7第六章 晶体的典型结构类型

• α—石英
• 属六方晶系，对称型L66L2，ao=0.501nm， co=0.547nm。
• 结构中各原子群形成螺旋状，每一螺旋状原子群 在同一状态下旋转，按六次螺旋转轴旋转排列， 即可得到右旋或左旋的α型石英晶体。 • 结构特征为：两个原来在垂向上彼此相连的硅氧 四面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心 （图中AB线段的中点位置）相互反伸，然后再此 基础上，将Si－O－Si的键角由180°转变为150° 其它的共用氧均以此为基础，在三维空间右旋或 左旋相互连接，就组成了α—石英的晶体结构。
键性： 复合层与复合层之间为范德华力，层状结构层
内Cd－I为具有离子键的共价键，键力较强。 属于碘化镉型结构的晶体： Ca（OH）2；Mg（OH）2；CdI2；MgI2
2.11
化学式：
刚玉型结构
α－Al2O3
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晶体结构：三方晶系；a＝0.514nm，α＝55°17′；Z＝2
（菱面体晶胞），L33L23PC 。
1/2 的四面体空隙
结构投影图：（俯视图）用标高来表示，0－底面；
25－1/4；
50－1/2；
75－3/4。
（0－100；25－125；50－150是等效的）
• 配位数： CN＋＝CN－＝4；极性共价键， 配位型共价晶体。 • 配位多面体：〔ZnS4〕四面体，在空间以 共顶方式相连接 • 属于闪锌矿型结构晶体有： β－SiC；GaAs；AlP；InSb等。
键型：Zn、S为极性共价键
属纤锌矿型结构的晶体有： BeO；ZnO；AlN等。
纤锌矿晶体结构图
萤石型结构
化学式： CaF2
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萤石晶体结构
晶体结构 立方晶系，a＝0.545nm，Z＝4，
3L44L36L29PC
空间格子： Ca2＋位于立方面心的结点位置 ，F－位于立方体内八个小立方体的中心，即 Ca2＋按立方紧密堆积的方式排列， F－充填 于全部四面体空隙中。 配位数： CN＋＝8；CN－＝4 多面体： 简单立方体 连接形式： 〔CaF8〕之间以共棱形式连接
刚 玉 晶 体 结 构
晶体结构 O2－离子按六方密堆积的方式排列，形成ABAB…重
复的规律， Al3＋离子充填于2/3的八面体空隙，其分 布具一定的规律，即离子之间的距离保持最远。
A B A B A B A B A B A B
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ······· ······· ······ D E F D E F
-
CI－
Na+
NaCl结构〔NaCl6〕八面体的连接方式
结点的坐标为： 4 CI— ：000，1/2 1/2 0 ，1/2 0 1/2 ，0 1/2 （5）立方面心格子CI－、 Na+各一套 1/2
4 Na+ ：1/2 1/2 1/2，00 1/2 ，0 1/2 0 ，1/2 0 0
（6）同结构晶体有：MgO、CaO、SrO、BaO、FeO、CoO
目录
• 第一节 结构的表征 • 第二节 结构类型 • 金刚石、石墨、石盐、氯化铯、 萤石、闪锌矿、刚玉、石英
• 1、结构的表征
•
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与晶体结构有关的因素有： 晶体化学组成， 晶体中质点的相对大小，极化性能。 并非所有化学组成不同的晶体，都有不同 的结构，化学组成不同的晶体，可以有相同的 结构类型。 而同一种化学组成，也可以出现不同的结 构类型。
位移型转变
金红石型结构
化学式： TiO2
晶体结构 四方晶系，a＝0.459nm；c＝0.296nm；Z＝2
L44L25PC
格子类型：四方原始格子。Ti4＋位于结点位置，体心的属另 一套格子。O2－处在一些特殊位置上，
质点坐标：Ti4＋ ：000；1/2 1/2 1/2；
O2－ : uu0; (1-u)(1-u)0; (1/2-u)(1/2+u)1/2
2.石墨结构
化学式：C
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晶体结构：六方晶系（2H），L66L27PC
a＝ 0.246nm ， c＝0.670nm
三方晶系（3R），L33L23PC， c＝1.004nm 结构表现：C原子组成层状排列，
层内C原子成六方环状排列，每 个碳原子与三个相邻的碳原子 之间的距离为0.142nm，层与层 之间的距离为0.335nm。
AX型晶体
NaCI型结构
矿物名称：石盐。
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化学式为：NaCI
CI－
Na+
NaCl晶体的结构
氯化钠晶体结构
如何算出的？
结构描述： （1）立方晶系，a＝0.563nm，Z＝4， 3L44L36L29PC （2）Na+ CI—离子键，NaCI为离子晶体. （3）CN+＝ CN ＝6 （4）--- CI—离子按立方最紧密堆积方式堆积， Na+离子充 填于全部八面体空隙。 --- Na+ 离子的配位数是6，构成Na--Cl八面体。NaCI 结构是由Na--Cl八面体以共棱的方式相连而成。 --- Na+ 离子位于面心格子的结点位置上，CI—离子也位 于另一套这样的格子上，后一个格子与前一个格子相距1/2晶棱 的位移。
结构类型
(1)
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金刚石晶体结构
化学式为：C
晶体结构为：立方晶系，a＝0.356nm，3L44L36L29PC
空间格子： C原子组成立方面心格子，C原子位于立方面 心的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体 的中心。
金刚石结构
键型：
形成：
每个C原子周围有四个C， 碳原子之间形成共价键。
Ca2＋ ＝8×1/8＋6×1/2=4； F－ ＝4＋4＝8 • 性质：八面体空隙全部空着—负离子扩散 • 属于萤石结构的晶体有： BaF2；PbF2；CeO2；ThO2；UO2； 低温ZrO2（扭曲、变形） • 晶胞组成：
反萤石结构
晶体结构：其结构与萤石完全相同，只是阴阳离子的 位置完全互换， 即阳离子占据的是F－的位置，阴离 子占据的是Ca2＋ 的位置 配位数： CN＋＝4；CN－＝8 晶胞组成：阴离子 ＝8×1/8＋6×1/2＝4 阳离子 ＝4＋4＝8
00 , 00 ,0 0, 2、球体堆积法 3、配位多面体及其联接方式描述法
1 1 1 2 2 2
球体紧密堆积法
• 对于金属晶体和一些简单的离子晶体有用。
• 如氯化钠的晶体结构： Cl－离子按立方紧密堆积，Na+处于全部 的八面体空隙中。
配位多面体及其连接法
• 对结构比较复杂的晶体，用这种方 法。如对于硅酸盐的晶体结构常用。 • 而对于简单的晶体就不一定好用， 如氯化钠的晶体结构： • Na+离子的配位数是6，构成Na-Cl八 面体，NaCl结构就是由Na-Cl八面体以共 棱方式相连而成的。
• 结构特点为： 两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体 之间，相当于以共用氧的水平位置为对称 面（图中AB位置）互成镜像反映。 结构显示，由α—石英转变为α—磷 石英，不但要改变Si－O－Si的键角和键长， 而且还要重新调整硅氧之间的分布，即破 坏原有的键，建立新的Si－O－Si，它们之 间的转变一般比较困难，常需要持续几个 昼夜，甚至几个星期之久。
石墨晶体结构
键型：层内为共价键，层间为分子键， 还有自由电子存在－金属键。 性质：碳原子有一个电子可以在层内移 动，平行于层的方向具有良好的导电性 。石墨的硬度低，熔点高，导电性好。
石墨与金刚石属同质多像变体。
•
可制作高温坩锅，发热体和电 极，机械工业上可做润滑剂等， 是多用途的材料。 • 同结构晶体：人工合成的六 方氮化硼（HBN）等 。
上一章部分作业
1、硅氧四面体[SiO4]共顶角相连是稳定的， 但铝氧四面体[AlO4]共顶角相连却不稳 定，试用鲍林规则说明之。 2、具体说明晶体化学键类型与其配位数大 小之间的关系。 3、用不等大球体的紧密堆积原理说明氯化 钠晶体的结构方式。 4、说明离子极化对卤化银晶体结构的影响。
第 六 章
矿物晶体典型结构类型
自然界、实验室
性质：
金刚石是硬度最大的矿物 具有半导体的性能和极好 的导电性。
与金刚石结构相同的有：
硅、锗、灰锡（α-Sn） 合成的立方氮化硼（CBN）等。
金刚石晶体结构
常林钻石 158克拉
课下练习
• 请用坐标法标出金刚石结构中所有 碳原子的位置。
• 查资料，画出立方氮化硼具体的晶 体结构。 • 总结超硬材料晶体结构特征。
思考题
• 在氯化钠晶体结构中有多少八面体空隙、 多少四面体空隙？如何计算？
氯化铯型结构
• 晶体化学：CsCl • 晶体结构：立方晶系，a＝0.411nm • Z＝1 • 空间格子：CsCl是原始格子
氯化铯晶体结构 大球为Cl‾；小球为Cs+
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Cl－离子处于立方 原始格子的八个 角顶上，Cs＋离子 位于立方体的中 心（立方体空隙） CN＋＝CN－＝8， 单位晶胞中有一个 Cl－和一个Cs＋ 配位多面体：在空间以共面形 式连接。 离子坐标： Cl－ 000 Cs＋ 1/2 1/2 1/2 Cs＋离子 Cl－离子
(1/2+u)(1/2-u)1/2;
晶体结构：O2－可看成是变形 六方密堆积，Ti4＋ 离子填充1/2的八面 体空隙
配位数：CN＋＝6；CN－＝3
多面体：[TiO6]八面体 连接方式：Ti－O八面体以共 棱方式连接成链， 链与链之间以共顶 方式相连。 与金红石结构相同的晶体有： SnO2；PbO2；MnO2；MoO2 WO2；MnF2;MgF2；VO2
属于反萤石结构的晶体有： Li2O；Na2O；K2O等
石英型结构
• 晶体名称：石英 • 晶体化学：SiO2
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晶体结构 石英（SiO2）的三个主要同质多