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1、第第3章章 第第1节节认识晶体一、晶体一、晶体1.晶体与非晶体的概念晶体与非晶体的概念 (1)晶体：内部微粒（原子、离子或晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。复排列构成的固体物质。 (2)非晶体：内部原子或分子的排非晶体：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态。列呈现杂乱无章的分布状态。2.晶体的特性晶体的特性 （1）具有规则的几何外形。）具有规则的几何外形。（2）自范性：在适宜条件下，晶体能够）自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。 （3）各向异性
2、：晶体在不同方向上表现）各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。出不同的物理性质。 （4）对称性：晶体的外形和内部结构都）对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。具有特有的对称性。 （5）晶体）晶体有固定的熔点有固定的熔点而非晶态没有而非晶态没有。3.晶体的种类晶体的种类根据内部微粒的种类和微粒间的相互根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同，将晶体分为离子晶体、金作用不同，将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。属晶体、原子晶体和分子晶体。4.晶体形成的途径晶体形成的途径熔融态物质凝固熔融态物质凝固.气态物质冷却不经液态直接凝固气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华凝华
3、).溶质从溶液中析出溶质从溶液中析出.二、晶体结构的堆积模型二、晶体结构的堆积模型 组成晶体的原子、离子或分子在没有组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素（如共价键的方向性）影响时，其他因素（如共价键的方向性）影响时，在空间的排列大都服从在空间的排列大都服从紧密堆积原理紧密堆积原理，这，这是因为分别借助于是因为分别借助于没有方向性没有方向性的金属键、的金属键、离子键和分子间相互作用形成的金属晶体、离子键和分子间相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，离子晶体和分子晶体的结构中，都趋向于都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围，并以
4、密堆积的方式降低体系分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定的能量，使晶体变得比较稳定。最紧密堆积最紧密堆积非紧密堆积非紧密堆积密置层密置层非密置层非密置层采用密置层排列能够降低体系的能量采用密置层排列能够降低体系的能量采用密置层排列能够降低体系的能量采用密置层排列能够降低体系的能量请你比较请你比较请你比较请你比较1.金属晶体属等径圆球的密堆积方式：金属晶体属等径圆球的密堆积方式： 在一个层中，最紧密的堆积方在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围式，是一个球与周围 6 个球相切，个球相切，在中心的周围形成在中心的周围形成 6 个凹位，将个凹位，将其算为第一层。其算为
5、第一层。1.等径圆球的密堆积等径圆球的密堆积 由于金属键没有方向性，每个金属原子中的由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球的密堆积方式有成的。等径圆球的密堆积方式有A3型最密堆积，型最密堆积，A1型最密堆积。型最密堆积。123456123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的
6、 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。两种最紧密的堆积方式。 下图是下图是A3型六方型六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积-A3型型。 配位数配位数 12 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 ) 第三层的第三层的另一种排列另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2，4，6 位，
7、不同于位，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。123456123456123456123456面心立方紧密堆积的前视图面心立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积A1型型。 配位数配位数 12 ( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) BCA ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？为什么是面心立方堆积？ 我们来加以说明。我们来加以说明。 这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为 74.05
8、%。 金属钾金属钾 K 的的立方体心堆积立方体心堆积 还有一种空间利用率稍低的堆积方式还有一种空间利用率稍低的堆积方式A2型型-立方体心堆积：立方体心堆积：立方体立方体 8 个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。 配位数配位数 8 ，空间利用率为，空间利用率为 68.02% 。六方紧密堆积六方紧密堆积 面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积立方体心堆积立方体心堆积 金属的金属的堆积方式堆积方式2.非等径圆球的密堆积非等径圆球的密堆积 由由离子离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是
9、积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先大球先按一定方式做等径圆球的密堆积。小球再填充按一定方式做等径圆球的密堆积。小球再填充在大球所形成的空隙中。在大球所形成的空隙中。 配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目。子的数目。 如如NaCl配位数为配位数为6，即每个，即每个Na+离子周离子周围直接连有围直接连有6个个CI-，反之亦然。，反之亦然。分子晶体属非等径圆球密堆积方式：分子晶体属非等径圆球密堆积方式：分子晶体分子晶体尽可能采取紧密堆积的方式，但受到分尽可能采取紧密堆积的方式，但受到分子形状的影响。例如：子形状的影响。例如：干冰采用干冰采
10、用A1型紧密堆积方式型紧密堆积方式 而冰中水分子的堆积受到而冰中水分子的堆积受到 的影响的影响原子晶体原子晶体不服从紧密堆积方式：不服从紧密堆积方式： 共价键具有共价键具有 性和性和 性，因此一个原子周围结性，因此一个原子周围结合其它原子的数目是合其它原子的数目是 （有限、无限）的，方向（有限、无限）的，方向是是 （一定、不固定）的。（一定、不固定）的。氢键氢键饱和饱和方向方向有限有限一定一定三、晶体结构的基本单元三、晶体结构的基本单元-晶晶胞胞1.晶胞晶胞 (1)(1)晶胞：从晶体中晶胞：从晶体中“截取截取”出来具有代表性的最小部出来具有代表性的最小部分。是分。是能够反映晶体结构特征能够反映
11、晶体结构特征的的基本重复单位基本重复单位。(2)(2)晶晶胞一定是一个胞一定是一个平行六面体平行六面体，其三条边的长度不一定相，其三条边的长度不一定相等也不一定互相垂直；晶胞的形状和大小由具体晶等也不一定互相垂直；晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定，晶胞通常不是八面体或六方柱体等体的结构所决定，晶胞通常不是八面体或六方柱体等其他形状。其他形状。(3)(3)整个晶体就是晶胞按其周期性在二维空整个晶体就是晶胞按其周期性在二维空间重复排列而成的。这种排列必须是晶胞的并置堆砌。间重复排列而成的。这种排列必须是晶胞的并置堆砌。所谓并置堆砌是指平行六面体之间所谓并置堆砌是指平行六面体之间没有任何空隙没
12、有任何空隙，同，同时，相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接。时，相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接。三、晶胞三、晶胞概念概念描述晶体描述晶体结构的构的_形状形状晶胞一般都是晶胞一般都是_，晶体是由无，晶体是由无数晶胞数晶胞“无隙并置无隙并置”而成而成特点特点所有晶胞的所有晶胞的_及内部的原子及内部的原子_及几何排列是完全相同的及几何排列是完全相同的微粒数微粒数目求算目求算某晶胞中的微粒，如果被某晶胞中的微粒，如果被n个晶胞所共有，个晶胞所共有，则微粒的微粒的_属于属于该晶胞晶胞最小重复最小重复单元元平行六面体平行六面体形状形状种种类、个数、个数1/n平行六平行六面体面体无隙并置无隙并置2.
13、常见三种密堆积的晶胞六方晶胞六方晶胞-A3型型面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型型体心立方晶胞体心立方晶胞-A2型型思考：金属晶体中晶胞粒子数的计算思考：金属晶体中晶胞粒子数的计算晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算体心：体心：1面心面心:1/2顶点顶点:1/8棱边棱边:1/4晶体中晶胞粒子数的计算晶体中晶胞粒子数的计算（1 1）顶端原子一般只计算）顶端原子一般只计算 棱边原子一般只棱边原子一般只计算计算 面上原子一般只计算面上原子一般只计算 内部原子一内部原子一般计算成般计算成 （2 2）晶胞内含的原子数晶胞内含的原子数=a*1/8+b*1/4+c*1/2+d=a*1/8+b*1/4+c*
14、1/2+d a a位于顶点的原子或离子数；位于顶点的原子或离子数；b b为位于棱边的原为位于棱边的原子或离子数；子或离子数；c c为位于面上的原子或离子数；为位于面上的原子或离子数；d d为位于晶胞内的原子或离子数为位于晶胞内的原子或离子数立方晶体中立方晶体中1/81/21/413.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算 (1)六方晶胞六方晶胞：在六方体顶点的微粒为：在六方体顶点的微粒为6个晶个晶胞共有，在面心的为胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。粒全属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 长方体晶胞中不同位置的粒
15、子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点顶点 -1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-1（2）面心立方面心立方：在立方体顶点的微粒为：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4 (3)体心立方体心立方：在立方体顶点的微粒：在立方体顶点的微粒为为8个晶胞共享，处于体心的金属原个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。子全部属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 2【思考】钠的晶胞里，含多少原子？【思考】钠的晶胞里，含
16、多少原子？2 2钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞1、在金属晶体中最常见的三种堆积方式有：在金属晶体中最常见的三种堆积方式有：（1）配位数为）配位数为8的的 堆积，堆积，（2）配配位位数数为为 的的立立方方面面心心堆堆积积，（3）配配位位数数为为 的的 堆堆积积。其其中中以以ABAB方方式式堆堆积积的的 和和以以ABCABC方方式式堆堆积积的的 空空间间利利用用率率相相等等，就的堆积层来看，二者的区别是在第就的堆积层来看，二者的区别是在第 层。层。 能力训练能力训练1立方体心121212六方密堆积六方密堆积立方面心堆积立方面心堆积六方密堆积六方密堆积三2 2、若如右图六棱柱状晶胞，、若如右图六棱柱状晶胞，顶端原子一般只计算顶端原子一般只计算 棱边原子一般只计算棱边原子一般只计算面上原子一般只计算面上原子一般只计算内部原子一般计算成内部原子一般计算成若此晶胞所有原子相同，若此晶胞所有原子相同，则此晶胞中含 个原子。1/61/41/216作业：P76 迁移应用迁移应用 1、2、3
