4离子晶体结构

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
堇青石结构Mg2Al3AlSi5O18
双四面体
桥氧
O
Si
[SiO4]
Si2O76-
返回
环状硅氧骨干
a
Si3O96-
b
[SiO4]
Si4O128-
c
Si6O1812-
下一页
绿柱石Be3Al2[Si6O18]
六方晶系,环 与环重叠,上 下 层 错 开 300 。 环内通道可赋 存H2O,K+、Cs+ 等。
桥氧
桥氧
O
Si
[SiO4]
返回
活性氧(非桥氧):
[SiO4]4-四面体中与1个Si相联结的O。
惰性氧(桥氧桥氧):
[SiO4]4-四面体中与2个Si相联结的O,其 电荷已中和。
一、孤岛状结构
SiO4四面体在结构中不直接连接, 而靠 MO6连接起来的, 即SiO4四面体被MO6八面 体隔离。
3.A2B3型化合物结构
以a Al O 为代表 刚玉型结构 23
O2-近似作六方最紧密堆积,配位数为4,堆积层 垂直于三次轴,Al3+充填了O2-形成的八面体空隙 数的2/3,每三个相邻的八面体空隙有一个是有规 则地空着;每个晶胞含4个Al3+和6个O2-。
平行3次轴方向上, 两个实心八面体和 一个空心八面体相 间排列
3
0.225
三角形
B2O3
0.225 ~
4
0.414
四面体
SiO2, GeO2
0.414 ~
6
0.732
八面体
NaCl,MgO, TiO2
0.732 ~
8
1.000
1.000以上
12
立方体 立方八面体
ZrO2, CaF2, CsCl
Cu
2.电价规则(鲍林第二规则)
在一个稳定的晶体结构中,每一个负离子的 电价等于从邻近的正离子配给该负离子各静 电键强度的总和。
图2-54 -ZnS晶胞
六方ZnS型(纤 锌矿型)结构
S
Zn
图2-55 a-ZnS晶胞
Zn占据半数的 四面体空隙
立方ZnS和六方ZnS是非常重要的两种 晶体结构。 已投入使用的半导体除Si、Ge 单晶为金刚石型结构外,III-V族和II-VI 族的半导体晶体都是ZnS型,且以立方ZnS 型为主.例如:GaP, GaAs, GaSb,InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe。
SiO4四面体是以二个、三个、四个和六个通 过公共氧连接而成的四面体群体,这种群体看成 一个结构单元。结构单元在结构中不直接连接, 而靠MO6连接起来的。
络阴离子: Si2O76-, Si3O96-, Si4O128- ,Si6O1812晶体代表: 绿柱石结构 Be3Al2Si6O18
2.AB2型化合物结构 (1) CaF2(萤石型)结构
Ca2+配位数为8, F-配位数为4
SrF2, CeO2 ,UO2,HgF2等晶体属CaF2型,而
Li2O, Na2O, Be2C等晶体属反萤石型,即正离子 占据F-离子位置,负离子占据Ca2+的位置。
(2)金红石型结构
Ti
O2- 近似按立方A1 型堆 积,Ti4+填充了变形八 面体空隙中(占据率 50%), O2- 的配位数 为3,Ti4+ 的配位数为 6。
尖晶石MgAl2O4
尖晶石型结构所包含的晶体有一百多种,用 途最广是铁氧体磁性材料。
反尖晶石型结构:二价阳离子分布在八面体空 隙,三价阳离子一半在八面体空隙,另一半在 四面体空隙。
尖晶石型结构中可以A为四价,B为二价, 主要应满足AB2O4通式中A、B离子的总
价数为8。
2.4.3 硅酸盐的晶体结构
的顶点相连,并向三维空间伸延的架状结构。
络阴离子: SiO2(最多不超过1/2的Si被Al替代)
晶体代表:
石英SiO2 ,KAlSi3O8(钾长石),NaAlSi3O8 (钠长石),CaAl2Si2O8(钙长石),沸石 (Na,K)m(Si,Al)pO2p.nH2O
石英架状
石英 870℃ 573℃ 石英
按硅氧四面体层(T)和八面体层(O)组合 的型式,结构单元层有两种基本型式:
(1)双层型结构单元层(TO型):如高岭石
(2)三层型结构单元层(TOT型):如云母、 叶腊石
TO型
高岭石 Al4Si4O10(OH)8
OH O Al
[SiO4]
高岭石的片状结构中,一面为OH,另一面为O,晶层之 间能形成氢键,故晶层间联接力有氢键力和范德华力, 晶层间联接力强,水分子不能进入晶层间。从高岭石的 单位晶胞来看,高岭石是电中性。
络阴离子: SiO44--
晶体代表: ZrSiO4(锆英石)、Mg2SiO4(镁橄榄 石),(MgFe)2SiO4(橄榄石)
镁橄榄石 Mg2[SiO4]
正交晶系,氧离子近似 六方排列,镁离子位于 八面体空隙。
熔 点 18900C , 是 碱 性 耐 火材料中的重要矿物相。
返回
二、组群状结构
硅酸盐晶体结构结构特点 : (1)基本结构单元是硅氧四面体。 (2)结构中Si-O-Si键为键角1450的折线。
(3)每一个O2-最多只能连接二个硅氧四面体。 (4)硅氧四面体间只能共顶连接,而不能共 棱和共面连接。
[SiO4]4-四面体是硅酸盐的基本构造单位,可 孤立地存在;也可以角顶相联形成多种复杂的 络阴离子,即各种形式的硅氧骨干,再与金属 阳离子结合形成多种硅酸盐矿物。
(3) 立方ZnS型(闪锌矿型)结构:CdS,CuCl

Zn
S
(0, 0, 0), (1 , 1 , 0), (1 , 0, 1), (0, 1 , 1) 22 2 2 22
50 0
75
0 25
50 25 0
0
50
75
0
50
(1 , 1 , 1), (3 , 3 , 1), (1 , 3 , 3), ( 3 , 1 , 3) 444 444 444 444
4.不同种类正离子配位多面体间连接规则 (鲍林第四规则) 在含有两种以上正离子的离子晶体中,一些电 价较高、 配位数较低的正离子配位多面体之间 有尽量互不结合的趋势。
5、节约规则(鲍林第五规则 ) 在晶体中,本质上不同组成的结构单元的数 目,趋向于最少。
2.4.2典型的离子晶体的结构
要求掌握的具体内容:
四、层状结构
每个[SiO4]4-均以3个角顶分别与相邻的3个 [SiO4]4-相连结而形成向二维空间无限延展的硅 氧四面体层。
均 有 OH ,
OH位于六方 网格中心, 与活性氧同 高度
两层活性氧 (及OH)按 最紧密堆积 方式,上下 层位置错开
硅氧四面体分布在 一个平面内,组成 六方形网层。在相 当于每个硅氧四面 体组成的六方环内 能容纳三个阳离子 配位八面体。
晶胞中离子的排列,离子的配位数,晶体常数 与离子半径关系式,一个晶胞所占有正负离子 的数目,质点所处的空间坐标,空间格子类型 以及同型结构的化合物等。
1.AB型化合物结构
(1)CsCL型结构:CsBr,CsI 图2-52 CsCL晶胞
(2)NaCl型结构:MgO,FeO,TiN,TiC等
图2-53 NaCl晶胞
络阴离子:
单链 SiO3n4- 双链 Si4O11n6n-
晶体代表:
透辉石CaMgSi2O6 、蔷薇辉石(Mn,Ca)[SiO3],
透闪石Ca2Mg5Si4O112(OH)2
c0=0.520nm
b0=0.732nm c0=1.220nm
a
辉石
b [SiO4]
硅灰石
c
蔷薇辉石
莫来石,石棉
每三个相邻的 八面体就有一 个有规则地空 着,这样六层 构成一个周期。
c0
Al
O
D
E
F
Al3+
空隙
OAAlDOBAlEOAAlFOBAlD
OAAlEOBAlFOAAlDOB
4.ABO3型化合物结构: CaTiO3型和CaCO3方解石型 CaBiblioteka BaiduiO3高温下为立方晶系,600℃下为正交晶系。
CaTiO3晶体结构:立方P,Ca2+位于角顶,O2-位于面 心,Ti4+位于立方体中心;以Ca2+和O2-作面心立方 紧密堆积,形成4n个八面体空隙和8n个四面体空 隙,Ti4+填入的 1/4 八面体空隙中 , Ca2+的配位 数为12。
5.AB2O4型化合物结构:尖晶石MgAl2O4
以O2-作立方紧密堆积,形成4n个八面体空隙和 8n个四面体空隙,Mg2+填入1/8的四面体空隙 而Al3+填入1/2的八面体空隙。(32O2- 16Al3+8Mg2+)
1 8 的四面体空隙中,而Al3+填入 1 2 的八面体空隙中
图2-49 尖晶石型晶体结构
鳞石英 1470℃ 160℃ 鳞石英 117℃ 鳞石英
方石英 1713℃ 熔体 180-270℃ 方石英
a-方石英的晶体结构
Si4+的排列方式与金刚石结构完全相同,在距离 最近且完全等距离的每2个Si4+之间插入O2-,就 构成了a-方石英的晶体结构。
长石晶体结构 (K,Na,Ca,Ba)AlxSi4-xO8
大半径A离子rA、小半径B离子rB与氧离子半价ro:
实际上
r r 2(r r )
A
O
B
O
r r t 2(r r ),t : 0.77 1.10
A
O
B
O
A、B离子的价态可以是 1+5(NaWO3),2+4,3+3(YAlO3),1+2(KNiF3)。
降温时,通过某特定温度,钙钛矿结构畸变为 四方、正交或三方晶系,这种畸变使钙钛矿结 构晶体产生自发偶极矩,成为铁电和反铁电体, 从而具有压电和介电性能。
离子晶体结构视为由负离子多面体按一定方 式连接而成,正离子处于负离子多面体的中央。 为形成稳定结构,一个正离子趋向于以尽可能 多的负离子为邻,即尽可能大的配位数。
正负离子半径比值与配位数的关系

r r
0.000 ~ 0.155
正离子的 负离子多面体的形
配位数

2
直线形
实例 干冰CO2
0.155 ~
在架状结构的硅氧四面体中,有部分Si4+被 Al3+取代,最多不超过1/2,形成由硅氧四面 体和铝氧四面体组成的架状结构。
2.4 离子晶体结构
陶瓷材料是由金属与非金属元素通过离 子键或兼有离子键和共价键的方式结合起来。 陶瓷的晶体结构大多属于离子晶体。
典型的离子晶体是碱金属元素与卤族元 素之间形成的化合物晶体。
2.4.1 离子晶体的结构规则
1. 负离子配位多面体原则(鲍林第一规则)
在正离子周围,形成一个负离子配位多面 体,正负离子间的距离取决于它们的半径之 和,而配位数取决于它们的半径之比。
环状硅氧骨干
a0
A'4
绿柱石
A'3
c0
A4
A3
[SiO4]
Be
Al
[BeO4]
堇青石结构:Mg2Al3AlSi5O18 ,Al四配位
金绿柱石
铯绿柱石
海蓝宝石
三、链状结构
无数个[SiO4]4-间通过共用2或3个角顶, 沿一个方向彼此相连,无限延伸成链。链间为
其他金属阳离子联结。常见单链和双链。
高岭石晶体构 Al4Si4O10(OH)8
二八面体型结构
(TOT型)
云母
KAl2AlSi3O10(OH)2
蒙脱石
(MxnH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2
层间有一定量的K、Na、 Ca等阳离子,还可吸附 一定量的水或有机分子。
五、架状结构 硅氧四面体所有四个顶点均与相邻硅氧四面体
S i
(
Z n
)i
3.负离子多面体共用顶、棱和面的规则 (鲍林第三规则)
在配位结构中,配位多面体共用棱,特别是 共用面的存在会降低这个结构的稳定性。
四面体的共顶、共面和共棱联结
共顶、共棱、共面时,中心正离子间的距离为:
1:0.58 :0.33
八面体的共顶、共面和共棱联结
共顶、共棱、共面时,中心正离子间的距离为:1: 0.71:0.58幻灯片 11
[SiO4]
基本结构单元:硅氧四面体层(T)和含有氢 氧的其他阳离子氧八面体层(O)
络阴离子: Si4O1012-
晶体代表:
Mg3Si4O10(OH)2(滑石)、KAl2AlSi3O10(OH)2(白云母) 、 Al2Si4O10(OH)2 (叶腊石) 、
Al4Si4O10(OH)8(高岭石)
四方简单点阵,每个晶胞2个Ti2+,4个O2-
分数坐标:
Ti4+: (0, 0, 0), (1 , 1 , 1)
222
O2-: (u,u, 0), (1 u,1 u, 0), (1 u, 1 u, 1), (1 u, 1 u, 1)
2 2 22 2 2
u为一结构参数,金红石本身u = 0.31。 MgF2, FeF2, VO2,CrO2, PbO2,WO2,MoO2 等为金红石型。
相关文档
最新文档