型的晶体结构_第1页
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常常见九种典型的晶体九种典型的晶体结构构1 1 金属金属金属金属单质结单质结构构构构2 2 氯氯化化化化铯结铯结构构构构3 CaI3 CaI2 2结结构构构构4 4 萤萤石石石石结结构构构构5 5 食食食食盐结盐结构构构构6 6 闪锌矿结闪锌矿结构构构构7 7 金金金金刚刚石石石石结结构构构构8 8 钙钛矿结钙钛矿结构构构构9 9 层层状硅酸状硅酸状硅酸状硅酸盐结盐结构构构构 1 金属金属单质结构构(1) (1) 立方面心立方面心结结构:空构:空间间群:群:Fm3m, Fm3m, 相当于等大相当于等大球立方最球立方最紧紧密堆密堆积积§属于该结构的物质主要有:铝、铜、金、银、铂、属于该结构的物质主要有:铝、铜、金、银、铂、铅等单质铅等单质 (2) (2) 六方六方结结构:空构:空间间群:群:P6P63 3/mmc/mmc,相当于等大球,相当于等大球六方最六方最紧紧密堆密堆积积§属于该结构的物质主要有:Os、Ru、Re、Zn等单质 (3) (3) 立方体心立方体心结结构:空构:空间间群:群:Im3mIm3m,,为为非最非最紧紧密密堆堆积积方式§属于属于该结该结构的物构的物质质主要有:主要有:T T、、V V、、WW、、LaLa、、CeCe、、PrPr、、NdNd、、YbYb、、EuEu、、TiTi、、U U、、BaBa、、SrSr、、K K、、NaNa、、CaCa、、MgMg等等单质单质。

§值值得指出的是,部分元素的得指出的是,部分元素的单质单质可以在不同条件下可以在不同条件下形成不同的形成不同的结结构,或者可以有不同的构,或者可以有不同的结结构状构状态态共存§如如单质铁单质铁::§α-α-铁铁((((Iron-alphaIron-alpha)))) ------(奥氏体)(奥氏体) ----立方体心立方体心§γ-γ-铁铁((Iron-gamaIron-gama)) ----((马马氏体)氏体)----立方面心立方面心§ε-ε-铁铁((((Iron-Iron- EpsilonEpsilon)))) ----六方六方结结构构 2 氯化化铯(CsCl)结构构空空间间群:群:Pm3mPm3m,立方原始格子立方原始格子 §阴离子分布在晶胞的8个角顶,阳离子充填在其所形成的立方体空隙中立方体共面连接 §具有该结构的物质主要有:KCl, NaCl, TiCl, RbF, CsN, NbN, NbO, AgI, TiTh等物质 3 CaI2结构构空空间间群:群:P-3mP-3m,三方原始格子三方原始格子 在在单单位晶胞中,阳离子分布在位晶胞中,阳离子分布在8 8个角个角顶顶,阴离子分,阴离子分布中由上下各布中由上下各3 3个阳离子构成的正三方柱中,并个阳离子构成的正三方柱中,并间间隔地在上半部的中心和下半部的中心。

隔地在上半部的中心和下半部的中心 因此,因此,该结该结构也可以理解构也可以理解为为:阴离子做六方最:阴离子做六方最紧紧密密堆堆积积,阳离子填充在,阳离子填充在间间隔一隔一层层的全部八面体空隙中的全部八面体空隙中 具有具有该该种种结结构的物构的物质质主要有:主要有:VClVCl2 2, PbI, PbI2 2, GeI, GeI2 2, PtO, PtO2 2, ToBr, ToBr2 2, RhTe, RhTe2 2, TiS, TiS2 2, , TiSe TiSe2 2, TiTe, TiTe2 2, SnS, SnS2 2, MnI, MnI2 2, NiTe, NiTe2 2, PdTe, PdTe2 2, PtS, PtS2 2, , CdICdI2 2, MgI, MgI2 2, CaI, CaI2 2, CoBr, CoBr2 2, FeBr, FeBr2 2, FeI, FeI2 2, ZrS, ZrS2 2, , ZrSe ZrSe2 2, MnBr, MnBr2 2等具有反具有反CaICaI2 2结结构的物构的物质质有:有:AgAg2 2F F,,B B2 2OO,, NiNi2 2C C 4 萤石石结构构空间群:空间群:空间群:空间群:Fm3mFm3mFm3mFm3m,立方面心结构。

立方面心结构立方面心结构立方面心结构CaCaCaCa分布于晶胞的角顶及面心;分布于晶胞的角顶及面心;分布于晶胞的角顶及面心;分布于晶胞的角顶及面心;F F F F分布在晶胞分布在晶胞分布在晶胞分布在晶胞8 8 8 8等分等分等分等分之后每个小立方体的中心之后每个小立方体的中心之后每个小立方体的中心之后每个小立方体的中心 萤石结构可以萤石结构可以萤石结构可以萤石结构可以理解为:理解为:理解为:理解为:CaCaCaCa2+2+2+2+ 做立做立做立做立方最紧密堆积,方最紧密堆积,方最紧密堆积,方最紧密堆积,F F F F- - - -充填在充填在充填在充填在其中全部的其中全部的其中全部的其中全部的四面体孔隙中四面体孔隙中四面体孔隙中四面体孔隙中N N N N个球最紧密堆积有个球最紧密堆积有个球最紧密堆积有个球最紧密堆积有2N2N2N2N个四面体空隙个四面体空隙个四面体空隙个四面体空隙,,,,所以所以所以所以Ca:F= 1:2Ca:F= 1:2Ca:F= 1:2Ca:F= 1:2,,,,故得其分子式为故得其分子式为故得其分子式为故得其分子式为CaFCaFCaFCaF2 2 2 2。

萤石晶胞中存在平行于萤石晶胞中存在平行于萤石晶胞中存在平行于萤石晶胞中存在平行于((((111111)面的离子堆积层,)面的离子堆积层,)面的离子堆积层,)面的离子堆积层,因此,萤石具有因此,萤石具有因此,萤石具有因此,萤石具有{111}{111}完全完全完全完全解理 阳离子配位四面体的连接:共棱联结形成的萤石结构阳离子配位四面体的连接:共棱联结形成的萤石结构阳离子配位四面体的连接:共棱联结形成的萤石结构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晶胞中由晶胞中由晶胞中由8 8 8 8个个个个 [FCa[FCa[FCa[FCa4 4 4 4] ] ] ]共棱连接而成,而且四面体的每根共棱连接而成,而且四面体的每根共棱连接而成,而且四面体的每根共棱连接而成,而且四面体的每根棱都被共用了棱都被共用了棱都被共用了棱都被共用了 阴离子配位立方体:全部共棱形成萤石结构阴离子配位立方体:全部共棱形成萤石结构阴离子配位立方体:全部共棱形成萤石结构阴离子配位立方体:全部共棱形成萤石结构 [CaF[CaF[CaF[CaF8 8 8 8] ] ] ]配位立方体沿配位立方体沿配位立方体沿配位立方体沿3 3 3 3维方向相间排列而成。

维方向相间排列而成维方向相间排列而成维方向相间排列而成 反萤石型结构反萤石型结构反萤石型结构反萤石型结构 球键图球键图球键图球键图 阳离子四面体配位阳离子四面体配位阳离子四面体配位阳离子四面体配位 阴离子阴离子阴离子阴离子立方体配位立方体配位立方体配位立方体配位 反萤石型结构可看作:阴离子做立方最紧密堆积,阳离反萤石型结构可看作:阴离子做立方最紧密堆积,阳离反萤石型结构可看作:阴离子做立方最紧密堆积,阳离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子充填在全部的四面体空隙中子充填在全部的四面体空隙中子充填在全部的四面体空隙中 结构类型结构类型结构类型结构类型物质名称物质名称物质名称物质名称萤石型结萤石型结萤石型结萤石型结构构构构萤石萤石萤石萤石(CaF2)(CaF2)氯化锶氯化锶氯化锶氯化锶(SrCl(SrCl2 2) )氯化钡氯化钡氯化钡氯化钡(BaCl(BaCl2 2) )氟化铅氟化铅氟化铅氟化铅(PbF(PbF2 2) )反萤石型反萤石型反萤石型反萤石型结构结构结构结构氧化钾氧化钾氧化钾氧化钾(K(K2 2O)O)氧化钠氧化钠氧化钠氧化钠(Na(Na2 2O)O)氧化锂氧化锂氧化锂氧化锂(Li(Li2 2O)O) 5 石石盐结构构空空间间群:群:Fm3mFm3m,立方面心格子。

立方面心格子 具有具有NaCl型型结构的部分物构的部分物质表表9.4 9.4 与石与石盐盐等等结结构的物构的物质质氯化物氯化物氯化物氯化物碳化物碳化物碳化物碳化物氮化物氮化物氮化物氮化物氧化物氧化物氧化物氧化物氟化物氟化物氟化物氟化物溴化物溴化物溴化物溴化物硫化物硫化物硫化物硫化物氯化钾氯化钾氯化钾氯化钾(KCl)(KCl)氯化铷氯化铷氯化铷氯化铷(RbCl)(RbCl)碳化钛碳化钛碳化钛碳化钛(TiC)(TiC)碳化钒碳化钒碳化钒碳化钒(VC)(VC)碳化锆碳化锆碳化锆碳化锆(ZrC)(ZrC)氮化钒氮化钒氮化钒氮化钒(VN)(VN)氮化钛氮化钛氮化钛氮化钛(TiN)(TiN)氮化锆氮化锆氮化锆氮化锆(ZrN)(ZrN)氮化钪氮化钪氮化钪氮化钪(ScN)(ScN)氮化铕氮化铕氮化铕氮化铕(EuN)(EuN)氧化镁氧化镁氧化镁氧化镁(MgO)(MgO)氧化钴氧化钴氧化钴氧化钴(CoO)(CoO)氧化镍氧化镍氧化镍氧化镍(NiO)(NiO)氧化锰氧化锰氧化锰氧化锰(MnO)(MnO)氟化锂氟化锂氟化锂氟化锂(LiF)(LiF)氟化银氟化银氟化银氟化银(AgF)(AgF)溴化钠溴化钠溴化钠溴化钠(NaBr)(NaBr)溴化钾溴化钾溴化钾溴化钾(KBr)(KBr)溴化铷溴化铷溴化铷溴化铷(RbBr)(RbBr)硫化锰硫化锰硫化锰硫化锰(MnS)(MnS)方铅矿方铅矿方铅矿方铅矿(PbS)(PbS) (111)(111)(200)(200)(220)(220) 6 闪锌矿结构构 空空空空间间群群群群 F-43mF-43m,立方面心格子。

立方面心格子立方面心格子立方面心格子ZnZn分布于晶胞的角分布于晶胞的角分布于晶胞的角分布于晶胞的角顶顶及面心如果把晶胞及面心如果把晶胞及面心如果把晶胞及面心如果把晶胞8 8等分,等分,等分,等分,S S分分分分布于布于布于布于间间隔的小立方体的中心隔的小立方体的中心隔的小立方体的中心隔的小立方体的中心 闪锌矿的晶体结构:球键图闪锌矿的晶体结构:球键图闪锌矿的晶体结构:球键图闪锌矿的晶体结构:球键图( (左左左左) )、配位多面体连接图、配位多面体连接图、配位多面体连接图、配位多面体连接图( (右右右右) ) 结构中,结构中,结构中,结构中,S S S S2- 2- 2- 2- 和和和和ZnZnZnZn2+2+2+2+配位数都是配位数都是配位数都是配位数都是4 4 4 4,配位多面体都,配位多面体都,配位多面体都,配位多面体都是四面体四面体共角顶相联是四面体四面体共角顶相联是四面体四面体共角顶相联是四面体四面体共角顶相联 从图可看出,从图可看出,从图可看出,从图可看出,[ [ [ [SZn4]SZn4]SZn4]SZn4]四面体(四面体(四面体(四面体([ [ [ [ZnS4ZnS4ZnS4ZnS4] ] ] ] 四面体四面体四面体四面体也是一样)共角顶联成的也是一样)共角顶联成的也是一样)共角顶联成的也是一样)共角顶联成的四面体基元层与四面体基元层与四面体基元层与四面体基元层与[111][111][111][111]方方方方向垂直向垂直向垂直向垂直。

由于由于由于由于S S S S2-2-2-2-和和和和ZnZnZnZn2+2+2+2+都呈配位四面体,所以都呈配位四面体,所以都呈配位四面体,所以都呈配位四面体,所以闪锌矿只用一种配位闪锌矿只用一种配位闪锌矿只用一种配位闪锌矿只用一种配位多面体结构形式表达多面体结构形式表达多面体结构形式表达多面体结构形式表达(S(S(S(S和和和和ZnZnZnZn互换是一样的互换是一样的互换是一样的互换是一样的) ) ) ) 如果将闪锌矿结构中的如果将闪锌矿结构中的如果将闪锌矿结构中的如果将闪锌矿结构中的ZnZnZnZn和和和和S S S S都变成都变成都变成都变成C C C C,,,,则结构变成金刚则结构变成金刚则结构变成金刚则结构变成金刚石结构(石结构(石结构(石结构(Fd3mFd3mFd3mFd3m) 物质类型物质类型物质类型物质类型物质名称物质名称物质名称物质名称物质名称物质名称物质名称物质名称氯化物氯化物氯化物氯化物氯化铜氯化铜氯化铜氯化铜(CuCl)(CuCl)碳化物碳化物碳化物碳化物碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅 (SiC)(SiC)氮化物氮化物氮化物氮化物氮化硼氮化硼氮化硼氮化硼(BN)(BN)氮化镓氮化镓氮化镓氮化镓(Ga)(Ga)磷化物磷化物磷化物磷化物磷化硅磷化硅磷化硅磷化硅(SiP)(SiP)磷化硼磷化硼磷化硼磷化硼(BP)(BP)磷化铝磷化铝磷化铝磷化铝(AlP)(AlP)磷化铟磷化铟磷化铟磷化铟(InP)(InP)硫化物硫化物硫化物硫化物硫化镉硫化镉硫化镉硫化镉(CdS)(CdS)硫化锡硫化锡硫化锡硫化锡(SnS)(SnS)毒砂毒砂毒砂毒砂 (HgS)(HgS)氧化物氧化物氧化物氧化物氧化镉氧化镉氧化镉氧化镉(CdO)(CdO)氧化钴氧化钴氧化钴氧化钴(CoO)(CoO)砷化物砷化物砷化物砷化物砷化镓砷化镓砷化镓砷化镓(GaAs)(GaAs)砷化铟砷化铟砷化铟砷化铟(InAs)(InAs)硒化物硒化物硒化物硒化物硒化汞硒化汞硒化汞硒化汞(HgSe)(HgSe)硒化锰硒化锰硒化锰硒化锰(MnSe)(MnSe)蹄化物蹄化物蹄化物蹄化物蹄化铝蹄化铝蹄化铝蹄化铝(AlSb)(AlSb)蹄化铟蹄化铟蹄化铟蹄化铟(InSb)(InSb)具有闪锌矿型结构的物质具有闪锌矿型结构的物质具有闪锌矿型结构的物质具有闪锌矿型结构的物质 7 金金刚石石结构构等轴晶系,空间群等轴晶系,空间群等轴晶系,空间群等轴晶系,空间群Fd3mFd3mFd3mFd3m。

立方面心结构立方面心结构立方面心结构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八等分之后,半数交替的小立方体中心八等分之后,半数交替的小立方体中心八等分之后,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金刚石的晶体结构可以看成是半数的金刚石的晶体结构可以看成是半数的金刚石的晶体结构可以看成是半数的C C C C作立方最紧密堆积作立方最紧密堆积作立方最紧密堆积作立方最紧密堆积( ( ( (蓝蓝蓝蓝球球球球) ) ) ),另外一半,另外一半,另外一半,另外一半C C C C相间地充填在其中的四面体孔隙中相间地充填在其中的四面体孔隙中相间地充填在其中的四面体孔隙中相间地充填在其中的四面体孔隙中( ( ( (红球红球红球红球) ) ) )而构而构而构而构成的 该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以sp3sp3sp3sp3杂化轨道与四杂化轨道与四杂化轨道与四杂化轨道与四个碳原子形成强的共价键,键长为,键角为个碳原子形成强的共价键,键长为,键角为个碳原子形成强的共价键,键长为,键角为个碳原子形成强的共价键,键长为,键角为109°109°109°109°28′16″28′16″28′16″28′16″,即,即,即,即C C C C的配位数的配位数的配位数的配位数4 4 4 4,配位多面体是四面体。

碳-碳配位,配位多面体是四面体碳-碳配位,配位多面体是四面体碳-碳配位,配位多面体是四面体碳-碳配位四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构 如果金刚石晶胞沿一个如果金刚石晶胞沿一个如果金刚石晶胞沿一个如果金刚石晶胞沿一个L L L L3 3 3 3立起来,金刚石似乎显示出层状结立起来,金刚石似乎显示出层状结立起来,金刚石似乎显示出层状结立起来,金刚石似乎显示出层状结构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行{111}{111}{111}{111}存在中等存在中等存在中等存在中等解理 由于由于由于由于C-CC-CC-CC-C键的键能大(键的键能大(键的键能大(键的键能大(347 kJ/mo347 kJ/mo347 kJ/mo347 kJ/mo),价电子都参与了共价键),价电子都参与了共价键),价电子都参与了共价键),价电子都参与了共价键的形成,使得晶体中没有自由电子,所以金刚石是自然界中最的形成,使得晶体中没有自由电子,所以金刚石是自然界中最的形成,使得晶体中没有自由电子,所以金刚石是自然界中最的形成,使得晶体中没有自由电子,所以金刚石是自然界中最坚硬的固体,熔点高达坚硬的固体,熔点高达坚硬的固体,熔点高达坚硬的固体,熔点高达3550 ℃3550 ℃3550 ℃3550 ℃。

金金刚石及其等石及其等结构物构物质比比较物物质名称名称金金刚石石单晶硅晶硅锗αα锡化学式化学式C CSiSiGeGeSnSn a a0 0/ /nmnm0.35670.35670.54310.54310.56230.56230.64890.6489H H10107 76 65 5D / g/cmD / g/cm3 33.513.512.3362.3365.475.475.775.77颜色色无色无色黑色黑色淡灰色淡灰色白色白色熔点熔点(℃)(℃)3550355014101410958958937937主要用途主要用途超硬材料超硬材料半半导体材料体材料半半导体材料体材料焊锡材料材料特点特点由左至右,物由左至右,物质的共价的共价键性逐步性逐步变弱弱 8 钙钛矿结构构空间群:空间群:空间群:空间群:Pm3mPm3mPm3mPm3m,立方面心结构立方面心结构立方面心结构立方面心结构Ca-Ca-Ca-Ca-角顶,角顶,角顶,角顶,O-O-O-O-面心,面心,面心,面心, Ti-Ti-Ti-Ti-体心 [TiO[TiO6 6] ]八面体共角八面体共角八面体共角八面体共角顶连顶连接,接,接,接,CaCa填充在其填充在其填充在其填充在其间间的空隙的空隙的空隙的空隙中,中,中,中,CaCa为为1212次配位。

次配位 §5) 具有钙钛矿结构的物质具有钙钛矿结构的物质SrTiO3BaTiO3NaNbO3NaTaO3NaWO3LaVO3CeVO3CaSnO3BaZrO3CsZrO3CsPbO3KFeF3KCoF3KZnF3PbCsCl3 更有意义的是具有钙钛矿衍生结构的物质更有意义的是具有钙钛矿衍生结构的物质§如PbTiO3 (1) Pb-O(1) Pb-O键键长不相等长不相等中间的中间的4 4个个为,下面为,下面的的4 4个为,个为,上面的上面的4 4个个为为 (2) [TiO6](2) [TiO6]八面八面体中,体中,TiTi亦不在亦不在中心位置中心位置 §以上两个原因以上两个原因导导致晶体的致晶体的对对称降低,由原来的立称降低,由原来的立方原始格子降低方原始格子降低为为四方原始格子空四方原始格子空间间群群Pm3m Pm3m  P4mm P4mm从而晶体具有了极性从而晶体具有了极性( (具有极具有极轴轴) ),,这这是是导导致其致其铁电铁电性的最根本原因性的最根本原因 ((((SpinelSpinel),),),),ABAB2 2OO4 4(MgAl(MgAl2 2OO4 4) )空间群空间群空间群空间群Fd3mFd3m。

立方面心结构立方面心结构立方面心结构立方面心结构8 尖晶石尖晶石结构构 结结构中,构中,构中,构中,OO2-2-作立方最作立方最作立方最作立方最紧紧密堆密堆密堆密堆积积,阳离子,阳离子,阳离子,阳离子A A( (二价二价二价二价) )占占占占据据据据1/81/8的四面体空隙,的四面体空隙,的四面体空隙,的四面体空隙,[AO[AO4 4] ]四面体在四面体在四面体在四面体在结结构中构中构中构中间间隔地成隔地成隔地成隔地成层层分布,在同一分布,在同一分布,在同一分布,在同一层层内,内,内,内,临临近的四面体的近的四面体的近的四面体的近的四面体的顶顶点相互反向;点相互反向;点相互反向;点相互反向; 阳离子阳离子阳离子阳离子B B( (三价三价三价三价) )占据占据占据占据1/21/2的八面体空隙,形成的八面体空隙,形成的八面体空隙,形成的八面体空隙,形成[BO[BO6 6] ] 八面体,八面体,八面体,八面体,[BO[BO6 6] ]八面体亦成层分布间隔性地,一个层的八面体全部被占八面体亦成层分布间隔性地,一个层的八面体全部被占八面体亦成层分布间隔性地,一个层的八面体全部被占八面体亦成层分布。

间隔性地,一个层的八面体全部被占据,一个层的半数八面体被占据,后者和据,一个层的半数八面体被占据,后者和据,一个层的半数八面体被占据,后者和据,一个层的半数八面体被占据,后者和[AO4][AO4]四面体同层四面体同层四面体同层四面体同层在在在在[111][111]方方方方向向向向,,,,由由由由[BO6][BO6]八八八八面面面面体体体体单单单单纯纯纯纯构构构构成成成成的的的的层层层层与与与与由由由由[AO4][AO4]四四四四面面面面体体体体和和和和[BO6][BO6]八面体共同组成的层交替排列形成了尖晶石结构八面体共同组成的层交替排列形成了尖晶石结构八面体共同组成的层交替排列形成了尖晶石结构八面体共同组成的层交替排列形成了尖晶石结构 尖晶石通式是尖晶石通式是尖晶石通式是尖晶石通式是A A A A2 2 2 2++++B B B B3 3 3 3++++2 2 2 2O O O O4 4 4 4,表示二价阳离子,表示二价阳离子,表示二价阳离子,表示二价阳离子A A A A占据了晶占据了晶占据了晶占据了晶胞四面体空隙,三价阳离子胞四面体空隙,三价阳离子胞四面体空隙,三价阳离子胞四面体空隙,三价阳离子B B B B占据八面体空隙,占据八面体空隙,占据八面体空隙,占据八面体空隙,此即此即此即此即尖晶尖晶尖晶尖晶石结构石结构石结构石结构,代表是尖晶石(,代表是尖晶石(,代表是尖晶石(,代表是尖晶石(MgAl2O4MgAl2O4MgAl2O4MgAl2O4))))。

当结构中的四面体空隙被当结构中的四面体空隙被当结构中的四面体空隙被当结构中的四面体空隙被B B B B3 3 3 3++++占据,而八面体空隙则占据,而八面体空隙则占据,而八面体空隙则占据,而八面体空隙则被被被被B B B B3 3 3 3++++和和和和A A A A2 2 2 2++++各占一半,即有分子式各占一半,即有分子式各占一半,即有分子式各占一半,即有分子式B B B B3 3 3 3++++(A(A(A(A2 2 2 2++++B B B B3 3 3 3++++) ) ) )2 2 2 2O O O O4 4 4 4时,时,时,时,这种结构叫做这种结构叫做这种结构叫做这种结构叫做反尖晶石结构反尖晶石结构反尖晶石结构反尖晶石结构,代表物质磁铁矿,代表物质磁铁矿,代表物质磁铁矿,代表物质磁铁矿((((FeFeFeFe3 3 3 3++++(Fe(Fe(Fe(Fe2 2 2 2++++FeFeFeFe3 3 3 3++++) ) ) )2 2 2 2O O O O4 4 4 4) 当结构中四、八面体孔隙被当结构中四、八面体孔隙被当结构中四、八面体孔隙被当结构中四、八面体孔隙被A A A A2 2 2 2++++和和和和B B B B3 3 3 3++++无序占据时,无序占据时,无序占据时,无序占据时,叫叫叫叫混合尖晶石结构混合尖晶石结构混合尖晶石结构混合尖晶石结构,代表晶相是镁铁矿(,代表晶相是镁铁矿(,代表晶相是镁铁矿(,代表晶相是镁铁矿(Fe, Mg)Fe, Mg)Fe, Mg)Fe, Mg)3 3 3 3O O O O4 4 4 4。

Fe3O4VMn2O4NiAl2O4NiGa2O4Co3S4TiZn2O4γ-γ-Fe2O3LiTi2O4 CoAl2O4MgGa2O4NiCo2S4VZn2O4MnFe2O4MnTi2O4 ZnAl2O4MnGa2O4Fe2SiO4 SnMg2O4MgFe2O4ZnCr2O4Co3O4ZnIn2S4Ni2SiO4TiMg2O4Ti Fe2O4CoCr2O4GeCo2O4MgIn2O4Co2SiO4WNa2O4LiMn2O4CuMn2O4VCo2O4CuV2S4Mg2SiO4 CdIn2O4具有尖晶石型结构的部分物质具有尖晶石型结构的部分物质具有尖晶石型结构的部分物质具有尖晶石型结构的部分物质 LiMnLiMn2 2OO4 4锂电材料锂电材料锂电材料锂电材料 9 层状硅酸状硅酸盐结构构 四面体层(四面体层(四面体层(四面体层(T T)和八面体层()和八面体层()和八面体层()和八面体层(OO))))T T层层层层 [SiO4][SiO4]共共共共3 3个角顶成六方网层,第个角顶成六方网层,第个角顶成六方网层,第个角顶成六方网层,第4 4个角顶个角顶个角顶个角顶( (活性氧活性氧活性氧活性氧) )朝向朝向朝向朝向同一方向;在六方网孔中心、与活性氧同高度处存在一个同一方向;在六方网孔中心、与活性氧同高度处存在一个同一方向;在六方网孔中心、与活性氧同高度处存在一个同一方向;在六方网孔中心、与活性氧同高度处存在一个OHOH。

半径半径半径半径 OO层层层层 两个两个两个两个T T层活性氧相向、错开一定距离做紧密堆积,阳离层活性氧相向、错开一定距离做紧密堆积,阳离层活性氧相向、错开一定距离做紧密堆积,阳离层活性氧相向、错开一定距离做紧密堆积,阳离子充填八面体孔隙,形成子充填八面体孔隙,形成子充填八面体孔隙,形成子充填八面体孔隙,形成OO层或:一边是或:一边是或:一边是或:一边是T T层的顶点氧和羟基,另一边为一层羟基层的顶点氧和羟基,另一边为一层羟基层的顶点氧和羟基,另一边为一层羟基层的顶点氧和羟基,另一边为一层羟基 三八面体型结构和二八面体型结构三八面体型结构和二八面体型结构三八面体型结构和二八面体型结构三八面体型结构和二八面体型结构 当每个六方网孔下的当每个六方网孔下的当每个六方网孔下的当每个六方网孔下的3 3个八面体空隙(一共是个八面体空隙(一共是个八面体空隙(一共是个八面体空隙(一共是 -6-6价)被三价)被三价)被三价)被三个(二价)阳离子充填时,整个结构称作三八面体型结构;当个(二价)阳离子充填时,整个结构称作三八面体型结构;当个(二价)阳离子充填时,整个结构称作三八面体型结构;当个(二价)阳离子充填时,整个结构称作三八面体型结构;当3 3个八面体空隙被两个(三价)阳离子充填时,则结构称作二八个八面体空隙被两个(三价)阳离子充填时,则结构称作二八个八面体空隙被两个(三价)阳离子充填时,则结构称作二八个八面体空隙被两个(三价)阳离子充填时,则结构称作二八面体型结构。

面体型结构面体型结构面体型结构 三八面体三八面体结构的构的O层每个配位离子被三个八面体共用,分给每个八面体阳离子每个配位离子被三个八面体共用,分给每个八面体阳离子每个配位离子被三个八面体共用,分给每个八面体阳离子每个配位离子被三个八面体共用,分给每个八面体阳离子-1/3-1/3价,价,价,价,6 6个总和为个总和为个总和为个总和为-2-2价因此每个八面体样子只能为价因此每个八面体样子只能为价因此每个八面体样子只能为价因此每个八面体样子只能为+2+2价 每个配位离子被两个八每个配位离子被两个八每个配位离子被两个八每个配位离子被两个八面体共用,分给每个八面体共用,分给每个八面体共用,分给每个八面体共用,分给每个八面体样子面体样子面体样子面体样子-1/2-1/2价电荷,价电荷,价电荷,价电荷,6 6个共个共个共个共-3-3价,因此八面体价,因此八面体价,因此八面体价,因此八面体阳离子为阳离子为阳离子为阳离子为+3+3价二八面体二八面体结构的构的O层 结构单元层及基本类型结构单元层及基本类型结构单元层及基本类型结构单元层及基本类型T T层和层和层和层和OO层的不同堆积方式构成了层状结构硅酸盐的结构单元层:层的不同堆积方式构成了层状结构硅酸盐的结构单元层:层的不同堆积方式构成了层状结构硅酸盐的结构单元层:层的不同堆积方式构成了层状结构硅酸盐的结构单元层:1 1∶ ∶ ∶ ∶1 1型(型(型(型(TOTO型):型):型):型):1 1层层层层T T层和层和层和层和1 1层层层层OO层,代表矿物是高岭石。

层,代表矿物是高岭石层,代表矿物是高岭石层,代表矿物是高岭石 2 2∶ ∶ ∶ ∶1 1型(型(型(型(TOTTOT型):型):型):型):2 2层层层层T T层夹层夹层夹层夹1 1层层层层OO层,代表矿物是滑石层,代表矿物是滑石层,代表矿物是滑石层,代表矿物是滑石 层间域层间域层间域层间域 结构单元层之间的空间叫层间域层间域可以完全空置,也结构单元层之间的空间叫层间域层间域可以完全空置,也结构单元层之间的空间叫层间域层间域可以完全空置,也结构单元层之间的空间叫层间域层间域可以完全空置,也可以被其它物质充填,如离子,分子,水和有机物等可以被其它物质充填,如离子,分子,水和有机物等可以被其它物质充填,如离子,分子,水和有机物等可以被其它物质充填,如离子,分子,水和有机物等滑石结构滑石结构滑石结构滑石结构 云母结构云母结构云母结构云母结构 高岭石高岭石(kaolinite) 八面体阳离子在每八面体阳离子在每层占据同占据同样的位置。

的位置 §按按实际离子半径得到的离子半径得到的1:1层型型结构构§实际上高岭石的上高岭石的层间域是没有空隙的域是没有空隙的 八面体表面离子分布:八面体表面离子分布:八面体表面离子分布:八面体表面离子分布: 四面体片四面体片层间的表面离子分布的表面离子分布 §实际实际高岭土的片状高岭土的片状高岭土的片状高岭土的片状颗颗粒:粒:粒:粒:宽宽2 2μ,厚,厚,厚,厚μ§注意上下注意上下注意上下注意上下层层面的离子分布及特征面的离子分布及特征面的离子分布及特征面的离子分布及特征 蒙皂石族蒙皂石族(Smectite) §15A蒙皂石蒙皂石Ca2+Ca2+携带大量水分子携带大量水分子携带大量水分子携带大量水分子15A15A CaCa2+2+携带大量水分子携带大量水分子携带大量水分子携带大量水分子 §层电荷的来源(1) (1) 来源于四面体片的来源于四面体片的来源于四面体片的来源于四面体片的Al-Al->Si>Si替代这时这时,与配平,与配平,与配平,与配平电电荷的荷的荷的荷的层间层间阳离子距离阳离子距离阳离子距离阳离子距离较较近,称之近,称之近,称之近,称之为为“ “近近近近电电” ”。

￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿记为记为￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿XtXt(2) (2) 来源于八面体片的来源于八面体片的来源于八面体片的来源于八面体片的Mg-Mg->Al>Al替代这时这时,于配平,于配平,于配平,于配平电电荷的荷的荷的荷的层间层间阳离子距离阳离子距离阳离子距离阳离子距离较较远远,称之,称之,称之,称之为为“ “远电远电” ”￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿记为记为￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿XoXo §层电荷的分布 在晶胞所示范围在晶胞所示范围在晶胞所示范围在晶胞所示范围内,每个单面只内,每个单面只内,每个单面只内,每个单面只有价的电荷有价的电荷有价的电荷有价的电荷 平均每个基平均每个基平均每个基平均每个基底氧携带电荷约底氧携带电荷约底氧携带电荷约底氧携带电荷约为价 §天然蒙皂石的天然蒙皂石的天然蒙皂石的天然蒙皂石的层间层间主要主要主要主要为为CaCa2+2+,要达到,要达到,要达到,要达到电电荷平衡,荷平衡,荷平衡,荷平衡,1 1个个个个CaCa2+2+要配平要配平要配平要配平约约3 3个晶胞的底面个晶胞的底面个晶胞的底面个晶胞的底面积积,,,,约约在半径在半径在半径在半径为为的的的的圆圆面面面面积积上。

上1 1个个个个CaCa2+2+配平配平配平配平的电荷范围的电荷范围的电荷范围的电荷范围 §按原子的按原子的按原子的按原子的实际实际半径,半径,半径,半径,则为则为如下分布:如下分布:如下分布:如下分布:而而而而CaCa2+2+的半径只的半径只的半径只的半径只有,因此有,因此有,因此有,因此层层间间区域要含大量区域要含大量区域要含大量区域要含大量的极性水分子,的极性水分子,的极性水分子,的极性水分子,进进行行行行电电荷的荷的荷的荷的传传递递,从而达到,从而达到,从而达到,从而达到结结构的构的构的构的电电荷平衡 §在柱撑蒙脱石,如在柱撑蒙脱石,如在柱撑蒙脱石,如在柱撑蒙脱石,如羟羟基基基基铝铝柱撑,每个阳离子柱柱撑,每个阳离子柱柱撑,每个阳离子柱柱撑,每个阳离子柱( (集集集集团团) ),,,,为为+7+7价,价,价,价,约约需平衡个需平衡个需平衡个需平衡个单单位晶胞的位晶胞的位晶胞的位晶胞的电电荷:即相荷:即相荷:即相荷:即相当于半径当于半径当于半径当于半径为为的的的的圆圆 羟基基铝柱撑蒙脱石柱撑蒙脱石结构示意构示意18A18A20A20A 。

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