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1、第二章第二章 典型晶体结构典型晶体结构l坐标系表示法坐标系表示法: : 给出单位晶胞中各粒给出单位晶胞中各粒子的空间坐标子的空间坐标- - 等效点系等效点系l球体紧密堆积法球体紧密堆积法: : 一种粒子按某种紧一种粒子按某种紧密堆积法堆积密堆积法堆积, ,其余粒子进入该种粒子其余粒子进入该种粒子形成的空隙中形成的空隙中. .l配位多面体连接法配位多面体连接法: : 一种粒子和其配一种粒子和其配位粒子形成多面体位粒子形成多面体, ,多面体在按共点多面体在按共点, ,共棱共棱, ,共面的方式相连共面的方式相连. .表示晶体的常见方法表示晶体的常见方法3 32024/9/182024/9/182.1
2、AX型型代表：代表：NaCl型、型、CsCl型、型、立方立方ZnS、六方、六方ZnS等等l1）.NaCl型型立方面心格子立方面心格子la0.563nm，r/r0.639；CN6lCl面心立方密堆面心立方密堆积，Na填充全部八填充全部八面体空隙面体空隙/由由Na和和Cl个一套面心立方个一套面心立方格子沿晶格子沿晶轴方向平移方向平移1a/2穿插形成穿插形成lEg.：MgO，CaO，FeO4 42024/9/182024/9/18NaCl型晶体结构型晶体结构ABBBCCCCCC5 52024/9/182024/9/182 2）.CsCl.CsCl晶体结构晶体结构l立方原始格子立方原始格子Cl位于位于
3、顶角角Cs+位于中心位于中心CN8，晶，晶报分子数分子数1l看作：由看作：由Cs+和和Cl各各对应一套立方原一套立方原始格子沿体始格子沿体对角角线方向相套而成方向相套而成6 62024/9/182024/9/18l3）.闪锌矿闪锌矿ZnS结构结构（立方（立方ZnS）lZnS两种变体两种变体：立方：立方结构、六方构、六方结构构lR+/R-0.2250.414；CN4l一般一般共价键强共价键强的化合物的化合物倾向形成立方向形成立方ZnS结构（构（ZnSe、BeS）；氧化物）；氧化物倾向向形成六方形成六方ZnS结构（构（ZnO、BeO）7 72024/9/182024/9/18l立方立方ZnS Zn
4、S 立方晶系（立方晶系（ZnSZnS）闪锌矿）闪锌矿la0.540nm，晶胞分子数，晶胞分子数4l可看作：可看作：Zn和和S各对应一套面心立方格各对应一套面心立方格子沿体对角方向相互穿叉，位移子沿体对角方向相互穿叉，位移a/48 82024/9/182024/9/18l堆积方式：堆积方式：S2面心体方排列，面心体方排列，Zn2填充填充1/2四面体空隙之中（类似于金刚石结构），四面体空隙之中（类似于金刚石结构），4个个Zn2分别交叉地分布于分别交叉地分布于4条体对角线条体对角线的的1/4和和3/4处处l按离子晶体规律：按离子晶体规律：ZnSr/r0.436，CN应应=6，但实际但实际CN4，原因
5、：，原因：S2半径大，易变形，极化使半径大，易变形，极化使Zn-S键具有相键具有相当程度共价键成分当程度共价键成分10102024/9/182024/9/184.4.） 六方六方ZnSZnS（纤锌矿）型（纤锌矿）型六方堆积：六方堆积：ABAB11112024/9/182024/9/18l纤锌矿ZnS型型ZnSl l六方晶系六方晶系l la0.382nm，c0.625nml l六方原始格子六方原始格子l lZn、S各一套穿插而成各一套穿插而成l l晶胞分子数为晶胞分子数为2l lS2构成六方密堆积构成六方密堆积Zn2填充填充1/2四面体空隙四面体空隙12122024/9/182024/9/18l
6、纤锌矿和和闪锌矿：均由均由ZnS四面体四面体单元构元构成，只是成，只是纤锌矿四面体四面体层配置配置为ABAB，而，而闪锌矿四面体四面体层配置配置为ABCABC堆堆积两种两种ZnSZnS结构：结构：ZnSZnS四面体堆积方式不同四面体堆积方式不同l l六方六方ZnS中中：R+/R-=0.436，极化造成一定共，极化造成一定共价成分，价成分，CN不为不为6，CN413132024/9/182024/9/182.2.AX2 2型型结构构l1).萤石石结构构CaF2l l立方晶系：立方晶系：a0.545nml lr/r0.975l lCN（Ca2）8l l面心立方格子面心立方格子Ca2一套，一套，F两
7、套穿插而成两套穿插而成l l可看成：可看成：Ca2按面心立方密按面心立方密堆积，堆积，F填充全部四面体空隙填充全部四面体空隙l l立方体晶胞共棱连接立方体晶胞共棱连接l l一半立方体空隙未填充一半立方体空隙未填充14142024/9/182024/9/18l l结构较为开放：结构较为开放：结构较为开放：结构较为开放：CaCaCaCa2 2 2 2尺寸与尺寸与尺寸与尺寸与F F F F- - - -相近，故相近，故相近，故相近，故CaCaCaCa2 2 2 2被撑开，被撑开，被撑开，被撑开，空隙较大，且空隙较大，且空隙较大，且空隙较大，且CaCaCaCa2 2 2 2数目比数目比数目比数目比F
8、F F F- - - -少一半，少一半，少一半，少一半， Ca Ca Ca Ca2 2 2 2与空隙交与空隙交与空隙交与空隙交错排列，故晶胞中心孔隙很大错排列，故晶胞中心孔隙很大错排列，故晶胞中心孔隙很大错排列，故晶胞中心孔隙很大l l代表物质：代表物质：ZrO2，CeO2等等l l键力强，熔点均较高键力强，熔点均较高键力强，熔点均较高键力强，熔点均较高l l反萤石结构：反萤石结构：l l阳离子、阴离子位置与阳离子、阴离子位置与萤石型结构完全相反萤石型结构完全相反如：如：Li2O，Na2O等等15152024/9/182024/9/18l l反萤石结构键力较弱，结构松弛，熔点较低反萤石结构键力
9、较弱，结构松弛，熔点较低反萤石结构键力较弱，结构松弛，熔点较低反萤石结构键力较弱，结构松弛，熔点较低l l结构和性质的关系：结构和性质的关系：结构和性质的关系：结构和性质的关系：l l萤石（反萤石）结构：晶胞中均有较大空隙未填满，萤石（反萤石）结构：晶胞中均有较大空隙未填满，萤石（反萤石）结构：晶胞中均有较大空隙未填满，萤石（反萤石）结构：晶胞中均有较大空隙未填满，111111111111面网上存在毗邻同号离子层面网上存在毗邻同号离子层面网上存在毗邻同号离子层面网上存在毗邻同号离子层l l静电斥力静电斥力静电斥力静电斥力八面体解理八面体解理八面体解理八面体解理l l空隙有利于离子迁移空隙有利于
10、离子迁移空隙有利于离子迁移空隙有利于离子迁移l lCeOCeOCeOCeO2 2 2 2等材料可作为高温燃料等材料可作为高温燃料等材料可作为高温燃料等材料可作为高温燃料电池中构成离子导电通路的新电池中构成离子导电通路的新电池中构成离子导电通路的新电池中构成离子导电通路的新型固体电介质材料型固体电介质材料型固体电介质材料型固体电介质材料17172024/9/182024/9/18l2）.金红石金红石TiO2结构结构lTiO2的三种晶型：的三种晶型：l板钛矿、锐钛矿和金红石板钛矿、锐钛矿和金红石l l四方晶系，四方晶系，a0.459，c0.296nml lR/R-=0.522，CN（Ti4）6，钛
11、填充八，钛填充八面体空隙，形成面体空隙，形成TiO6八面体八面体l lO2近似作六方密堆积，近似作六方密堆积，Ti4+位于位于1/2八面体空隙之中八面体空隙之中晶胞分子数晶胞分子数2l l代表物质：代表物质：GeO2，PbO等等最稳定最稳定最稳定最稳定TiO18182024/9/182024/9/18TiO金红石晶胞CN(O)3，每个，每个O同时被同时被3个个TiO6八面体共用，相邻八面体共用，相邻八面体共棱形成长链，链与八面体共棱形成长链，链与链之间链之间TiO6以共顶连接形以共顶连接形成三维骨架成三维骨架20202024/9/182024/9/182.3.ABO3型晶体结构型晶体结构l l
12、钙钛矿结构钙钛矿结构(CaTiO3) 正交晶系正交晶系正交晶系正交晶系和和和和立方晶系立方晶系立方晶系立方晶系两两两两种种种种变变体体体体; ;l立方钙钛矿立方钙钛矿O2-和和Ca2半径相似，共同构成面心立方堆积，半径相似，共同构成面心立方堆积，Ca2占据顶角，占据顶角，O2占据面心，占据面心，Ti4填充填充1/4TiO6八面体空隙八面体空隙Ti4+，CN6；Ca2,CN12晶胞分子数晶胞分子数121212024/9/182024/9/18钙钛矿型晶体结构钙钛矿型晶体结构CaCa2 2占据顶角，占据顶角，占据顶角，占据顶角，OO2 2占据面心，占据面心，占据面心，占据面心，TiTi4 4位于晶
13、胞中心位于晶胞中心位于晶胞中心位于晶胞中心CaCa2 2TiTi4 4O O2 2Ca2 CN12情况22222024/9/182024/9/18TiO八面体共顶形成三维网络八面体共顶形成三维网络23232024/9/182024/9/182.3.1.钙钛矿结构的演变钙钛矿结构的演变钙钛矿晶胞钙钛矿晶胞钙钛矿晶胞钙钛矿晶胞原子位移、替代原子位移、替代原子位移、替代原子位移、替代100100100100多种变体多种变体多种变体多种变体压电材料压电材料压电材料压电材料Pb(Zr,Ti)OPb(Zr,Ti)O3 3电致伸缩材料电致伸缩材料电致伸缩材料电致伸缩材料Pb(Mg,Nb)OPb(Mg,Nb)
14、O3 3磁阻材料磁阻材料磁阻材料磁阻材料(La,Ca)MnO(La,Ca)MnOl l钙钛矿结构：钙钛矿结构：ABO3，l lB：过渡金属，：过渡金属，4价，价，CN6；BO八面体线性共顶连接八面体线性共顶连接l lA：2价，单胞中心价，单胞中心24242024/9/182024/9/18（一）、从钙钛矿原型（一）、从钙钛矿原型变体的变化变体的变化保持结构基本骨架，键长、键角变化：保持结构基本骨架，键长、键角变化：位移型，扭转型，混合型位移型，扭转型，混合型(1).位移型：阳离子偏离中心，沿某方向位移。位移型：阳离子偏离中心，沿某方向位移。BaTiO3BaTiO3BaTiO3低于低于130oC
15、，Ti4偏心位移偏心位移立方顺电相立方顺电相四方铁电相四方铁电相26262024/9/182024/9/18l l四方铁电相：固有自发极化（无外场）四方铁电相：固有自发极化（无外场）l lBa2+、Ti4+和和O2-各占据不同位置（各占据不同位置（Ti4+和和O2-偏离对称位置）偏离对称位置）正、负极性中心不重正、负极性中心不重合；合；l l每个晶胞均具有永久离子偶极；每个晶胞均具有永久离子偶极；l l120以上四方晶胞转变为立方顺电相：无以上四方晶胞转变为立方顺电相：无自发极化，无铁电性。自发极化，无铁电性。l l铁电材料大电容电容器，铁电存储器铁电材料大电容电容器，铁电存储器2727202
16、4/9/182024/9/18(2).扭转型：扭转型：阴离子氧八面体相对各轴扭转阴离子氧八面体相对各轴扭转l l如：钙钛矿如：钙钛矿四方钨青铜（四方钨青铜（TTB）结构）结构MxWO3：(3).混合型：以上两种效应兼具混合型：以上两种效应兼具28282024/9/182024/9/18(二二)钙钛矿结构的演变原子替代钙钛矿结构的演变原子替代l l该结构晶体种类繁多，该结构晶体种类繁多，A、B离子扮演重要角色离子扮演重要角色l l高电价高电价高电价高电价B B离子离子离子离子CNCN6 6，部分共价键特征，部分共价键特征，部分共价键特征，部分共价键特征l l较小极化性能较小极化性能较小极化性能较
17、小极化性能A A离子离子离子离子，CNCN1212，离，离，离，离子键特征子键特征子键特征子键特征l l 结构单元：结构单元：结构单元：结构单元：氧八面体氧八面体氧八面体氧八面体l lA A、B B离子价态调整，为平衡电荷，离子价态调整，为平衡电荷，离子价态调整，为平衡电荷，离子价态调整，为平衡电荷，必然出现氧空位必然出现氧空位必然出现氧空位必然出现氧空位V VOOl lA A与与与与OO密排，交互作用强，对密排，交互作用强，对密排，交互作用强，对密排，交互作用强，对V VOO形形形形成作用关键成作用关键成作用关键成作用关键l lB B与与与与OO形成形成形成形成OO八面体，具有桡性，接受氧空
18、位八面体，具有桡性，接受氧空位八面体，具有桡性，接受氧空位八面体，具有桡性，接受氧空位29292024/9/182024/9/18l l理想钙钛矿结构：理想钙钛矿结构：ABO3l l高电阻、高介电常数材料：高电阻、高介电常数材料：高电阻、高介电常数材料：高电阻、高介电常数材料：PZTPZT陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷l lA变价变价23：形成：形成VO部分部分B变价变价l l半导体、导体、超导体半导体、导体、超导体半导体、导体、超导体半导体、导体、超导体l lCaMnOCaMnO3 3：绝缘体：绝缘体：绝缘体：绝缘体A A位位位位CaCa2 2被被被被LaLa3 3取代取代取代取代- -导体导体导体导体(
19、 (部分部分部分部分MnMn4 4MnMn3 3) ) LaLa1-x1-xCaCax xMnOMnO3 3高导电、大磁阻高导电、大磁阻高导电、大磁阻高导电、大磁阻演变演变30302024/9/182024/9/182.4金刚石和石墨结构金刚石和石墨结构31312024/9/182024/9/181).金刚石结构金刚石结构l立方晶系，立方晶系，a0.356nml面心立方格子面心立方格子l与立方与立方ZnS结构类似结构类似lC原子分布于顶角、面心，另原子分布于顶角、面心，另4个个C分别交叉地分布于分别交叉地分布于4条体对角线的条体对角线的1/4和和3/4处（即占据处（即占据1/2四面体空隙）四面
20、体空隙）l代表物质：代表物质：Si，Ge，Sn等等32322024/9/182024/9/18金刚石结构类似于闪锌金刚石结构类似于闪锌矿结构（将其中所有原矿结构（将其中所有原子替换为子替换为C C）结构基元结构基元:C234342024/9/182024/9/182).石墨结构石墨结构l l六方晶系，六方晶系，a0.146，b0.670nml lC原子层状排列，同层中原子层状排列，同层中C原子等距连成六原子等距连成六元环（正六边形），距离为元环（正六边形），距离为0.142nm，C原原子层间距离子层间距离0.335nm；l l同层内共价键相连，层间同层内共价键相连，层间C原子以范德华力原子以范
21、德华力相连；相连；C原子四个外层电子在层内形成三个原子四个外层电子在层内形成三个共价键，多余一个电子可以在层内移动共价键，多余一个电子可以在层内移动（类似于金属只有电子）（类似于金属只有电子）35352024/9/182024/9/18石墨结构决定了：石墨在：石墨在平行于平行于C C层方向具有良好层方向具有良好导电性；硬度低、易加工；导电性；硬度低、易加工；熔点高；润滑感熔点高；润滑感36362024/9/182024/9/182.4.1.插层反应插层反应 结构演变导致性能变化结构演变导致性能变化l l层状化合物：石墨，粘土层状化合物：石墨，粘土层状化合物：石墨，粘土层状化合物：石墨，粘土l
22、l层内：共价键；层键：范氏力等层内：共价键；层键：范氏力等层内：共价键；层键：范氏力等层内：共价键；层键：范氏力等l l插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物（亚稳）（反应可逆：去插层反应）（亚稳）（反应可逆：去插层反应）（亚稳）（反应可逆：去插层反应）（亚稳）（反应可逆：去插层反应）l l插层化合物性质发生变化，插层化合物性质发生变化，插层化合物性质发生变化，插层化合物性质发生变化，如插层石墨导电性增大、插如插层石墨导电性增大、插如插层石墨导电性增大、插如插层石墨导电性增
23、大、插层化合物用于能量储藏（利层化合物用于能量储藏（利层化合物用于能量储藏（利层化合物用于能量储藏（利用插层和去插层来充放电）用插层和去插层来充放电）用插层和去插层来充放电）用插层和去插层来充放电）与电子装置中与电子装置中与电子装置中与电子装置中插层石墨插层石墨插层石墨插层石墨37372024/9/182024/9/182.5硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构l自然矿物是制造所有陶瓷材料的重要原料自然矿物是制造所有陶瓷材料的重要原料l地壳中最丰富的两种元素：硅和氧地壳中最丰富的两种元素：硅和氧l硅酸盐占所有矿物的硅酸盐占所有矿物的1/31/3以上以上l研究硅酸盐矿物结构研究硅酸盐矿物结构 必要性！必
24、要性！38382024/9/182024/9/181.无机硅酸盐的结构单元无机硅酸盐的结构单元硅氧四面体硅氧四面体SiO44(1)硅原子的外层电子结构硅原子的外层电子结构Si1S22S22P63S23P23s电子移电子移至至3p轨道形成四个等价的轨道形成四个等价的SP3杂化轨道杂化轨道四面体排列四面体排列39392024/9/182024/9/18(2)硅氧四面体硅氧四面体Si的的四四个个等等价价SP3杂杂化化轨轨道道各各与与一一个个氧氧键键合合，形形成成硅硅氧氧四四面面体体SiO44无无机机硅硅酸酸盐盐结结构构亚亚单单元元；极性结构极性结构40402024/9/182024/9/18SiO键
25、：键：离子键和共价键各占离子键和共价键各占1/2硅氧四面体可孤立存在也可共顶连接，硅氧四面体可孤立存在也可共顶连接，每个每个O最多被两个四面体共有最多被两个四面体共有41412024/9/182024/9/182.无机硅酸盐在空间的结合无机硅酸盐在空间的结合 (1)(1) 结构亚单元间的结合形式结构亚单元间的结合形式 A A、直接连接共顶、直接连接共顶( (共用顶角氧共用顶角氧);); B B、间接连接、间接连接 a a、离子键键合：为达电中性引入、离子键键合：为达电中性引入 正离子而形成的离子键正离子而形成的离子键; ; b b、分子间力：、分子间力：亚单元亚单元(及其结合体及其结合体)间的
26、间的Vanderwaals力力; ;42422024/9/182024/9/18由由于于氧氧原原子子用用于于键键合合的的是是两两个个具具有有方方向向性性的的轨轨道道，所所以以SiO44亚亚单单元元之之间间通通常常以以共共顶顶相相连连接接，偶偶尔尔共共棱棱，从从不不共共面面 （泡泡林林规规则则：Si高高电电价价、低配位）低配位）43432024/9/182024/9/183.硅酸盐晶体结构特点：硅酸盐晶体结构特点：1.SiO4是结构基础是结构基础2.Si4间不直接相键，通过间不直接相键，通过O2-来实现来实现3.SiO4每个顶点，即每个顶点，即O2最多能被最多能被2个个SiO4所共用所共用4.两
27、个相邻的两个相邻的SiO4之间可以共顶，而不之间可以共顶，而不以共棱，共面相连接以共棱，共面相连接44442024/9/182024/9/184.硅酸盐化学式表示方法：硅酸盐化学式表示方法：1).氧化物式：先低价、后高价，氧化物式：先低价、后高价，SiO2在在最后，之后写结构水、层间水最后，之后写结构水、层间水()l【Eg.】钾长石钾长石l高岭土高岭土l多水高岭土多水高岭土45452024/9/182024/9/182).结构式：以结构单元为主体，先与硅结构式：以结构单元为主体，先与硅氧团相连的金属离子、后硅氧团，之氧团相连的金属离子、后硅氧团，之后写结构水、层间水后写结构水、层间水()l【E
28、g.】钾长石钾长石l高岭土高岭土l多水高岭土多水高岭土46462024/9/182024/9/18硅酸盐矿物中的水分子硅酸盐矿物中的水分子1).吸附水：中性水分子，不参与晶体结吸附水：中性水分子，不参与晶体结构，物理吸附于矿物颗粒表面构，物理吸附于矿物颗粒表面/缝隙，缝隙，含量不固定，含量不固定，100以上逸出以上逸出2).结构水：（化合水）以结构水：（化合水）以OH存在，参存在，参与晶体结构，占据晶格固定位置，含与晶体结构，占据晶格固定位置，含量比确定，量比确定，6001000逸出导致结构逸出导致结构破坏重组破坏重组47472024/9/182024/9/183).层间水：层状硅酸盐结构层之
29、间，中性层间水：层状硅酸盐结构层之间，中性水分子，参与晶体结构，含量大范围波水分子，参与晶体结构，含量大范围波动，动，110以上大量逸出以上大量逸出Eg.蒙脱石蒙脱石l层间水含量受交换阳离子及空气潮湿环层间水含量受交换阳离子及空气潮湿环境影响，吸水膨胀性（层间距境影响，吸水膨胀性（层间距），水分），水分子逸出，层间距子逸出，层间距杨为中杨为中 材料物理化学材料物理化学48482024/9/182024/9/185.常见无机硅酸盐的结构形式常见无机硅酸盐的结构形式 a a、岛状：、岛状： 不共顶不共顶 1 1：4 4 双岛状：共用双岛状：共用1 1顶顶 2 2：7 7 b b、环状：共用、环状：
30、共用2 2顶顶 1 1：3 3 c c、单链状：共用、单链状：共用2 2顶顶 1 1：3 3 双链状：平均共双链状：平均共2 2个半顶个半顶 4 4：1111 d d、层状：、层状： 共用共用3 3顶顶 4 4：1010 e e、网状（架）：共用、网状（架）：共用4 4顶顶 1 1：2 2硅氧四面体硅氧四面体硅酸盐硅酸盐b.b.双岛状、环状双岛状、环状组群状组群状（共用（共用1 1顶或顶或2 2顶）顶）Si/OSi/O比比Si/O比比49492024/9/182024/9/18A A、岛状硅酸盐岛状硅酸盐 （1 1）无连接：）无连接： 单岛状结构，单岛状结构，SiOSiO4 4 4 4 （2
31、2）共用一顶：）共用一顶： 双岛状结构，双岛状结构，SiSi2 2O O7 7 6 650502024/9/182024/9/18 在在岛岛状状结结构构硅硅酸酸盐盐中中，硅硅氧氧四四面面体体相相互互不不连连接接而而各各自自孤孤立立，以以阴阴离离子子团团的的形形式式存存在在。处处于于硅硅酸酸盐盐结结构构中中的的正离子起双重作用：正离子起双重作用： (1)(1)、保证电中性、保证电中性 (2)(2)、以离子键间接连接阴离子团、以离子键间接连接阴离子团51512024/9/182024/9/18岛状结构岛状结构:镁橄榄石镁橄榄石SiOSiO4 4 孤立孤立孤立孤立MgMg2 2形成形成形成形成MgO
32、MgO6 6 连接连接连接连接SiOSiO4 4 单元单元单元单元Zeberget 52522024/9/182024/9/18三节环（三元环三节环（三元环、三方环）、三方环）四节环四节环六节环六节环SiSi6 6O O1818 1212SiSi4 4O O1212 8 8SiSi3 3O O9 9 6 6B B、环状硅酸盐环状硅酸盐 环状，共用环状，共用2 2顶：顶： 环状结构单独存在，通过其他阳离子相连环状结构单独存在，通过其他阳离子相连l l实例：绿柱石实例：绿柱石l lBe3Al2Si6O18l l六方晶系六方晶系l lSi6O1812-六节环六节环53532024/9/182024/
33、9/1854542024/9/182024/9/18桥氧和非桥氧桥氧和非桥氧SiO4之间的共用之间的共用O2电价已饱和，不电价已饱和，不和其他阳离子相配位，该和其他阳离子相配位，该O2为为桥氧桥氧.SiO4中中O2仅与一个仅与一个Si4相连，尚有相连，尚有剩余电价与其他阳离子相配位，称该剩余电价与其他阳离子相配位，称该O2为为非桥氧非桥氧.55552024/9/182024/9/18C C、链状硅酸盐链状硅酸盐1).1).单链状单链状 共用共用2 2顶：顶： SiSi2 2O O6 6 4 4 硅氧四面体通过桥氧相连，在一维方硅氧四面体通过桥氧相连，在一维方向无限延伸的链状结构向无限延伸的链状
34、结构56562024/9/182024/9/18辉石辉石辉石辉石R R2 2SiSi2 2OO6 6硅灰石中硅灰石中硅灰石中硅灰石中SiSi3 3OO9 9 翡翠翡翠即硬玉，属辉石类，单斜晶系、两组完全解理。主要组成物为硅酸铝即硬玉，属辉石类，单斜晶系、两组完全解理。主要组成物为硅酸铝即硬玉，属辉石类，单斜晶系、两组完全解理。主要组成物为硅酸铝即硬玉，属辉石类，单斜晶系、两组完全解理。主要组成物为硅酸铝钠钠钠钠NaAlNaAl9 9(Si(Si2 2OO6 6) )，宝石矿中含有超过，宝石矿中含有超过，宝石矿中含有超过，宝石矿中含有超过50%50%以上的硅酸铝钠才被视为翡翠。以上的硅酸铝钠才被
35、视为翡翠。以上的硅酸铝钠才被视为翡翠。以上的硅酸铝钠才被视为翡翠。58582024/9/182024/9/182)2)、双链状、双链状硅酸盐硅酸盐 平均共用两个半顶平均共用两个半顶 SiSi4 4O O1111 6 6两条相同的单链通过尚未公用的氧连起来在一维方向无限延伸的带状结构双链：闪石中双链：闪石中Si4O11通过一个辉石通过一个辉石单链镜面的反映成双而得单链镜面的反映成双而得59592024/9/182024/9/18全称透闪石玉，又叫软玉，由透闪石矿物组成。一是辽宁岫岩老玉跟河全称透闪石玉，又叫软玉，由透闪石矿物组成。一是辽宁岫岩老玉跟河全称透闪石玉，又叫软玉，由透闪石矿物组成。一是
36、辽宁岫岩老玉跟河全称透闪石玉，又叫软玉，由透闪石矿物组成。一是辽宁岫岩老玉跟河磨，二是新疆，三、青海，四、俄罗斯。磨，二是新疆，三、青海，四、俄罗斯。磨，二是新疆，三、青海，四、俄罗斯。磨，二是新疆，三、青海，四、俄罗斯。羊脂白玉羊脂白玉 、黄、黄白玉白玉 、青白玉 、碧玉 、墨玉等61612024/9/182024/9/18链状结构硅酸盐的解理链状结构硅酸盐的解理链链状状结结构构硅硅酸酸盐盐中中，链链上上为为键键合合较较强强的的Si-O共共价价键键，不不易易断断裂裂；链间链间M-O键合相对较弱，易断裂键合相对较弱，易断裂因此在受外力作用时，沿链间因此在受外力作用时，沿链间一定角度解理为柱体或
37、纤维一定角度解理为柱体或纤维Eg.角闪石石棉呈细长纤维状角闪石石棉呈细长纤维状由于双链结构单元的解理所致由于双链结构单元的解理所致62622024/9/182024/9/18D D、层状结构层状结构硅酸盐硅酸盐 层状，共用三个顶：层状，共用三个顶： SiSi4 4O O1010 4 4剩余剩余剩余剩余1 1 1 1个个个个活性氧活性氧活性氧活性氧63632024/9/182024/9/18层层状状结结构构硅硅酸酸盐盐的的结结构构单单元元SiO4通通过过三三个个桥桥氧氧相相连连，在在二二维维方向无限延伸构成硅氧四面体层方向无限延伸构成硅氧四面体层硅硅氧氧四四面面体体中中非非桥桥氧氧一一般般由由阳
38、阳离离子子 以以 CN 6相相 连连 构构 成成 AlO6、MgO6等八面体等八面体64642024/9/182024/9/18层状硅酸盐结构中八面体层和四面体层状硅酸盐结构中八面体层和四面体层的连接方式有两种：层的连接方式有两种：1:11:1型（单网层）：一层四面体层和型（单网层）：一层四面体层和型（单网层）：一层四面体层和型（单网层）：一层四面体层和一层八面体层相连一层八面体层相连一层八面体层相连一层八面体层相连2:12:1型（复网层）：型（复网层）：型（复网层）：型（复网层）：两层四面体层中间两层四面体层中间两层四面体层中间两层四面体层中间夹一层八面体层相夹一层八面体层相夹一层八面体层相
39、夹一层八面体层相连连连连65652024/9/182024/9/18二八面体二八面体和和三八面体三八面体非桥氧和非桥氧和Al3、Mg2等阳离子相连等阳离子相连构成八面体（构成八面体（4个个O、2个个OH构成）构成）.二八面体：二八面体：八面体空隙八面体空隙2/3被金属离子填满被金属离子填满,八面体共棱相连，八面体共棱相连，O2被两个金属阳离子共用被两个金属阳离子共用三八面体：三八面体：八面体空隙全被金属离子填满八面体空隙全被金属离子填满,八面体共棱相连，八面体共棱相连，O2被三个金属阳离子共用被三个金属阳离子共用杨为中杨为中 材料物理化学材料物理化学66662024/9/182024/9/18
40、二八面体：Alo八面体高龄石结构单元高龄石结构单元AlO八面体八面体八面体八面体Al3+CN=6，与与Al相相键合的每个价合的每个价键S=3/6=1/2四面体四面体Si4+CN=4，与与Si相相键合的每个价合的每个价键S=4/4=111/21/2每个每个O2两价：两价：2个个Al3各从各从O2分分1/2价，价，Si4分另分另1价，价键平衡，故八面体中价，价键平衡，故八面体中O2被两个阳被两个阳离子共用离子共用二八面体二八面体杨为中杨为中 材料物理化学材料物理化学67672024/9/182024/9/18三八面体：三八面体：MgMgO O八面体八面体八面体八面体Mg2+CN=6，与与Mg相相键
41、合的每个合的每个价价键S=2/6=1/3四面体四面体Si4+CN=4，与与Si相相键合的每个价合的每个价键S=4/4=1滑石结构滑石结构每个每个O2两价：两价：3个个Mg2各从各从O2分分1/3价，价，Si4分另分另1价，价键平衡，故八面体中价，价键平衡，故八面体中O2被三个阳被三个阳离子共用离子共用三八面体三八面体68682024/9/182024/9/18层间离子键、分子间力或层间离子键、分子间力或H键连系键连系.层中离子取代：层中离子取代：如：如：SiO4层中部分层中部分Si4被被Al3取代；取代；AlO6层中部分层中部分Al3被被Mg2取代，为平衡结构中多余负电取代，为平衡结构中多余负
42、电荷，引入低电价、半径大的其他阳离荷，引入低电价、半径大的其他阳离子（如子（如Na，K）：）：离子健离子健l lAlO6层中的取代，结合并不牢固，一定层中的取代，结合并不牢固，一定条件下可进行阳离子交换条件下可进行阳离子交换l lSiO4层中的取代，且量较多，层间产生层中的取代，且量较多，层间产生离子键作用，结合牢固离子键作用，结合牢固69692024/9/182024/9/18层间不同的连接方式决定层状结构硅酸层间不同的连接方式决定层状结构硅酸盐的机械性能盐的机械性能看几个例子：看几个例子：高岭石：高岭石：氢键氢键滑石：滑石：范德瓦尔键范德瓦尔键蒙脱石：蒙脱石：范德瓦尔键范德瓦尔键云母：云母
43、：离子键离子键杨为中杨为中 材料物理化学材料物理化学70702024/9/182024/9/18高岭石高岭石l l1：1型，一层四面体层和一层八面体层沿型，一层四面体层和一层八面体层沿C轴方向无限重复而成；轴方向无限重复而成；l l两层结构单位在两层结构单位在ab平面无限伸展平面无限伸展l l层间靠氢键相连，易解理；层间靠氢键相连，易解理；高岭石沿高岭石沿c c轴投影轴投影二层二层71712024/9/182024/9/18高龄石结构：单网层、层间氢键高龄石结构：单网层、层间氢键高龄石结构：单网层、层间氢键高龄石结构：单网层、层间氢键72722024/9/182024/9/18高龄石结构单元高
44、龄石结构单元AlO八面体层中此层为八面体层中此层为OH离子，通过此离子，通过此层的层的H键作用与其他层相连接键作用与其他层相连接l l每个每个Al3同时和同时和2个个O2、4个个OH相连，形相连，形成成AlO(OH)4八面体，八面体，硅氧层和水铝石层构硅氧层和水铝石层构成单网层成单网层l lAl3填充填充2/3八面体空八面体空隙二八面体层隙二八面体层73732024/9/182024/9/18l l同晶置换同晶置换：四面体中：四面体中Si4被被Al3或或M2+取代，取代，多余负电荷，高岭石带负电多余负电荷，高岭石带负电l l离子取代不易，仅在最外层结构发生离子取代不易，仅在最外层结构发生l l
45、为平衡多余负电荷，层间吸附为平衡多余负电荷，层间吸附K、Na、Ca等等离子，结合不稳，可与其他离子进行交换离子，结合不稳，可与其他离子进行交换l l层间氢键较强，可交换阳离子容量低层间氢键较强，可交换阳离子容量低l l高岭石层间含水多水高岭石高岭石层间含水多水高岭石c轴伸长轴伸长高岭石高岭石KCa2+高岭石高岭石CaK+叶蜡石复网层叶蜡石复网层Al2Si4O10(OH)2l l两层硅氧四面体两层硅氧四面体l l一层铝氧八面体一层铝氧八面体l l八面体为八面体为AlO4(OH)2l l4个个O，2个个OHl l层间：层间：范氏力：片状解理范氏力：片状解理74742024/9/182024/9/1
46、8三层三层76762024/9/182024/9/18滑石滑石Mg3(Si4O10)(OH)2-复网层复网层l l单斜晶系，两层硅氧四面体中间夹一层镁单斜晶系，两层硅氧四面体中间夹一层镁氧（氢氧）三八面体组成氧（氢氧）三八面体组成l l看作叶蜡石中看作叶蜡石中2个个Al3+被被3个个Mg2取代，取代，Mg2填满全部八面体空隙（三八面体）填满全部八面体空隙（三八面体）l l八面体层：八面体层：MgO4(OH)2水镁层水镁层/水氢氧层水氢氧层l l层间：范德华力解理完全，滑腻感层间：范德华力解理完全，滑腻感77772024/9/182024/9/18滑石结构滑石结构复网层，层间范氏力复网层，层间范
47、氏力78782024/9/182024/9/18蒙脱石复网层结构蒙脱石复网层结构l lAl2Si4O10(OH)8xnH2Ol l叶蜡石含层间水叶蜡石含层间水l l两层硅氧四面体两层硅氧四面体 l l一层铝氧二八面体层一层铝氧二八面体层l l层间范德华力相连层间范德华力相连l l与多水高岭石不同：与多水高岭石不同：蒙脱石：含水量可变蒙脱石：含水量可变多水高岭石：水量有限多水高岭石：水量有限三层三层nH2OnH2O79792024/9/182024/9/18l l蒙脱石：含水量可变？蒙脱石：含水量可变？l lAlO八面体层中约八面体层中约1/3Al3可被可被Mg2取代，取代，复网层带负电（层间有
48、斥力）复网层带负电（层间有斥力）l l结构层中进入其他水化阳离子以平衡电价，结构层中进入其他水化阳离子以平衡电价，水易渗透进层间膨胀，进入的正离子易于被水易渗透进层间膨胀，进入的正离子易于被交换可交换阳离子容量大交换可交换阳离子容量大l l(Al2xMgx)Si4O10(OH)8(MxnH2O)l lM如如Na，Ca2，以水化阳离子形式进入，以水化阳离子形式进入l lC C值随结构层间水分子及交换阳离子情况改变值随结构层间水分子及交换阳离子情况改变80802024/9/182024/9/18白云母白云母KAl2AlSi3O10(OH)2l复网层复网层2:1lSiO4层中离子取代：层中离子取代：
49、lAl31/4Si4l层间层间K平衡负电荷平衡负电荷l层间层间:离子键结合离子键结合l结合力较强结合力较强l l【Eg.】在实验中，从一种熔体玻璃中结晶在实验中，从一种熔体玻璃中结晶出层状晶体，经出层状晶体，经X射线衍射法鉴定，它们是射线衍射法鉴定，它们是单相（一种晶体结构）。化学分析表明其单相（一种晶体结构）。化学分析表明其具有复杂化学式：具有复杂化学式：KFAlF3BaOMgOAl2O35MgO5SiO2，请说明该晶体与何种，请说明该晶体与何种晶体类型有关晶体类型有关A.滑石、滑石、B.白云母、白云母、C.叶蜡石叶蜡石，并对其结构简单说明。并对其结构简单说明。滑石：滑石：Mg3(Si4O1
50、0)(OH)2白云母：白云母：KAl2AlSi3O10(OH)2叶蜡石：叶蜡石：Al2Si4O10(OH)281812024/9/182024/9/18l如何入手？如何入手？l l1.分析分析A滑石、滑石、B白云母、白云母、C叶蜡石结构；叶蜡石结构；l l2.该晶体结构？化学式该晶体结构？化学式结构式！结构式！l l3.比较说明。比较说明。l l解：解：解：解：A A、B B、C C：2 2：1 1型，层状结构型，层状结构型，层状结构型，层状结构l lA.A.滑石三八面体；滑石三八面体；滑石三八面体；滑石三八面体；C.C.叶蜡石二八面体叶蜡石二八面体叶蜡石二八面体叶蜡石二八面体B.B.白云母白
51、云母白云母白云母SiOSiO4 4 中中中中1/4Si1/4Si4 4被被被被AlAl3 3取代，多余负电荷取代，多余负电荷取代，多余负电荷取代，多余负电荷由层间进入由层间进入由层间进入由层间进入KK平衡平衡平衡平衡l l该晶体：化学式该晶体：化学式该晶体：化学式该晶体：化学式结构式：结构式：结构式：结构式：KBaMgKBaMg6 6AlAl3 3SiSi5 5OO2020FF44l lSiOSiO4 4 中中中中4Si4Si4 4被被被被AlAl3 3取代，层间取代，层间取代，层间取代，层间KK、BaBa，F F- -取代取代取代取代OHOH- -，MgMg三八面体型，可见：与白云母相关三八
52、面体型，可见：与白云母相关三八面体型，可见：与白云母相关三八面体型，可见：与白云母相关82822024/9/182024/9/18滑石滑石Mg3(Si4O10)(OH)2白云母白云母KAl2AlSi3O10(OH)2叶蜡石叶蜡石Al2Si4O10(OH)283832024/9/182024/9/18E E、网状结构硅酸盐（架状）网状结构硅酸盐（架状） 共用四个顶角：共用四个顶角： l硅氧四面体排列成为具有三维网络空硅氧四面体排列成为具有三维网络空间的间的“架架”状状Si：O1：2l化学式：化学式：nSiO2l当当Al3取代取代Si4：则：则RAlSiO4或或AlSi3O8(Al+Si):O=1
53、:284842024/9/182024/9/18共用四个顶角共用四个顶角共用四个顶角共用四个顶角85852024/9/182024/9/18长石网（架）状硅酸盐结构长石网（架）状硅酸盐结构Al3Si4：同晶置换：同晶置换86862024/9/182024/9/18硅酸盐结构中的同晶置换硅酸盐结构中的同晶置换 网状结构硅酸盐的网状结构硅酸盐的SiO44中，常有中，常有一定数量的一定数量的Si原子被原子被Al原子置换，使原子置换，使某些氧原子产生不饱和的键合轨道，某些氧原子产生不饱和的键合轨道，晶体结构达不到电中性晶体结构达不到电中性同晶置换要求：两种原子的半径相差不同晶置换要求：两种原子的半径相
54、差不大，不影响晶体的结构状态大，不影响晶体的结构状态87872024/9/182024/9/18 为达到电中性，由正离子引入而存在于为达到电中性，由正离子引入而存在于网状结构的间隙中：（网状结构的间隙中：（正离子半径大、正离子半径大、电荷低，如荷低，如K，Na，Ca2等）等）a、保证整个结构的电中性、保证整个结构的电中性b、起离子键作用把带电价的络阴离子团联、起离子键作用把带电价的络阴离子团联接起来接起来88882024/9/182024/9/18典型例子典型例子长长石石族族为为网网状状结结构构硅硅酸酸盐盐中中的的一一族族重重要要岩岩石石矿矿物物，其其中中正正长长石石(高高温温钾钾长石长石)为
55、：为：KAlSi3O8结构中结构中1/4的的Si被被Al取代，取代，K+进入结构进入结构以平衡电荷以平衡电荷89892024/9/182024/9/18钾长石：钾长石：AlSi同晶置换导致同晶置换导致结构中结构中K+进入进入结构以平衡电荷结构以平衡电荷90902024/9/182024/9/18材料结构的演变材料结构的演变l晶体材料构造：点阵结构晶体材料构造：点阵结构+结构单元结构单元可看作：阳离子配位多面体的空间堆积可看作：阳离子配位多面体的空间堆积多面体连接：共顶、共棱、共面多面体连接：共顶、共棱、共面多面体连接构型的转换导致晶胞相变多面体连接构型的转换导致晶胞相变和结构演变和结构演变性能
56、改变性能改变.l结构决定性能！结构决定性能！91912024/9/182024/9/181.钙钛矿结构的演变钙钛矿结构的演变钙钛矿晶胞钙钛矿晶胞钙钛矿晶胞钙钛矿晶胞原子位移、替代原子位移、替代原子位移、替代原子位移、替代100100100100多种变体多种变体多种变体多种变体压电材料压电材料压电材料压电材料Pb(Zr,Ti)OPb(Zr,Ti)O3 3电致伸缩材料电致伸缩材料电致伸缩材料电致伸缩材料Pb(Mg,Nb)OPb(Mg,Nb)O3 3磁阻材料磁阻材料磁阻材料磁阻材料(La,Ca)MnO(La,Ca)MnOl l钙钛矿结构：钙钛矿结构：ABO3，l lB：过渡金属，：过渡金属，4价，价
57、，CN6；BO八面体线性共顶连接八面体线性共顶连接l lA：2价，单胞中心价，单胞中心92922024/9/182024/9/18（一）、从钙钛矿原型（一）、从钙钛矿原型变体的变化变体的变化保持结构基本骨架，键长、键角变化：保持结构基本骨架，键长、键角变化：位移型，扭转型，混合型位移型，扭转型，混合型(1).位移型：阳离子偏离中心，沿某方向位移。位移型：阳离子偏离中心，沿某方向位移。BaTiO3393K，Ti4偏心位移偏心位移四方铁电相四方铁电相立方顺电相立方顺电相94942024/9/182024/9/18l l四方铁电相：固有自发极化（无外场）四方铁电相：固有自发极化（无外场）四方铁电相：
58、固有自发极化（无外场）四方铁电相：固有自发极化（无外场）l lBaBa2+2+、TiTi4+4+和和和和OO2-2-各占据不同位置（各占据不同位置（各占据不同位置（各占据不同位置（TiTi4+4+和和和和OO2-2-偏离偏离偏离偏离对称位置）对称位置）对称位置）对称位置）正、负极性中心不重合；正、负极性中心不重合；正、负极性中心不重合；正、负极性中心不重合；l l每个晶胞均具有永久离子偶极；每个晶胞均具有永久离子偶极；每个晶胞均具有永久离子偶极；每个晶胞均具有永久离子偶极；l l120120以上四方晶胞转变为立方顺电相：无自发极以上四方晶胞转变为立方顺电相：无自发极以上四方晶胞转变为立方顺电相
59、：无自发极以上四方晶胞转变为立方顺电相：无自发极化，无铁电性。化，无铁电性。化，无铁电性。化，无铁电性。l l铁电材料大电容电容器，铁电存储器铁电材料大电容电容器，铁电存储器铁电材料大电容电容器，铁电存储器铁电材料大电容电容器，铁电存储器95952024/9/182024/9/18(2).扭转型：扭转型：阴离子氧八面体相对各轴扭转阴离子氧八面体相对各轴扭转l l如：钙钛矿如：钙钛矿四方钨青铜（四方钨青铜（TTB）结构）结构MxWO3：(3).混合型：以上两种效应兼具混合型：以上两种效应兼具96962024/9/182024/9/18(二二)钙钛矿结构的演变原子替代钙钛矿结构的演变原子替代l l
60、该结构晶体种类繁多，该结构晶体种类繁多，A、B离子扮演重要角色离子扮演重要角色l l高电价高电价高电价高电价B B离子离子离子离子CNCN6 6，部分共价键特征，部分共价键特征，部分共价键特征，部分共价键特征l l较小极化性能较小极化性能较小极化性能较小极化性能A A离子离子离子离子，CNCN1212，离，离，离，离子键特征子键特征子键特征子键特征l l 结构单元：结构单元：结构单元：结构单元：氧八面体氧八面体氧八面体氧八面体l lA A、B B离子价态调整，为平衡电荷，离子价态调整，为平衡电荷，离子价态调整，为平衡电荷，离子价态调整，为平衡电荷，必然出现氧空位必然出现氧空位必然出现氧空位必然
61、出现氧空位V VOOl lA A与与与与OO密排，交互作用强，对密排，交互作用强，对密排，交互作用强，对密排，交互作用强，对V VOO形形形形成作用关键成作用关键成作用关键成作用关键l lB B与与与与OO形成形成形成形成OO八面体，具有桡性，接受氧空位八面体，具有桡性，接受氧空位八面体，具有桡性，接受氧空位八面体，具有桡性，接受氧空位97972024/9/182024/9/18l l理想钙钛矿结构：理想钙钛矿结构：ABO3l l高电阻、高介电常数材料：高电阻、高介电常数材料：高电阻、高介电常数材料：高电阻、高介电常数材料：PZTPZT陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷l lA变价变价23：形成：形成VO部分部
62、分B变价变价l l半导体、导体、超导体半导体、导体、超导体半导体、导体、超导体半导体、导体、超导体l lCaMnOCaMnO3 3：绝缘体：绝缘体：绝缘体：绝缘体A A位位位位CaCa2 2被被被被LaLa3 3取代取代取代取代- -导体导体导体导体( (部分部分部分部分MnMn4 4MnMn3 3) ) LaLa1-x1-xCaCax xMnOMnO3 3高导电、大磁阻高导电、大磁阻高导电、大磁阻高导电、大磁阻演变演变98982024/9/182024/9/182.硅线石向莫来石的转变硅线石向莫来石的转变l l硅线石（硅线石（硅线石（硅线石（AlAl2 2OO3 3SiOSiO2 2）莫来石
63、（）莫来石（）莫来石（）莫来石（2Al2Al2 2OO3 3SiOSiO2 2）l l莫来石优质的高铝耐火材料莫来石优质的高铝耐火材料莫来石优质的高铝耐火材料莫来石优质的高铝耐火材料l l结构参数结构参数结构参数结构参数C C硅线石硅线石硅线石硅线石2C2C莫来石莫来石莫来石莫来石；l l可利用结构的演变，用硅线石合成莫来石可利用结构的演变，用硅线石合成莫来石可利用结构的演变，用硅线石合成莫来石可利用结构的演变，用硅线石合成莫来石l l硅线石：硅线石：硅线石：硅线石：SiOSiO4 4 和和和和AlOAlO6 6 交替排列组交替排列组交替排列组交替排列组成成成成AlSiOAlSiO5 5 双链
64、状双链状双链状双链状99992024/9/182024/9/18l l硅线石硅线石莫来石：莫来石：看作氧化铝取代硅线石中的看作氧化铝取代硅线石中的看作氧化铝取代硅线石中的看作氧化铝取代硅线石中的氧化硅演变而来氧化硅演变而来氧化硅演变而来氧化硅演变而来SiOSiO4 4 和和和和AlOAlO6 6 排列无序排列无序排列无序排列无序l l晶胞中晶胞中晶胞中晶胞中AlAl取代硅：取代硅：取代硅：取代硅：2SiO2SiO2 2AlAl2 2OO3 3：每取代两个：每取代两个：每取代两个：每取代两个SiSi失去失去失去失去1 1个个个个OO周围原子移动以重新配位周围原子移动以重新配位周围原子移动以重新配
65、位周围原子移动以重新配位l l硅线石中大量位置发生硅线石中大量位置发生硅线石中大量位置发生硅线石中大量位置发生莫来石莫来石莫来石莫来石莫来石莫来石1001002024/9/182024/9/183.插层反应插层反应 结构演变导致性能变化结构演变导致性能变化l l层状化合物：石墨，粘土层状化合物：石墨，粘土层状化合物：石墨，粘土层状化合物：石墨，粘土l l层内：共价键；层键：范氏力等层内：共价键；层键：范氏力等层内：共价键；层键：范氏力等层内：共价键；层键：范氏力等l l插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物插层反应：外来分子插入层间形成插层化合物插层反
66、应：外来分子插入层间形成插层化合物（亚稳）（反应可逆：去插层反应）（亚稳）（反应可逆：去插层反应）（亚稳）（反应可逆：去插层反应）（亚稳）（反应可逆：去插层反应）l l插层化合物性质发生变化，插层化合物性质发生变化，插层化合物性质发生变化，插层化合物性质发生变化，如插层石墨导电性增大、插如插层石墨导电性增大、插如插层石墨导电性增大、插如插层石墨导电性增大、插层化合物用于能量储藏（利层化合物用于能量储藏（利层化合物用于能量储藏（利层化合物用于能量储藏（利用插层和去插层来充方电）用插层和去插层来充方电）用插层和去插层来充方电）用插层和去插层来充方电）与电子装置中与电子装置中与电子装置中与电子装置中
67、插层石墨插层石墨插层石墨插层石墨101101杨为中杨为中 无机材料物理化学无机材料物理化学例题、例题、 金属铟具有四方结构，金属铟具有四方结构，a=0.325nm,c=0.495nm，密度为，密度为7.286g/cm3,原子量为原子量为114.82g/mol，请问铟是简单四方还是体心，请问铟是简单四方还是体心四方结构？四方结构？破题点：求晶胞中的原子数破题点：求晶胞中的原子数102102杨为中杨为中 无机材料物理化学无机材料物理化学l l简单四方晶胞原子数简单四方晶胞原子数1；体心四方晶胞原子数；体心四方晶胞原子数2l l由原子量知每个原子质量由原子量知每个原子质量114.82/6.02102
68、3=19.0710-23(g)l l由密度（由密度（g/cm3)知，单位体积的原子个数知，单位体积的原子个数7.286/19.0710-23=3.81022(个个/cm3)l l四方结构：晶胞体积四方结构：晶胞体积a2c0.052（nm3）=5.210-23(cm3)l l则晶胞中所含原子个数为：则晶胞中所含原子个数为：5.210-233.81022=1.98l l可见为体心四方结构。可见为体心四方结构。1031032024/9/182024/9/18作业：作业：l l1.试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比的轴比c/a1.633l l2.一个面心立方
69、紧密堆积的金属晶体，其原一个面心立方紧密堆积的金属晶体，其原子量为子量为M，密度是，密度是8.94g/cm3。试计算其晶。试计算其晶格常数和原子间距格常数和原子间距l l3.MgO具有具有NaCl结构。根据结构。根据O2-半径为半径为0.140nm和和Mg2+半径为半径为0.072nm，计算球状，计算球状离子所占据的体积分数和计算离子所占据的体积分数和计算MgO的密度。的密度。并说明为什么其体积分数小于并说明为什么其体积分数小于74.05%？1041042024/9/182024/9/18l l4.纯铁在纯铁在912由体心立方结构转变成面心由体心立方结构转变成面心立方，体积随之减小立方，体积随之减小1.06%。根据面心立方。根据面心立方结构的原子半径结构的原子半径R面心计算体心立方结构的面心计算体心立方结构的原子半径原子半径R体心体心l l5.金刚石结构中金刚石结构中C原子按面心立方排列，为原子按面心立方排列，为什么其堆积系数仅为什么其堆积系数仅为34%
