实验二十五 离子晶体的结构
离子晶体 PPT
二、晶胞类型
4、ZnS型晶胞
（1）阳离子的配位数：4 （2）阴离子的配位数：4 （3）一个ZnS晶胞中含：4个阳离子和4个阴离子
二、晶胞类型
科学视野 [阅读思考] 碳酸盐热分解的实质是什么？
表3-7的有关数值说明了什么？
组成碳酸盐中阳离子的金属的金属性越弱，金 属阳离子的半径越小，碳酸盐的热稳定性越差， 反之越好。
（3）
熔沸点较高，硬度较大， 难挥发难压缩。
离子晶体
part
二、晶胞类型 02
二、晶胞类型
1、氯化钠型晶胞 （1）钠离子和氯离子的位置
①、钠离子和氯离子位于立方体的顶角上， 并交错排列。
②、钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点， 或者反之。
二、晶胞类型
1、氯化钠型晶胞
（2）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数
离子晶体
离子晶体
Part01
Part02
一、离子晶体
Part03
二、晶胞类型
Contents 目录
三、晶格能
离子晶体
part
一、离子晶体 01
一、离子晶体
1、定义
2、构成微粒
3、粒子间作用力
离子间通过离子键结 合而成的晶体
阴阳离子
离子键
⑴、特征：无方向性和饱和性 ⑵、影响离子键强弱的因素： 阴、阳离子半径越小，电荷数越多，离子键越强
计算方法：均摊法 顶点占1/8；棱占1/4；面心占1/2；体心占1
（3）与Na+等距离且最近的Na+ 、Cl- 各有几个？
与Na+等距离且最近的Na+ 有：12个 与Na+等距离且最近的Cl- 有：6个
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食盐硬度
食盐熔点
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1.我公司将积极配合监理工程师及现 场监理 工程师 代表履 行他们 的职责 和权力 。
2.我公司在开工前，将根据合同中明 确规定 的永久 性工程 图纸， 施工进 度计划 ，施工 组织设 计等文 件及时 提交给 监理工 程师批 准。以 使监理 工程师 对该项 设计的 适用性 和完备 性进行 审查并 满意所 必需的 图纸、 规范、 计算书 及其他 资料； 也使招 标人能 操作、 维修、 拆除、 组装及 调整所 设计的 永久性 工程。
离子晶体熔、沸点的高低取决于离子键 的强弱，而离子晶体的稳定性又取决于 什么?在离子晶体中，构成晶体的粒子和 构成离子键的粒子是相同的，即都是阴、 阳离子。离子晶体发生三态变化，破坏 的是离子键。也就是离子键强弱即决定 了晶体熔、沸点的高低，又决定了晶体 稳定性的强弱。
一般地讲，化学式与结构相似的离子晶 体，阴、阳离子半径越小，离子电荷数 越高,离子键越强，熔、沸点越高。
练习
某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排 列方式如图所示(其中前后两面心上的B原子 未能画出)，晶体中A、B、C的中原子个数之 比依次为 A.1:3:1 B.2:3:1 C.2:2:1 D.1:3:3
A
练习
NaF，NaI，MgO均为离子化合物，根据下列数据，
这三种化合物的熔点高低顺序是( B )
3.在施工全过程中，严格按照经招标 人及监 理工程 师批准 的“施 工组织 设计” 进行工 程的质 量管理 。在分 包单位 “自检 ”和总 承包专 检的基 础上， 接受监 理工程 师的验 收和检 查，并 按照监 理工程 师的要 求，予 以整改 。
、4.贯彻总包单位已建立的质量控制 、检查 、管理 制度， 并据此 对各分 包施工 单位予 以检控 ，确保 产品达 到优良 。总承 包对整 个工程 产品质 量负有 最终责 任，任 何分包 单位工 作的失 职、失 误造成 的严重 后果， 招标人 只认总 承包方 ，因而 总承包 方必须 杜绝现 场施工 分包单 位不服 从总承 包方和 监理工 程师监 理的不 正常现 象。
高中化学：离子晶体的结构与性质
高中化学：离子晶体的结构与性质一、离子晶体的结构与性质：电负性较小的金属元素原子和电负性较大的非金属元素原子相互接近到一定程度而发生电子得失，形成阴阳离子，阴阳离子之间通过静电作用而形成的化学键称为离子键。
由离子键构成的化合物称为离子化合物。
阴阳离子间通过离子键相互作用，在空间呈现有规律的排列所形成的晶体叫做离子晶体。
离子晶体以紧密堆积的方式排列，阴阳离子尽可能接近，向空间无限延伸，形成晶体。
阴阳离子的配位数（指一个离子周围邻近的异电性离子的数目）都很大，故晶体中不存在单个的分子。
离子晶体中，阴、阳离子间有强烈的相互作用，要克服离子间的相互作用（离子键）使物质熔化或沸腾，就需要很高的能量。
离子晶体具有较高的熔沸点，难挥发、硬度大，易脆等物理性质。
离子晶体在固态时不导电，在熔融状态或水溶液中由于电离而产生自由移动的离子，在外加电场的作用下定向移动而导电。
大多数离子晶体易溶于水等极性溶剂，难溶于非极性溶剂。
离子晶体的性质还取决于该晶体的结构，下面是几种常见的离子晶体的结构：1、NaCl型晶体结构（面心立方）每个Na＋周围最邻近的Cl－有6个，每个Cl－周围最邻近的Na＋有6个，则Na＋、Cl－的配位数都是6。
因此整个晶体中， Na＋、Cl－比例为1：1，化学式为NaCl，属于AB型离子晶体。
同时，在NaCl 晶体中，每个Cl－周围最邻近的Cl－有12个，每个Na＋周围最邻近的Na＋也有12个。
2、CsCl型晶体结构（体心立方）每个Cs＋周围最邻近的Cl－有8个，每个Cl－周围最邻近的Na＋有8个，则Cs＋、Cl－的配位数都是8。
因此整个晶体中， Cs＋、Cl－比例为1：1，化学式为CsCl也属于AB型离子晶体。
在NaCl晶体中，每个Cl－周围最邻近的Cl－有8个，每个Cs＋周围最邻近的Cs＋也有8个。
3、CaF2型晶体结构：每个Ca 2＋周围最邻近的F－有8个，表明Ca 2＋的配位数为8。
每个F－周围最邻近的Ca 2 ＋有4个，表明F－的配位数是4。
离子晶体》课件完美版2
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3.在施工全过程中，严格按照经招标 人及监 理工程 师批准 的“施 工组织 设计” 进行工 程的质 量管理 。在分 包单位 “自检 ”和总 承包专 检的基 础上， 接受监 理工程 师的验 收和检 查，并 按照监 理工程 师的要 求，予 以整改 。
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3.在施工全过程中，严格按照经招标 人及监 理工程 师批准 的“施 工组织 设计” 进行工 程的质 量管理 。在分 包单位 “自检 ”和总 承包专 检的基 础上， 接受监 理工程 师的验 收和检 查，并 按照监 理工程 师的要 求，予 以整改 。
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、4.贯彻总包单位已建立的质量控制 、检查 、管理 制度， 并据此 对各分 包施工 单位予 以检控 ，确保 产品达 到优良 。总承 包对整 个工程 产品质 量负有 最终责 任，任 何分包 单位工 作的失 职、失 误造成 的严重 后果， 招标人 只认总 承包方 ，因而 总承包 方必须 杜绝现 场施工 分包单 位不服 从总承 包方和 监理工 程师监 理的不 正常现 象。
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教学重点
• 看懂离子晶体、原子晶体、分子晶体的空间 结构图。
• 各种晶体微粒组成、作用力、熔点硬度比较 • 由晶体结构图写物质的化学式 • 利用已知晶体结构图形进行相似结构的类推
2
一、离子晶体、原子晶体、分子晶体空间结构图形
离子晶体的晶胞课件
04
离子晶体晶胞的能带结构和电子状态
能带理论简介
能带理论是用来描述固体材料中电子 状态的模型，它将电子的运动状态与 材料的晶体结构相结合，解释了材料 的物理和化学性质。
能带的形成与原子之间的相互作用有 关，不同的晶体结构会导致不同的能 带结构。
晶格常数是离子晶体晶胞的基本 参数之一，它决定了晶胞的大小
和形状。
晶格常数通常由实验测定，并可 以通过X射线晶体学的方法精确
测定。
不同的离子晶体具有不同的晶格 常数，这是由于离子半径和离子
间的相互作用力不同所致。
配位数和致密度
配位数是指晶体中一个离子周 围最近的同种离子的数目，它 反映了晶体中离子的排列紧密 程度。
详细描述
在ZnS型离子晶体晶胞中，阳离子（如锌离子Zn2+）位于面心立方密排结构中，而阴离子（如硫离子 S2-）则填充在四面体空隙中。与NaCl型和CsCl型晶体不同，ZnS型晶体中的阳离子的配位数为4，阴 离子的配位数也为4，因此阴阳离子的半径比接近于1，具有较高的键强。
熔点
离子晶体晶胞的熔点是晶胞相变的 一个重要指标。熔点越高，晶胞的 热稳定性越好。
相变过程
研究离子晶体晶胞的相变过程有助 于了解晶胞在不同条件下的稳定性 。
影响离子晶体晶胞稳定性的因素
离子极化率
离子极化率越大，离子间的相互 极化作用越强，晶胞的稳定性越
差。
离子半径比
不同离子的半径比对晶胞的稳定 性也有影响。当半径比处于一定
离子晶体晶胞的几何特征
01
02
03
晶格常数
晶胞的三个边长称为晶格 常数，它们之间满足一定 的几何关系。
2020高考热点---离子晶体晶胞结构详细解析
= 58.5 / NA×4 a3
变式：若NaCl晶体的密度为ρg/cm3，则 NaCl晶体中Na ＋与Na+间的最短距离是多少？
6、NaCl型晶胞投影
8
7、NaCl型晶胞参数坐标
每个晶胞含有4个Cl－和4个Na＋， 它们的原子分数坐标为：
Na＋：1/2，1/2，1/2 1/2，0，0
Cl－： 0，0，0
22
22
22
B为( 1 , 1 , 1 ), ( 3 , 1 , 1 ), ( 1 , 3 , 1 ),( 1 , 1 , 3 ) 444 444 444 444
( 3 , 3 , 1 ), ( 3 , 1 , 3 ), ( 1 , 3 , 3 ),( 3 , 3 , 3 ) 444 444 444 444
填充最完整的一种晶胞 顶点（0，0，0） 面心(0，1/2，1/2)，(1/2，0，1/2)，(1/2，1/2，0)； 体心(1/2，1/2，1/2) 棱心(1/2，0，0)；(0，1/2，0)；(0，0，1/2)；
四面体全填充（1/4,1/4,1/4）；1/4,3/4,1/4）； （3/4,1/4,1/4）；（3/4,3/4,1/4）； （1/4,1/4,3/4）；（1/4,3/4,3/4） （3/4,1/4,3/4）；（3/4,3/4,3/4）
1/2，1/2，0
0，1/2，0 0，1/2，1/2
0，0，1/2 1/2，0，1/2
8、碱金属的卤化物、氢化物，碱土金属的氧化 物、硫化物、硒化物、碲化物，过渡金属的 氧化物、硫化物，以及间隙型碳化物、氮化 物都属NaCl型结构。
变式训练
氯化铯晶胞结构解析
CsCl的晶体结构 ——晶胞为体心立方体
A为(0,0,0),( 1 , 1 ,0), ( 1 ,0, 1 ), (0, 1 , 1 ) 22 2 2 22
《晶体结构分析》实验
实验一、晶体结构分析一一、实验目的掌握14种空间格子的几何特征与球体密堆积理论，了解配位多面体的配置。
二、实验仪器十四种空间点阵结构模型，球形模型三、实验内容1．了解14种空间格子的几何形态，分析空间格子类型；2．熟悉密堆积理论，注意观察球体堆积时，周围空隙的类型、位置与数量情况；3．了解几种配位多面体的配置情况。
四、实验方法1．观察14种空间格子模型表征14种空间格子，用晶格常数α、β、γ和a、b、c；并判断其所属晶系。
2．观察球体密堆积模型用球体模型进行面心立方紧密堆积、六方紧密堆积和体心立方近似密堆积，分析球体周围空隙的类型、数目和位置分布。
观察分析面心立方紧密堆积、六方紧密堆积和体心立方近似密堆积的单位晶胞，注意其四、八面体空隙分布，判断其数量。
3．观察配位多面体模型模型五、实验报告1．绘制14种空间格子的几何形态，并用注明晶格常数的形式表示出所有14种空间格子；2．分析三种常见的球体堆积情况，绘制出其单位晶胞，画出其（111）、（110）（100）晶面原子排布图[ 密排六方需画出（0001）晶面 ]；3．分析体心立方与面心立方单位晶胞中四、八面体空隙的位置分布与数量，并绘图；4．对不同配位多面体绘图，讨论其临界半径比。
（注：在预习报告中要将14种空间格子的几何图形画好）六、思考题面心立方结构中四面体空隙的数目有几个？他们都是如何分布的？八面体空隙有几个？如何分布？实验二、典型晶体结构分析一、实验目的掌握几种典型矿物的结构，了解晶胞的几何特征。
二、实验仪器晶体结构模型，球和短棒三、实验内容1．对照实际具体结构模型，熟悉金刚石、石墨、氯化钠、氯化铯、闪锌矿、纤锌矿、金红石、碘化镉、萤石、钙钛矿、尖晶石的晶体结构特征；2．观察层状和架状硅酸盐矿物的晶体结构模型的特点，注意观察高岭土、方石英的结构；3．标定萤石模型中所有质点的几何位置；4．组装一个晶体结构模型。
四、实验方法1．分析晶胞模型金刚石、石墨、氯化钠、氯化铯、闪锌矿、纤锌矿、金红石、碘化镉、萤石、钙钛矿、尖晶石均为一个单位晶胞，通过一个单位晶胞，分析晶胞所属空间格子类型及正负离子或原子所处的空间位置，对照模型，分析正负离子的配位数。
离子晶体结构 PPT
(2) 说明理由 晶体结构得稳定性与配位多面体共顶、共棱和 共面有关,涉及到两个正离子之间距离长短与 稳定性得关系: 两个正离子之间距离长,斥力小,结构稳定。 两个正离子之间距离短,斥力大,结构不稳定。
以四面体和八面体配位为例子:
11
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
设R1、 R2、 R3分别为共顶、共棱、共面时,中心正离 子之间距离;f1、 f2、 f3分别为共顶、共棱、共面时两个正 离子之间斥力:
9
Pauling第三规则——
负离子多面体共用顶、棱和面得规则
内容:在配位型得晶体结构中,配位多面体共用棱, 特别共用面得存在会降低这个结构得稳定性, 对于高电价低配位得正离子,这种效应特别大。
说明: (1) 在硅酸盐结构中得[SiO4]、[MgO6]、 [AlO6]
各个之间共顶、共棱、共面连接,那种连结 方式稳定得问题。一般来说共顶连接最稳定, 共棱、共面连接不大稳定,对于[SiO4]只能 共顶连接,而[MgO6]、 [AlO6] 既可以共顶 10 连接,也可以共棱连接,甚至还可以共面连接。
(3) 空间格子: 属于面心立方格子。
(4) 质点得空间坐标: Cl-:0 0 0, ½ ½ 0,½ 0 ½,0 ½ ½ ; Na+:0 0 ½ ,½ 0 0,0 ½ 0, ½ ½ ½。
24
(5) 正负离子堆积情况: 以半径大得Cl-作面心立方紧密堆积,形成n个 八面体空隙和2n个四面体空隙,根据Na+离子半径 大小以及正负离子之间结合得稳定性,Na+离子 就是填入全部得八面体空隙中。
说明: (1) 在晶体结构中正离子与负离子之间连接方式 越少越好; (2) 每种连接方式要满足静电价规则。
常见离子晶体的结构
(2)几种典型的离子晶体
离子晶体的结构多种多样, 而且有 的很复杂。但复杂离子晶体一般都是 几种典型简单结构形式的变形, 因此 需要了解几种离子晶体的几种典型结 构, 这包括CsCl、NaCl、立方ZnS、 CaF2等。
CsCl型离子晶体:
所属晶系: 立方; 点阵: 立方P;
结构基元及每个晶胞中结构基元的数目: CsCl, 1个;
1mol. NaCl晶体中, 离子之间的排斥能为:
ER Brm
这样, 1mol. NaCl晶体总的势能函数为:
E (r)E CE RZ 4 Z 0e r2A N Bm r
平衡时
,有
:
dE ( r ) dr
Z Z e2 4 0 re2
AN
mB rem 1 0
根据鲍林第二规则(电价规则), 硅-氧键的静电键强度为硅离子电价 除以配位数＝4/4＝1，而负离子 O2的电价数为2。这决定了硅-氧四面体 的每一顶点 (即O2-)至多只能公用于 两个硅-氧四面体之间, 因为两个 SiO键的键强之和等于O2-的电价。
按照鲍林第三规则, 两个硅-氧四面体若 公用一个边(即公用两个顶点)或公用一个面 (即公用三个顶点), 将使两个高价Si4+离子距离 大大缩短, 从而严重影响结构的稳定性。这 些晶体化学原理决定了硅酸盐中Si4+必定以强 键与O2-键连接组成硅-氧四面体, 每个硅-氧 四面体的顶点O2-至多只能为两个四面体所公 用, 而两个硅－氧四面体则难以公用一个以 上的顶点。这些原理构成了按Si4+-O2-骨干的 类型及对硅酸盐进行分类的科学基础。
的数目: NaCl, 4个;
Na和Cl离子的配位数都是6；
离子的分数坐标:
离子晶体的结构共价晶体的结构
离子晶体的结构共价晶体的结构
三、离子晶体的结构规则
鲍林在大量实验的基础上，应用离子键理论，并主要 根据离子半径，即从几何角度总结出了离子晶体的结构 规则──鲍林规则。鲍林规则共包括五条规则。
离子晶体的结构共价晶体的结构
鲍林第一规则──配位多面体规则:
在离子晶体中，在正离子周围形成一个负离子多面 体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子 的配位数取决于离子半径比。
离子晶体的结构共价晶体的结构
离子晶体的正、负离子半径之和等于相邻两原子面间的距 离，可根据x-射线衍射测出，这时要确定正、负离子半径分 别为多少，还要再建立一个关系式，才能求解出正、负离子 半径的确切数据。
离子晶体的结构共价晶体的结构
确定正、负离子半径的确切数据，有两种方法，其一是 哥希密特（Goldschmidt）从离子堆积的几何关系出发，建 立方程所计算的结果称为哥希密特离子半径（离子间的接触 半径）。其二是鲍林（Pauling）考虑了原子核及其它离子 的电子对核外电子的作用后，从有效核电荷的观点出发定义 的一套质点间相对大小的数据，称为鲍林离子半径。
面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价， 低配位的正离子的这种效应更为明显。
离子晶体的结构共价晶体的结构
0.3
1
0.58
3
1
0.71
0.58
两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的增加，中心 阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。
结构中[SiO4]只能共顶连接，而[AlO6]却ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ以共棱连接， 在有些结构，如刚玉中，[AlO6]还可以共面连接。
原子半径或离子半径实际上反映了质点间相互作用达到
平衡时，质点间距离的相对大小。不同学者给出的离子半
离子晶体.PPT
12345
解析
答案
4.有一种蓝色晶体[可表示为MxFey(CN)6]，经X射线研究发现，它的结 构特征是Fe3＋和Fe2＋互相占据立方体互不相邻的顶点，而CN－位于立 方体的棱上。其晶体中阴离子的最小结构单元如图所示。下列说法正 确的是 A.该晶体的化学式为MFe3(CN)6
√B.该晶体属于离子晶体，M呈＋1价
_1_∶__1
_2_∶__1_
化学式
_N_a_C_l_
_C_s_C_l_
_C_a_F_2_
相关视频
(3)在NaCl晶体中，每个Na＋周围最近且等距离的Na＋有12 个，每个Cl－ 周围最近且等距离的Cl－也有12 个。在CsCl晶体中，每个Cs＋周围最近 且等距离的Cs＋有 6 个，每个Cl－周围最近且等距离的Cl－也有 6 个。
√A.熔点1 070 ℃，易溶于水，水溶液能导电
B.熔点10.31 ℃，液态不导电，水溶液能导电 C.能溶于CS2，熔点112.8 ℃，沸点444.6 ℃ D.熔点97.81 ℃，质软，导电，密度0.97 g·cm－3 解析 离子晶体在液态(即熔融态)导电，B项错误； CS2是非极性溶剂，根据相似相溶规律，C项错误； 由于离子晶体质硬易碎，且固态不导电，D项错误。
配位数
_F_－_为__4_，__C__a2_＋__为__8_
_数__都__为__6_
都__为__8_
晶胞中 _N_a_＋_、__C__l－_都__为__4_ C__s_＋_、__C_l_－_都__为__1_ _C_a_2_＋_为__4_、__F_－_为__8_
微粒数
阴、阳离 子个数比
_1_∶__1
2.离子晶体的结构 (1)离子晶体中，阴离子呈等径圆球密堆积，阳离子有序地填在阴离子 的空隙中，每个离子周围等距离地排列着异电性离子，被异电性离子 包围。一个离子周围最邻近的异电性离子的数目，叫做离子晶体中离 子的 配位数 。
2.5离子晶体结合
若选更大的电中性范围，同样可得出该晶体的马德隆常数。若 选参考点附近的8个晶胞，则可算出NaCl晶体的马德隆常数为：
6 1 12 1 8 1
马德隆常数为： 2 - 4 8 1.456
1
2
3
马Hale Waihona Puke 隆常数为：6 1 12 1 8 1 6 1 24 1 24 1 12 1 24 1 8 1
2 - 4 8 - 2 2 - 2 4 2 - 8 1.752
i j
取离子1(中心离子)为参考离子，则总的互作用势：
N
U0 2
N j 1
'
1 4 0
e2 rij
b rijn
i
1
+、-号分别对应异、同性离子间相互作用.
设离子间最小间距为R，则r1j=ajR，总的互作用势：
U0
N 2
e2
40R
N j 1
'
1 aj
1 Rn
N
'
b
j1
an j
其中A、B、m、n>0
2.5 离子晶体的结合能
离子晶体—离子靠正、负离子间的静电吸引作用结合. 典型离子晶体中，每个离子的最邻近一定是异性离子， 静电作用的总效果——吸引作用。
2.5 离子晶体的结合能
离子晶体的经典理论由玻恩、马德隆等人建立.
德国著名物理学家， 量子力学的开拓者之一、晶格动力学的奠基人. 1954年度诺贝尔物理学奖获得者. 1907年获德国哥廷根大学博士学位. 1907-1953年在英国、德国、美国诸大学. 1956-1953年任英国爱丁堡大学教授. 培养了三名中国博士：彭桓武、杨立铭、程开甲， 在此期间与黄昆合著《晶格动力学理论》.
2.4 固体结构--离子晶体(07级)
文石
方解石
第二章 固体结构
8. 简单结构派生型
黄铜矿CuFeS
黄铁矿FeS2
第二章 固体结构
2.4.3 硅酸盐的晶体结构
硅酸盐的结构组成：硅氧骨干(硅和氧按不同比例 组成的负离子团)、硅氧骨干以外的正离子和负离子。
四面体中硅与氧形 成共价键
四面体中硅与氧原 子位置
第二章 固体结构
硅酸盐晶体的结构特点： (1)构成的基本结构单元是由Si和O组成的 [SiO4]4-四面体。 (2)每个O最多只能为两个[SiO4]4-四面体所 (3)[SiO4]四面体中未饱和的O和金属正离子 结合后，可以独立地在结构中存在，也可以通 过[SiO4]4-共用四面体顶点连接成单链、双链或 成层状、网状等复杂结构,但不能共棱和共面。 同一类硅酸盐中, [SiO4]4-四面体连接方式只有 一种。 (4)[SiO4]4-中Si－O－Si结合键不是一条直 线,呈145º 夹角。
第二章 固体结构
2.4.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 1. 负离子配位多面体规则：符合能量最小 原理 2. 电价规则： 3. 负离子多面体共用顶、棱、面的规则： 4. 不同种类正离子多面体间连接规则： 5. 节约规则：
第二章 固体结构
2.4.2 典型的离子晶体
1. AB型 (1) CsC章 固体结构
共价晶体特点：共价键 配位数（CN）符合8－N法则 典型晶体：金刚石（C的一种结晶形式） 晶体结构：复杂的结构,其原子排列除按结构排列外,立方体内还有4个原子； 一个金刚石晶胞中有8个C原子 具有典型金刚石结构的共价晶体有：α－Sn、Si、Ge、β－ZnS、SiC 其它共价晶体有：As、Sb、Bi 菱形结构 层状 Se、Te 三角晶体结构
实验二十五 离子晶体的结构
实验二十五离子晶体的结构一、实验目的1. 通过观察和分析下表所列几个二元离子晶体的结构模型，加深对离子晶体的结构了解。
2. 自己动手制作和仔细观察分子模型，掌握分子的空间结构，加深对分子构型和分子性质的了解。
3.掌握典型AB型、AB2型离子晶体的结构特点；4.掌握离子晶体中正负离于半径比、正负离子数量比(组成比)对离子晶体结构型式的影响；5.掌握六种典型离子晶体中负离子堆积方式，正离子所占负离子多面体空隙类型和所占分数；6.计算立方体配位、正八面体配位、正四面体配住、三角形配位情况下正负离子临界半径比二、实验原理固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。
固态物质是否为晶体，一般可由X射线衍射法予以鉴定。
晶体内部质点在三维空间周期性重复有序排列，使其具有各自特別的晶体结构与形状。
晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。
晶体结构与组成粒子排列的紧密程度，会影响其熔点、密度、延展性等性质。
以立方晶系为例，简单立方、体心立方和面心立方晶格的排列方式、粒子的配位數（每原子邻接之原子数）、单位晶胞中所含粒子粒及填充紧密度均不相同。
晶体结构中，单层晶格点排列的情形可如图1所示。
每一个代表晶格点的圆球配位数为4，晶格点间的空隙较大，这种排列方式称为四方堆积。
第二列粒子排列在第一列相邻两个粒子的空隙间，排列较紧密，每一圆球的配位数为6，这种排列方式称为最密堆积。
最密堆积依层与层排列的差异又分为两种。
如图34-2(B)为ABAB…二层重复叠排，则为六方最密堆积。
如图34-2(C)为ABCABC…三层重复叠排，則为立方最密堆积或称为面心立方。
至于离子晶体，一般是较大的离子（通常为阴离子，以r- 表示）以最密堆积的形式排列，然后半径较小的离子（通常为阳离子，以r+ 表示）依离子半径比（r+/r-）安置于较大大离子的空隙间，如四面体空隙、八面体空隙或立方体空隙中，使阳离子与阴离子间的吸引力最大、排斥力最小。
以NaCl 为例，氯离子以面心立方晶形排列，钠离子位于八面体空隙。
离子晶体固溶体结构
d
＝
计算2
4
(0.85 91.22 0.15 40.08 1.85 (0.513 107 )3 6.02 1023
16)＝5.564
g
cm
3
实测D＝5.477 g/cm3
接近d计算2说明方程(2)合理，
固溶体化学式 ： Zr0.85Ca0.15O1.85 为氧空位型固溶体。
附：当温度在1800℃急冷后所测的D和d计算比较，发现该固溶 体为阳离子填隙形式，而且缺陷类型随着CaO溶入量或固溶体的组
V •• O
OO
2
如何确定其固溶方式？
密度的计算式：d＝ Z • M a3 • N0
由(1)式知固溶体的化学式：Zr0.925Ca0.15O2
d计算1＝4
(0.925 91.22 (0.513 107
0.15 40.08 )3 6.02 1023
2
16)
6.019
g
cm
3
由(2)式知其固溶体的化学式：Zr0.85Ca0.15O1.85
Na Si 4 Ca2 Al3
4、电 负 性：电负性相近有利于形成固溶体。
二.置换型固溶体中的“组分缺陷”
不等价置换的固溶体中，为保持晶体的电中 性，必然会在晶体结构中产生“组分缺陷” ， 即——产生空位或进入空隙。
高价置换低价 低价置换高价
阳离子出现空位 阴离子进入间隙 阴离子出现空位 阳离子进入间隙
的色T心i的O形2可成：以T看2i4T+作+iTei T4iT4Oi+3O和+ ,电T子i3+e2氧并T不i化Ti固物定VO在•的• 一固3个O溶特O 定体的12，OTi24缺+上陷，可反把应e看为作：在
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实验二十五离子晶体的结构
一、实验目的
1. 通过观察和分析下表所列几个二元离子晶体的结构模型，加深对离子晶体的结构了解。
2. 自己动手制作和仔细观察分子模型，掌握分子的空间结构，加深对分子构型和分子性质的了解。
3.掌握典型AB型、AB2型离子晶体的结构特点；
4.掌握离子晶体中正负离于半径比、正负离子数量比(组成比)对离子晶体结构型式的影响；
5.掌握六种典型离子晶体中负离子堆积方式，正离子所占负离子多面体空隙类型和所占分数；
6.计算立方体配位、正八面体配位、正四面体配住、三角形配位情况下正负离子临界半径比
二、实验原理
固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。
固态物质是否为晶体，一般可由X射线衍射法予以鉴定。
晶体内部质点在三维空间周期性重复有序排列，使其具有各自特別的晶体结构与形状。
晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。
晶体结构与组成粒子排列的紧密程度，会影响其熔点、密度、延展性等性质。
以立方晶系为例，简单立方、体心立方和面心立方晶格的排列方式、粒子的配位數（每原子邻接之原子数）、单位晶胞中所含粒子粒及填充紧密度均不相同。
晶体结构中，单层晶格点排列的情形可如图1所示。
每一个代表晶格点的圆球配位数为4，晶格点间的空隙较大，这种排列方式称为四方堆积。
第二列粒子排列在第一列相邻两个粒子的空隙间，排列较紧密，每一圆球的配位数为6，这种排列方式称为最密堆积。
最密堆积依层与层排列的差异又分为两种。
如图34-2(B)为ABAB…二层重复叠排，则为六方最密堆积。
如图34-2(C)为ABCABC…三层重复叠排，則为立方最密堆积或称为面心立方。
至于离子晶体，一般是较大的离子（通常为阴离子，以r- 表示）以最密堆积的形式排列，然后半径较小的离子
（通常为阳离子，以r+ 表示）依离子半径比（r+/r-）安置于较大大离子的空隙间，如四面体空隙、八面体空隙或立方体空隙中，使阳离子与阴离子间的吸引力最大、排斥力最小。
以NaCl 为例，氯离子以面心立方晶形排列，钠离子位于八面体空隙。
本实验以圆球代表晶体结构中各晶格点的原子、分子或离子，通过小棍堆叠成各式晶体模型，观察其立体形状及填充紧密度。
三、预习要求
1.了解晶体的七个晶系；
2.了解晶体宏观外形的对称性;32个晶体学点群；
3.了解七个晶系的特征对称元素，熟练地由宏观晶体理想外形判断晶体所属
的晶系；
4.了解由宏观晶体的理想外形判断其所属的晶体学点群；
5.了解晶体学点群国际记号中的三个位和等价方位数的含义。
四、仪器与试剂
塑料球棍分子模型1 套（湖南大学教育科技公司生产,包括彩色塑料小球若干,另准备随意贴黏土数块, 色纸一张），数码相机1台（公用）。
五、实验步骤
1. 以相同大小的小球为原子，依表25-1 黏组成简单立方、体心立方、面心立方晶体堆积，照相记录其形状、观察其堆积的紧密度、三度空间立体排列，及每个原子之邻接原子数（配位数），同时计算每单位晶格中所含原子数。
表25-1 晶体模型
六、实验数据与记录
1．室温℃大气压Pa
2. 根据实验容填写表25-1。
4．根据表25-2数据，计算立方堆积最密堆积、六方最密堆积、体心立方最密堆积、简单立方堆积和金刚石堆积等的堆积系数（空间占有率）。
5．计算最密堆积中的空隙：
（1）四面体空隙。
一个四面体空隙由4个球构成，所以一个球在一个四面体中占有分之一的空隙。
一个球参与个四面体空隙的构成，因此平均一个球占有个四面体空隙。
计算四面体空隙中心到球面的最短距离（用球半径R表示）。
（2）八面体空隙。
一个八面体空隙由6个球构成，所以一个球在一个八面体中占有分之一的空隙。
一个球参与个八面体空隙的构成，因此平均一个球占有个八面体空隙。
计算八面体空隙中心到球面的最短距离（用球半径R表示）。
表25-2 观察6个二元离子晶体的结构模型并填写表格。
1.观察14种布拉维格子，填写下表25-3。
表25-3 观察14种布拉维格子, 填写表格。
2.根据晶体结构模型写出下表25-4各栏内容。
4. 根据晶体结构模型写出下表各栏内容。
通过观察和分析下表25-5所列6个二元离子晶体的结构模型，了解离子晶体的结构，将结果填入下表，总结归纳二元离子晶体的结晶化学规律。
表25-5离子晶体的结晶化学
【思考题】
（1）在14种点阵型式中，为什么有四方I, 而无四方F? 为什么有正交C, 而无四方C? 为什么有立方F, 而无立方C? 根据什么原则确定点阵型式？
（2）结构基元、点阵点、晶胞和点阵型式等概念的正确含义和相互关系怎样？
七、参考文献
1. 徐光宪和王祥云, 物质结构, 高等教育出版社,1987
2. 江元生, 结构化学, 高等教育出版社, 1997
3. 谢有畅, 邰美成, 结构化学, 人民教育出版社, 1983
4.赵林治,杨书廷编,结构化学实习实验指导,河南大学出版社 1992.。