缺陷对晶体的影响

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,配位数是8和4。若按紧
密堆积排列, Ca2+按立方紧
密堆积,F-充填于全部四 面体空隙之中。 在萤石结构中存在着负 离子扩散机制。
八、TiO2(金红石)型结构
结构:四方晶系,Z=2
,四方原始格子,配位
数分别为6和3。
九、CdI2(碘化镉)型结构
结构:三方晶系,Z=1,配位数分别为6和3。
属于CdI2型结构的晶体有:Ca(OH)2、Mg(OH)2
(2)连接方式:
1:1型(两层型层状结构):一层四面体层和一层八面体层相连; 主要矿物有:高岭石、多水高岭石、地开石、珍珠陶土、蛇纹石。
2:1型(三层型层状结构):两层硅氧四面体层中间夹一层八面 体层。主要矿物有:滑石、叶腊石、蒙脱石、伊利石、百云母等。
两层与两层或三层与三层之间的键型:分子键或OH-产生的氢
滑石晶体结构
Ⅲ、伊利石:
化学式:K1-1.5Al4[Si7-6.5Al1-1.5O20](OH)4 单斜晶系,Z=2
伊利石是2:1型层状结构,与蒙脱石的不同点是[SiO4]
中有1/6的Si4+被Al3+取代。
白云母: KAl2[(AlSi3)O10](OH)2 单斜晶系,Z=2,
与伊利石相似,不同之处:白云石中1/4Si4+被Al3+取代。
作 业:
(1)碱金属氧化物Na2O属于反萤石结构,其中
O2-位于立方晶胞的顶点及面心位置,Na+位于将
立方晶胞切割成八个小立方体后的小立方体的体心 位置。据此说明Na+和O2-的配位数各为多少?按 照鲍林规则计算O2-的电价是否饱和?
第二节
硅酸盐晶体结构
重点: 各种硅酸盐晶体结构的特点、矿物代表 和性能 难点: 根据晶体结构说明晶体的性能
矿物代表: 单链:辉石类硅酸盐 如透辉石、顽火辉石。 双链:角闪石类 如透闪石。 性能:具有柱状或纤维状解理(链内Si-O键比链间M-O键 强得多)。
透辉石晶体结构 (001)面投影
4、层状结构
(1)特点:[SiO4]通过三个O2-相连,在二维平
面内构成一个硅氧四面体层。
桥氧——处于同一平面的三个氧离子,电荷
键。
(3)矿物代表:
Ⅰ、高岭石:
化学式:Al4[Si4O10](OH)8 或 Al2O3·2SiO2·2H2O 三斜晶系,Z=1, 1:1型层状结构,一层硅氧四面体和一层铝氧八面体相连。
性能特点:
(1)离子的取代很少,化学组成较纯净; (2)由于氢键比分子键强,结构单元层间的水分子不易进入,
组群状
1、岛状结构
特点:
[SiO4]在结构中以孤立状态存在,[SiO4]之间没有共用氧。
代表矿物:
镁橄榄石、红柱石、γ -C2S、β -C2S。 镁橄榄石:化学式: Mg2[SiO4], 正交晶系, Z=4 。 (100)面投影图,O2-近似于六方密堆积 ,单位晶胞内有16 个八面体空隙和32个四面体空隙,Mg2+填充1/2八面体空隙, Si4+填充1/8四面体空隙, O2+电价饱和。
不会因水量增加而膨胀,阳离子交换容量小;
(3)层间结合力(氢键)较弱,易理解成片状小晶体。
高 岭 石 结 构
Ⅱ、蒙脱石——膨润土:
化学式:(MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2
单斜晶系
Z=2
2:1型层状结构,即两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面
体。
性能特点:
(1)水分子易进入层间,所以为膨润土。([AlO6]八面体层中约有
代表矿物:绿宝石、堇青石。
绿宝石:化学式:Be3Al2[Si6O18],六方晶系,Z=2。 基本结构单元:六个[SiO4]形成的六节环。六节环之
间靠Al3+和Mg2+相连
堇青石:化学式: Mg2Al3[AlSi5O18],即
2MgO ·2Al2O3 ·5SiO2
3、链状结构
特点:[SiO4]通过共用氧离子向一维方向延伸成链状
稳定、活性大。
2、组群状结构
特点:[SiO4]以两个、三个、四个或六个通过共用氧连接成硅氧
四面体群,这些群体之间由其它阳离子按一定的配位方式把它
们连接起来。 基本结构单元:[Si2O7] [Si3O9] [Si4O12] [Si6O18]
桥氧:两个[SiO4]之间共用的氧离子(非活性氧); 非桥氧:只供一个[SiO4]用(活性氧)。
二、硅酸盐晶体结构的特点
1、硅酸盐的基本单元是SiO4]四面体.
2、Si-O 键不是纯离子键,有相当的共价键成分
3、[SiO4]四面体孤立存在或共顶联接。
4、硅酸盐晶体中会发生同晶取代现象。
三、硅酸盐晶体结构类型
结构类型 岛状 [SiO4]共 用O2-数 0 1 形状 四面体 双四面体 三节环 2 2 链状 层状 架状 2,3 3 4 四节环 六节环 单链 双链 平面层 骨架 络阴离子 [SiO4]4[Si2O7]6[Si3O9]6[Si4O12]8[Si6O18]12[Si2O6]4[Si4O11]6[Si4O10]4[SiO2] [(AlxSi4-x)O8]x1:3 4:11 4:10 1:2 1:3 绿宝石Be3Al2[Si6O18] 透辉石CaMg[Si2O6] 透闪石 Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 滑石Mg3[Si4O10](OH)2 石英SiO2 钠长石Na[AlSi3O8] Si:O 1:4 2:7 实 例 镁橄榄石Mg2[SiO4] 硅钙石Ca3[Si2O7] 蓝锥矿BaTi[Si3O9]
三、NaCl结构
1、结构:晶体结构为立方晶系。
2、描述晶体结构的方法

坐标系的方法:给出单位晶 胞中各个质点的空间坐标。 以球体紧密堆积的方法描述
晶体结构。
以配位多面体及其连接方式 描述晶体结构。
四、CsCl结构
结构:立方晶系,Z=1,立方原始格子,
配位数都是8,CsBr、CsI、TiCl、NH4Cl 具有相同的结构。
5、架状结构
特点:每个[SiO4]以共用4个顶角的方式联接,形成
向三维空间延伸的骨架。
代表矿物:石英、长石
石英的变体:
-石英
870℃
-鳞石英
1470 ℃
-方石英 1723 ℃ 熔体
268℃
573℃
160℃
-石英
-鳞石英
117℃
-方石英
-鳞石英
位移型转变与重建型转变
位移型转变:
如:钾长石: K2O· Al2O3· 6SiO2 高岭石: Al2O3· 2SiO2· 2H2O
2、无机络盐法:
先写+1、+2价阳离子,其次是Al3+和Si4+,最后写O2-
,各种离子的数量比用角标的形式写在各离子的右下角
。 如KAlSi3O8 通式:M+1N+2AlaSibOc
3、结构式法:
先写联接Si-O骨干的阳离子(由低价到高价),然 后写Si-O骨干,并用方括号括起来,最后写H2O. 如:K[AlSi3O8] Al4[Si4O10](OH)8
平衡;
非桥氧—另一wk.baidu.com顶角向上的氧,负电荷尚未
平衡,将硅氧层外的阳离子 (Al3+、Mg2+、
Fe2+、Fe3+)相连。
基本结构单元:硅氧四面体层和含有氢氧的铝
氧和镁氧八面体层。
二八面体与三八面体
二八面体:八面体以共棱方式相连,但 八面体中的O2-离子只被两个阳离子所 共用,这种八面体称为二八面体。如AIO八面体 三八面体: :八面体以共棱方式相连, 但八面体中的O2-离子只被三个阳离子 所共用,这种八面体称为三八面体。如 Mg-O八面体
十、α -Al2O3(刚玉)型结构
结构:三方晶系,Z=6。 同结构的有:Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3
十一、CaTiO3(钙钛矿)型结构
1、结构:高温时为立方晶系,Z=1;6000C以
下为正交晶系,Z=4.
2、应用:具有介电和压电性能。
十二、MgAl2O4(尖晶石)型结构
硅酸盐矿物在自然界中分布极为广
泛,已知的硅酸盐矿物有600多种,约占
已知矿物种的1/4,占地壳岩石圈总质量
的85%。在硅酸盐结构中,每个Si原子一
般为四个O原子包围,构成[SiO4]四面体 ,即硅氧骨干,它是硅酸盐的基本结构单 元。
一、硅酸盐化学组成的表示方法
1、氧化物表示法:
把构成硅酸盐的氧化物写出来,先写一价金属氧 化物,其次是二价、三价的金属氧化物,最后是SiO2。 如果有水,则H2O写在SiO2后面,各氧化物的比例用系数 的形式写在各氧化物的前面。
性能:
1.较高的硬度,较高的熔点(18900C),是镁质耐火材
料的主要组成。(原因:Mg-O和si-O键都比较强)
2.没有显著的解理,成粒状。(结构中各方向上键力分
布比较均匀)
在上述结构中Mg2+换成Ca2+则生成γ -C2S和β -C2S。
γ -C2S 配位数为6 ,具有镁质橄榄石结构;
β -C2S 配位数为6和8,单斜晶系具有介稳性、不
结构:立方晶系,Z=6。
Fe3O4和γ-Fe2O3结构相同,同为尖晶石结构,其中γ-Fe2O3为正尖 晶石结构,其结构式可表示为:(Fe3+)T[□1/3 Fe3+5/3]OO4,Fe3O4属
反尖晶石结构,其结构式可表示为:(Fe3+)T[Fe2+Fe3+]OO4(□表示
空位,T表示四面体空隙,O表示八面体空隙)。 高温下两者存在着可逆转变,γ—Fe2O3和α—Fe2O3有很高的电阻率 ,Fe3O4的电阻率很低。因此,在γ—Fe2O3和Fe3O4间发生氧化还原 反应时,Fe2+和Fe3+之间的电子交换可用来检测还原气体。当γ— Fe2O3接触还原性气体时,则转变为Fe3O4,电阻大大降低,因而出 现气敏特性。
1/3Al3+被Mg2+取代,结构单元层间负电荷过剩,有斥力。)
(2)具有较高的阳离子交换容量。(平衡多余负电荷的水化阳离子
Na+、Ca2+,在层间没有固定位置,与结构单元层结合力弱。)
滑石
与蒙脱石结构相近,将蒙脱石中[AlO6]换为[MgO6]即可。 滑石是2:1型结构,化学式为Mg3[Si4O10](OH)2 。
纵向之间的变化,不涉及晶体结构中键的 破裂和重建,转变过程迅速而可逆,往往是键之 间的角度稍作变动而已.
重建型转变:
横向之间的变化,如石英与鳞石英方石英之 间的转变,都涉及键的破裂和重建,其过程相当 缓慢.
石英的三个主要变体在结构上的 区别
-石英中,相当于以共用氧为对称中心的两个 [SiO4]四面体中Si-O-Si键由180转变为150. -鳞石英中,两个共顶的[SiO4]四面体的连接 方式相当于中间有一个对称面. -方石英中,两个共顶的[SiO4]四面体相连,相 当于以共用氧为对称中心.
五、β -ZnS(闪锌矿)型结构
结构:立方晶系,Z=4,立方面心格子,配位
数都是4。同结构的有:β -SiC、GaAs.
六、α -ZnS(纤锌矿)型结构
结构:立方晶系,
Z=2 配位数=4。
同结构的有:BeO 、ZnO、AlN.
七、CaF2(萤石)型结构
结构:立方晶系,Z=4,Ca2+
位于立方面心的结点位置
硬度最高; 导热性极好; 半导体性能。
3、应用:
高硬切割材料和磨料。 钻井钻头、集成电路中散热片、高温 半导体材料。
二、石墨结构
1、结构:立方晶系,c原子成层排列,每一层c成六方环 排列。同一层内c原子之间为共价键,而层间的c原子以分 子键相连。 2、性能: 硬度低、易加工;熔点高;有润滑感; 导电性能良好。 3、应用: 高温坩埚、发热体、电极;润滑剂。 4、同质多晶:化学式组成相同的物质在不同的热力 学条件下结晶成结构不同晶体的现象。
。可分成单链和双链: 单链:每个[SiO4]中有两个共用氧,[Si2O6]4-
双链: 两条相同的单链通过尚未共用的氧连接成带。
1/2的[SiO4]有三个O2-被共用,1/2的[SiO4]有两个O2-
被共用,链与链之间通过M-O键连接。
双 链
1. 星叶石中[Si4O12] 轴线部分实为单链,其余为双四面体 2. 硬硅钙石中[Si6O17]通过一个硅灰石通过二次轴的旋转而得 3. 闪石中[Si4O11]通过一个辉石单链镜面的反映成双而得 4. 夕线石中[AlSiO5]一半的[SiO4]为[AlO4]所代替
第二章 晶体结构与晶体中的缺 陷 本章内容:
1.典型结构类型
2.硅酸盐晶体结构 3.晶体结构缺陷 重点: 1.点缺陷的定义分类 2.缺陷反应方程式的写法 3.固熔体的分类及影响因素 4.硅酸盐晶体结构
难点:
一、金刚石结构
1、结构:立方晶系,立方面心格子,碳原子位于 立方面心所有结点位置和交替分布在立方体的四 个小立方体内,C-C键为共价键。 2、性能特点:
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