晶体结构的基本特征
晶体结构的基本特征
晶体结构的基本特征
嘿,朋友们!今天咱来聊聊晶体结构的那些基本特征呀!
晶体这玩意儿,就像是大自然精心雕琢的艺术品。
你看那亮晶晶的宝石,多漂亮啊!晶体呢,它有自己独特的一套。
首先说它的规整性,那可真是像士兵排队一样整齐呢!每个原子都乖乖地待在自己该在的位置,一丝不乱。
这就好比一个舞蹈团队,每个人的站位都精确无比,这样才能跳出完美的舞蹈呀,对吧?
还有啊,晶体的对称性也特别有意思。
它就像一个完美对称的图案,不管你从哪个角度去看,都能发现一种和谐之美。
这就好像我们照镜子,左边和右边是一模一样的,多神奇呀!你能想象如果晶体没有了这种对称性,那会变成啥样吗?肯定乱七八糟的啦!
晶体的周期性也很重要哦!就如同我们每天的生活都有一定的规律一样,晶体的原子排列也是有规律地重复出现的。
这就好像我们每天按时起床、吃饭、睡觉,按部就班但又充满秩序。
晶体的各向异性呢,就像是一个有个性的人。
不同的方向有着不同的性质,这多特别呀!你能想象一个东西在不同的方向表现出完全不同的样子吗?是不是很神奇?
说到这,咱想想看,如果世界上没有晶体,那会少了多少美丽和奇妙呀!那些璀璨的宝石就不会存在啦,我们也感受不到这种独特的魅力了。
晶体结构的这些基本特征啊,真的是太有意思啦!它们让晶体变得独一无二,让我们的世界变得更加丰富多彩。
我们应该好好去欣赏、去研究这些神奇的晶体,从它们身上发现更多的奥秘呀!这不就是大自然给我们的珍贵礼物吗?我们可不能辜负了呀!所以呀,让我们一起好好感受晶体的美妙吧!。
晶体结构笔记-固体物理学
晶体结构一、晶体、准晶体和非晶体材料结构特征与差别(1)晶体结构:整个晶体是一个完整的单一结构,即结晶体内部的微粒在三维空间呈高度有规律地、周期性地排列,或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成,整个晶体中质点在空间的排列为长程有序,且具有各向异性。
(2)准晶体结构:既不同于晶体,也不同于非晶态,原子分布不具有平移对称性,但仍有一定的规则,且呈长程的取向性有序分布,可认为是一种准周期性排列。
一位准晶:原子有二维是周期分布的,一维是准晶周期分布。
一维准晶模型————菲博纳奇(fibonacci)序列。
其序列以L→L+S S →L(L,S分别代表长短两段线段)的规律增长,若以L为起始项,则会发现学列中L可以成双或成单出现,而S 只能成单出现,序列的任意项均为前两项之和,相邻的比值逐渐逼近i,当n →∞时,i=(1+√5)/2。
二维准晶,一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。
二维空间的彭罗斯拼图由内,角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成,能够无缝隙无交叠地排满二维平面。
这种拼图没有平移对称性,但是具有长程的有序结构,并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。
三维准晶,原子在三维上的都是准周期分布包括二十面体准晶,立方准晶。
准晶体质点在空间排列为长程取向,没有长程平移周期性。
(3)非晶体结构:非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体,具有近程有序,但不具有长程有序。
外形为无规则形状的固体。
非晶体具有各向同性,非晶体无固定的熔点,它的熔化过程中温度随加热不断升高。
二、原胞、基矢的概念,晶面晶向的表示,对称性和点阵基本类型(1)原胞与基矢:能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元,最小的周期重复单元称作点阵的原胞。
以原胞的边长为点阵基矢构成平移矢量为基矢。
任意格矢为R=m1a1+m2a2+m3a3,定义表明,晶体在不同方向上,晶体的物理性质不同,也表明点阵是无限大的。
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第七章晶体结构第一节晶体的点阵结构一、晶体及其特性晶体是原子(离子、分子)或基团(分子片段)在空间按一定规律周期性重复地排列构成的固体物质。
晶体中原子或基团的排列具有三维空间的周期性,这是晶体结构的最基本的特征,它使晶体具有下列共同的性质:(1)自发的形成多面体外形晶体在生长过程中自发的形成晶面,晶面相交成为晶棱,晶棱会聚成顶点,从而出现具有几何多面体外形的特点。
晶体在理想环境中应长成凸多面体。
其晶面数(F)、晶棱数(E)、顶点数(V)相互之间的关系符合公式:F+V=E+2 八面体有8个面,12条棱,6个顶点,并且在晶体形成过程中,各晶面生长的速度是不同的,这对晶体的多面体外形有很大影响:生长速度快的晶面在晶体生长的时候,相对变小,甚至消失,生长速度小的晶面在晶体生长过程中相对增大。
这就是布拉维法则。
(2)均匀性:晶体中原子周期性的排布,由于周期极小,故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。
如密度、化学组成等。
(3)各向异性:由于晶体内部三维的结构基元在不同方向上原子、分子的排列与取向不同,故晶体在不同方向的性质各不相同。
如石墨晶体在与它的层状结构中各层相平行方向上的电导率约为与各层相垂直方向上电导率的410倍。
(4)晶体有明显确定的熔点二、晶体的同素异构由于形成环境不同,同一种原子或基团形成的晶体,可能存在不同的晶体结构,这种现象称为晶体的同素异构。
如:金刚石、石墨和C60是碳的同素异形体。
三、晶体的点阵结构理论1、基本概念(1)点阵:伸展的聚乙烯分子具有一维周期性,重复单位为2个C原子,4个H 原子。
如果我们不管其重复单位的内容,将它抽象成几何学上的点,那么这些点在空间的排布就能表示晶体结构中原子的排布规律。
这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形称为点阵。
构成点阵的点称为点阵点。
点阵点所代表的重复单位的具体内容称为结构基元。
用点阵来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论。
(2)直线点阵:根据晶体结构的周期性,将沿着晶棱方向周期的重复排列的结构单元,抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列,称直线点阵。
材料科学基础(第04章晶体结构)
化学亲和力(电负性):化学亲和力越强,倾向于生成化合物而
不利于形成固溶体;生成的化合物越稳定则溶解度越小。只有电 负性详尽的元素才可能具有大的溶解度。
原子价因素:当原子尺寸因素较为有利时,在某些以一价金属为
基的固溶体中,溶质的原子价越高,其溶解度越小。
2.3 合金相结构
2.3.1 固溶体 2. 间隙固溶体: ① ② 溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙 固溶体。 影响间隙固溶度的因素
4.2 晶体学基础
4.2.1 空间点阵( lattice)和晶胞(cell) 1. 为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性,可先将 实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化,将其 中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点,称之为 阵点。 这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的 周围环境,这种由它们在三维空间规则排列的阵列称 为空间点阵,简称点阵。 具有代表性的基本单元(最小平行六面体)作为点阵 的组成单元,称为晶胞。同一空间点阵可因选取方式 不同而得到不相同的晶胞。
晶面指数所代表的不仅是某一晶面,而是代表着一组相互平行的晶 面。另外,在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同,只 是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族,以{h k l}表示, 它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。 正交点阵中一些晶面的面指数
4.2 晶体学基础
晶体结构特征、理论及类型
晶胞中离子的个数: Cl- :811个 8 晶体结构特征、理论及类型
ZnS型(立方型)
晶格: 面心立方
配位比: 4:4
(红球-Zn2+ ,
绿球-S2-)
晶胞中离子的个数: Zn2+ :4个
S2- :61814个
2 晶体结构特征、理论及类型
8
半径比(r+/r-)规则: 其中一层横截面:
晶体结构特征、理论及类型
2.球的密堆积
(1)六方密堆积:(hexagonal closest packing, hcp)
同层每个 球周围有六个 球,第三层与 第一层对齐, 形成ABAB… 排列方式。
配位数:12
晶体结构特征、理论及类型
(2)面心立方密堆积:(cubic closest packing,ccp)
(2) 晶胞的内容:粒子的种类,数目及它在晶 胞中的相对位置。
按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
晶系
边长
夹角
晶体实例
立方晶系
三方晶系 四方晶系 六方晶系 正交晶系
单斜晶系 三斜晶系
a=b=c
a=b=c a = b≠c a = b≠c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c
α=β=γ= 900
α=β=γ≠900 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ= 1200 α=β=γ= 900
△ rHm78k6Jmo-1l U 78k6Jmo-1l
晶体结构特征、理论及类型
影响晶格能的因素: ① 离子的电荷(晶体类型相同时)
Z↑,U↑ 例:U(NaCl)<U(MgO) ② 离子的半径(晶体类型相同时)
R↑,U↓ 例:U(MgO)>U(CaO)
材料科学基础笔记1
第一章原子结构与键合此章主要掌握概念1.金属键(1)典型金属原子结构的特点是其最外层电子数很少,极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子,并在整个晶体内运动,及弥漫于金属正离子组成的晶格之中而形成电子云。
这种由金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合为金属键。
(2)绝大多数金属均以金属键方式结合,它的基本特点是电子的共有化,而且无方向性,无饱和性.(3)金属一般具有良好的到点和导热,以及良好的延展性的原因:自由电子的存在。
2.离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,靠静电引力结合在一起。
3。
共价键共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子通过共用电子对而形成的化学键。
共价键又分为非极性键和极性键两种.有方向性和饱和性。
4.范德瓦耳斯力是借助这种微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用,将原来具有稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合,没有方向性和饱和性.5.氢键氢键是一种极性分子键,存在于HF、H2O、NF3等分子间,它的键能介于化学键与范德瓦耳斯力之间。
第二章固体结构重点:晶面指数和晶向指数、配位数以及致密度等一些概念、合金相结构的几种类型、间隙固溶体和间隙化合物和间隙相的异同点.主要是简答题按照原子或分子排列的特征可将固态物质分为两大类:晶体和非晶体.1.晶体结构的基本特征是,原子或分子或离子在三维空间呈周期性重复排列,即存在长程有序。
(各向异性)2.空间点阵:阵点在空间呈周期性规则排列,并具有完全相同的周围环境,这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。
(概念题)3.晶格:为了便于描述空间点阵的图形,可用许多平行的直线将所有阵点连接起来,构成了一个三维几何架子。
(概念题)4。
晶胞:可在点阵中取出一个具有代表性的基本单元,作为点阵的组成单元。
(概念题)5。
选取晶胞的原则:a.选取的平行六面体应反映出点阵的最高对称性。
b.平行六面体内的棱和角相等的数目应最多。
c。
当平行六面体的棱边夹角存在直角时,直角数目应最多。
晶体结构a1a2a3
晶体结构a1a2a3晶体结构是指晶体中原子或分子的排列方式。
晶体结构的研究对于了解物质的性质和应用具有重要意义。
本文将以晶体结构的基本特征和分类为主线,介绍晶体结构的a1a2a3。
晶体结构的基本特征是周期性和有序性。
周期性指的是晶体中原子或分子的排列方式具有重复的规律性,即具有空间周期性的结构。
有序性则是指晶体中原子或分子的排列方式是有序的,没有随机性。
这两个特征使得晶体结构具有一些特定的性质,如晶体的外形是有规则的,晶体中的原子或分子之间存在着特定的距离和角度关系。
根据晶体结构的不同特征和性质,可以将晶体分为不同的结构类型。
其中,a1a2a3是一种常见的晶体结构类型。
a1a2a3结构是指晶体中原子或分子的排列方式呈现出a1、a2、a3三个不同的周期性方向。
这种结构类型常见于一些金属晶体和某些无机化合物的晶体。
在a1a2a3结构中,a1、a2、a3三个方向上的周期性排列可以是相同的,也可以是不同的。
举个例子来说,对于某个金属晶体,a1方向可能是金属原子在x轴上的周期性排列,a2方向可能是金属原子在y轴上的周期性排列,a3方向可能是金属原子在z轴上的周期性排列。
这样,整个晶体就呈现出了三个不同方向上的周期性结构。
a1a2a3结构的特点是具有高度的对称性。
由于晶体中原子或分子的排列方式具有周期性和有序性,a1a2a3结构中的原子或分子在各个方向上具有相同的排列方式,从而使得整个晶体具有高度的对称性。
这种对称性不仅体现在晶体的外形上,还体现在晶体内部的原子或分子之间的相互作用上。
除了对称性外,a1a2a3结构还具有一些其他的特点。
例如,a1a2a3结构中的原子或分子之间的距离和角度关系是有规律的,这种规律往往决定了晶体的物理和化学性质。
此外,a1a2a3结构还可以通过一些实验手段来确定,如X射线衍射等。
总结起来,晶体结构的a1a2a3是指晶体中原子或分子的排列方式呈现出a1、a2、a3三个不同的周期性方向。
简述金属常见的3种晶体结构的基本特点
简述金属常见的3种晶体结构的基本特点金属常见的3种晶体结构的基本特点根据金属的化学性质及在自然界中存在的状态,可把金属分为三类。
这三类金属分别是:气态金属、液态金属和固态金属。
1.气态金属:如氢、氧、氮等金属。
它们的化学活泼性强,与其他物质接触时容易失去电子而形成化合物。
气态金属不能导电,但可以形成化合物。
如氢气与氧气反应生成水,与其他物质不发生反应。
2.液态金属:如铜、银、铁等金属。
它们的化学活泼性弱,不易与其他物质发生反应。
由于金属原子核的最外层电子数比氢原子少一个,所以,这些金属的阳离子半径大于氢原子的半径,这样,金属原子比较容易失去电子变成阳离子进入溶液。
这样,当它们与水或酸等溶剂接触时,金属阳离子便很容易失去电子而成为氢氧化物(如:氢氧化铜、氢氧化铁、氢氧化铝)、碳酸盐(如:碳酸铜、碳酸钙)等碱式盐。
3.固态金属:如金、铂等金属。
它们的化学活泼性极小,一般不易与其他物质发生反应。
金属的晶体结构有两种,一种是体心立方晶格,另一种是面心立方晶格。
这两种晶体结构对金属的物理性质和化学性质都有影响。
体心立方晶格金属具有面心立方晶格金属的物理性质,同时又有体心立方晶格金属的化学性质,而面心立方晶格金属只具有体心立方晶格金属的化学性质。
因此,要想搞清金属的物理性质和化学性质之间的关系,就必须首先弄清楚金属的晶体结构。
金属常见的3种晶体结构的基本特点1.固体金属晶体的熔点,就是单位质量晶体所产生的热量,叫做熔点。
一般来说,纯金属的熔点随温度的升高而升高;混合金属熔点不相同;同种金属,结晶程度越高,熔点越低;在高温下,液态金属凝固,出现体积缩小现象,熔点降低。
金属晶体的熔点和金属晶体的密度也有关系,在熔点时,熔点越高的金属,晶体越密,其熔点也就越高。
在其他条件相同的情况下,晶体密度越大,熔点也越高。
液体金属有其共同的特征,在任何温度下,它都是热的良导体,即液态金属都是热的不良导体。
金属晶体的熔点还和金属晶体中原子的排列有关。
晶体结构与性质知识点
第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体①晶体:是内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。
②非晶体:是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。
2、晶体的特征(1)晶体的基本性质晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。
①自范性:a.晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。
b.“自发”过程的实现,需要一定的条件。
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。
②均一性:指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。
③各向异性:同一晶体构造中,在不同方向上质点排列一般是不一样的,因此,晶体的性质也随方向的不同而有所差异。
④对称性:晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。
在外形上,常有相等的对称性。
这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复,这就是对称性。
晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。
⑤最小内能:在相同的热力学条件下,晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比较,其内能最小。
⑥稳定性:晶体由于有最小内能,因而结晶状态是一个相对稳定的状态。
⑦有确定的熔点:给晶体加热,当温度升高到某温度便立即熔化。
⑧能使X射线产生衍射:当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时,能产生光的衍射现象。
X射线的波长与晶体结构的周期大小相近,所以晶体是个理想的光栅,它能使X射线产生衍射。
利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。
非晶体物质没有周期性结构,不能使X射线产生衍射,只有散射效应。
(2)晶体SiO2与非晶体SiO2的区别①晶体SiO2有规则的几何外形,而非晶体SiO2无规则的几何外形。
②晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度有序,而非晶体SiO2内部质点排列无序。
③晶体SiO2具有固定的熔沸点,而非晶体SiO2无固定的熔沸点。
④晶体SiO2能使X射线产生衍射,而非晶体SiO2没有周期性结构,不能使X射线产生衍射,只有散射效应。
晶体结构与晶体化学-晶体几何学理论基础3
螺旋旋转由两个基本操作——旋转和平移构成。该旋转轴称为螺旋轴。在 点阵中,螺旋轴被限制在旋转轴允许的位置上。为了与点阵相容,平移分 量的量值必须是平行于轴的单位平移的约数。
1.5.2 滑移反映
包含有平移及反映的复合对称操作称为滑移反映。反映面称滑移面,限制 在与镜面相同的位置上。滑移的平移分量必须与在平面中的单位平移t平 行,且其量值为t/2。如果平行于晶胞的棱,称之为轴滑移。如果指向 晶胞的中心或晶胞的任一面的中心,称之为对角线滑移。金刚石型滑移的 值是对角线滑移量的一半,且只限于有心的晶胞。
1.1.2 空间点阵
在图3.1的单位平移中,有两个最短的矢量,如图3.2所示。原点的选择是任意 的,任何图案的平移对称都可从图形的一点开始描述。如将图案抽象成一个点, 通过上述的一套平移对称操作即可得到一套平面上点的集合,称为网格或二维 点阵(图3.3)。在空间三维情况下,称作空间格子或空间点阵,点阵中的每个 点称为结点或点阵点。
3、空间格子(点阵)
晶体结构的基本特征是其中的质点在三维空间作有规律的重复排列;表示这种 晶体结构基本规律性的集合图形,就是空间格子。
二维空间中平移等效点的集合产生了一个“网格”,而在三维空间中其基本平 移矢量终点的集合组成一个空间格子,常称为“晶格”或“点阵”
C:面心 三维情况的晶胞: P:无心(原始的或素的) I:体心 F:面心 A、B、C:底心。即(b,c)、(c,a)及(a,b)上带心或称A面心、B面心、C面心。 R:菱面体按六方定向时的带心情况 三斜晶系中不存在带心点阵。 单斜晶系中,A面心和C面心是相同的(a轴和c轴可以互换)。B面心可以选为P。I、 F点阵也可以选成A及C。因此,在标准定向中,单斜晶系只有P、C两种。 正交晶系中,原始的P、C面心(A及B面心可用换轴的方法选为C),体心I及面心F 都有。 四方晶系,点阵类型只有P及I两种(C可选成P,F可改选成I)。 三方、六方晶系有P及R两种点阵。 立方晶系有P、I、F点阵。
归纳总结 3 种典型的晶体结构的晶体学特征
归纳总结 3 种典型的晶体结构的晶体学特征
1、金刚石(C):为典型的共价键晶体(原子晶格),所以不遵循最
紧密堆积原理。
每个C原子与周围另外四个C原子以sp3杂化轨道形成共
价键;其晶胞也为立方面心格子,立方对称。
2、石墨(C):石墨与金刚石是C的两个同质多像(同素异形)变体。
石墨结构中有共价键、分子键等,所以也不遵循最紧密堆积原理。
石墨是
一个典型的层状结构,层内每个C与周围三个C以sp2杂化轨道形成共价键,还有一个p轨道没有参加杂化,这些没有参加杂化的p轨道以垂直于
层是方向平行排列,形成一个大p键(相当于金属键),层间还有分子键。
3、NaCl晶体:Cl-离子做立方最紧密堆积,Na+离子充填于所有的八
面体空隙中,立方对称。
因为n个球形成的八面体空隙也为n个,所以阴、阳离子数量比为1:1。
扩展资料
晶体的共性
1、自范性
晶体物质在适当的结晶条件下,都能自发地成长为单晶体,发育良好
的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面,而呈现出凸多面体。
2、守恒定律
同一种晶体在相同的温度和压力下,其对应晶面之间的夹角恒定不变。
3、解理性
当晶体受到敲打、剪切、撞击等外界作用时,可有沿某一个或几个具有确定方位的晶面劈裂开来的性质。
4、各向异性
晶体的物理性质随观测方向而变化的现象称为各向异性。
晶体的很多性质表现为各向异性,如压电性质、光学性质、磁学性质及热学性质等。
晶体结构的两个基本特征
晶体结构的两个基本特征晶体结构是晶体学研究的核心内容之一,它描述了晶体内部原子或离子的排列方式。
晶体结构具有两个基本特征,即周期性和对称性。
周期性是指晶体结构中的原子或离子按照一定的规律周期性地排列。
这种周期性可以沿着晶体的任意方向进行延伸,形成无限大的晶体网络。
晶体的周期性排列使得晶体具有许多独特的物理和化学性质。
例如,晶体的周期性结构导致其在X射线或电子束的照射下会产生衍射现象,从而可以通过衍射图案来确定晶体的结构。
对称性是指晶体结构中存在一些对称元素,如旋转轴、镜面和平移等。
这些对称元素使得晶体在空间中具有特定的对称性。
晶体的对称性不仅是晶体结构中的重要特征,也是晶体学研究的重要内容。
通过研究晶体的对称性,可以揭示晶体内部的结构信息,并且可以预测晶体的物理和化学性质。
晶体结构的周期性和对称性是由晶体中的原子或离子的排列方式决定的。
晶体中的原子或离子按照规则的方式排列成各种不同的结构类型,如立方晶系、四方晶系、正交晶系、三斜晶系等。
不同的晶体结构类型具有不同的周期性和对称性特征。
以立方晶系为例,它是最简单的晶体结构类型之一。
在立方晶系中,原子或离子沿着三个互相垂直的方向周期性地排列。
由于立方晶系具有最高的对称性,因此在立方晶系中的晶体结构是最简洁、最规则的。
在立方晶系中,晶体可以分为面心立方晶体、体心立方晶体和简单立方晶体三种类型。
这些不同类型的晶体结构具有不同的周期性和对称性特征,从而导致了它们在物理和化学性质上的差异。
另一个基本特征是晶体结构的对称性。
晶体的对称性是由晶体结构中存在的对称元素决定的。
对称元素包括旋转轴、镜面和平移等。
旋转轴是晶体结构中存在的一种对称元素,它表示围绕一个轴旋转一定角度后,晶体的结构不发生变化。
镜面是晶体结构中存在的另一种对称元素,它表示晶体结构在镜面两侧是对称的。
平移是晶体结构中存在的第三种对称元素,它表示晶体结构在一定的方向上平移一定的距离后,晶体的结构不发生变化。
三种晶体结构的晶体学特征
三种晶体结构的晶体学特征在晶体学中,晶体是一种固体物质,其内部结构显现出规律的周期性阵列,这种规律的阵列就形成了晶体的结构。
晶体学家对晶体结构的分类发现,目前存在三种基本晶体结构,分别是立方晶系、四方晶系和六方晶系。
本文将围绕这三种晶体结构,详细阐述它们的晶体学特征以及相关内容。
1. 立方晶系立方晶系是一种最为简单的晶体结构类型,其结构特点就是在三个空间方向上呈等距离排列,这样就形成了一个立方体。
立方晶系的晶胞参数,其中最特别的有一个参数,即a。
在立方晶系中,a轴、b 轴、c轴长度相等,α=β=γ=90°。
这种晶体常常会形成包含有均一晶胞大小和全方向相等的晶体结构,而钻石和立方硫磺就是立方晶系统的代表晶体。
2. 四方晶系四方晶系与立方晶系有些类似,因此也称为是正交晶系的一种。
四方晶系的晶胞参数拥有三个变量,分别是a、b、c,但在三个轴之间,只有a轴和b轴的长度相等(a=b)而c轴与其中的两条轴垂直,等于独立的单一参数。
α=β=γ=90°. 四方晶系的晶胞参数不同于其他晶体参数为number的晶体。
在四方晶系中,包括的代表性晶体有铁磁体铁氧体和红色磷。
3. 六方晶系六方晶系,全称为六方最密堆积晶系(Hexagonal Close-Packing),它是由一组粗细不同的六方安排球体而产生三维密堆积结构。
与四方晶系和立方晶系不同,六方晶系有四个变量的晶胞参数。
其中,a轴和b轴的长度相等(a=b),而c轴比另外两个轴长。
另外,α=β=90°,γ=120°。
六方晶系的代表性晶体有纯净的碳(钻石)和柔性金属钠。
总之,三种晶体结构分别是立方晶系、四方晶系和六方晶系。
其中,立方晶系是最为简单的晶体结构类型,其结构特点是在三个空间方向上呈等距离排列。
四方晶系常常被称为正交晶系的一种,其晶胞参数拥有三个变量,但在三个轴之间只有a轴和b轴的长度相等。
六方晶系由一组粗细不同的六方安排球体而产生三维密堆积结构,其晶胞参数有四个变量,并且a轴和b轴的长度相等,c轴比另外两个轴长,其中γ值为120度。
晶体结构的特点
晶体结构的特点
晶体结构的特点包括:
1. 有序性:晶体的原子或分子按照一定的规律排列,形成有序的结构。
2. 重复性:晶体的结构单元(晶胞)在空间中周期性地重复出现,使得整个晶体具有无限的空间延伸。
3. 对称性:晶体具有各种对称性,包括旋转对称性、镜面对称性和反射对称性等。
这些对称性使得晶体在物理性质上呈现出一定的规律性。
4. 紧密堆积:晶体的原子或分子通常以紧密堆积的方式排列,以最大程度地填充空间。
5. 晶面和晶向:晶体的表面由一系列平行的晶面组成,而晶体内部有一些特定的方向,称为晶向。
6. 晶体的周期性:晶体的物理性质在晶体内部是呈现出周期性变化的,例如电子结构和光学性质等。
7. 晶体的各向同性:晶体的物理性质在各个方向上是相同的,即晶体的性质与其晶向无关。
8. 晶体的非均匀性:晶体内部的原子或分子的排列存在一定的偏差
和不规则性,使得晶体在微观上不是完全均匀的。
三种晶体结构的晶体学特征
三种晶体结构的晶体学特征
晶体学特征是指晶体的结构、形态、物理性质等方面的特征。
晶体学是研究晶体结构的学科,它的研究对象是晶体的结构、性质和制备方法等。
晶体学特征可以分为三种晶体结构的特征,分别是立方晶系、六方晶系和四方晶系。
立方晶系是晶体学中最简单的晶体结构,它的晶体学特征是晶体的对称性高,晶体的形态规则,晶体的物理性质稳定。
立方晶系的晶体结构具有三个相等的轴,且轴之间的夹角均为90度。
立方晶系的晶体结构具有高度的对称性,因此其晶体形态规则,晶体的物理性质稳定。
例如,钻石就是一种典型的立方晶系的晶体,它的晶体形态规则,物理性质稳定,因此被广泛应用于珠宝、工业等领域。
六方晶系是晶体学中比较常见的晶体结构,它的晶体学特征是晶体的形态多样,晶体的物理性质复杂。
六方晶系的晶体结构具有四个相等的轴,其中三个轴在同一平面内,夹角为120度,另一个轴垂直于该平面。
六方晶系的晶体形态多样,例如石英、蓝宝石等都是六方晶系的晶体,它们的晶体形态各异,物理性质也复杂。
四方晶系是晶体学中比较少见的晶体结构,它的晶体学特征是晶体的形态规则,晶体的物理性质稳定。
四方晶系的晶体结构具有三个相等的轴,其中两个轴在同一平面内,夹角为90度,另一个轴垂直于该平面。
四方晶系的晶体形态规则,例如冰、铁等都是四方晶系的晶体,它们的晶体形态规则,物理性质稳定。
不同的晶体结构具有不同的晶体学特征,立方晶系的晶体结构具有高度的对称性,六方晶系的晶体结构具有形态多样,物理性质复杂,四方晶系的晶体结构具有形态规则,物理性质稳定。
这些晶体学特征对于晶体的制备、应用等方面都具有重要的意义。
晶体区别于其他固体结构的基本特征
晶体区别于其他固体结构的基本特征1. 什么是晶体?晶体,顾名思义,就是那种看起来漂亮得像是上天赐予的艺术品的固体。
想象一下那些五颜六色的宝石,或者是精致的冰雪花,它们都能让人惊叹不已。
但是,晶体可不是随便哪种固体,它有着自己独特的“性格”。
跟其他固体相比,晶体的结构就像一个严密的乐队,每一个乐器都在精准地配合,形成和谐美妙的旋律。
2. 晶体的有序排列2.1 规则性晶体的最基本特征就是它们的原子排列非常有规律,像是按部就班的舞蹈。
想象一下在学校里排队,那种整整齐齐的样子。
而其他固体,比如塑料、橡胶之类的,往往就像一群小朋友随意散落的玩具,毫无章法。
这种规则的排列,使得晶体在物理性质上表现得极为稳定,不容易被外界的影响所改变。
2.2 对称性除了有序排列,晶体的对称性也是一大亮点。
你有没有注意过,很多晶体都有漂亮的对称形状,就像艺术家的作品一样,左右对称、上下对称,让人看了忍不住赞叹。
相比之下,非晶体的结构就像是不小心打翻了的拼图,拼不回原来的样子。
这种对称性不仅让晶体在外观上更具吸引力,还决定了它们在光学性质和物理性质上的表现。
3. 晶体的物理特性3.1 硬度与韧性说到晶体,硬度这个话题肯定绕不过去。
许多晶体,如钻石,就是硬得让人叹为观止的存在,甚至能轻松划破玻璃。
而其他固体,像是橡皮或泡沫,轻轻一捏就变形了,这可不是同一个档次的。
晶体的这种硬度,正是因为它们的内部结构非常紧密,分子之间的联系牢不可破。
3.2 导电性与热导性再说说导电性和热导性,晶体中有些是导电高手,比如石墨。
而其他固体,有的则像是小学生,根本不懂得如何导电。
热导性也是一样,某些晶体能够迅速传导热量,就像是那种能迅速跑完马拉松的运动员,速度快得惊人。
而一些非晶体则只能慢慢热,简直就像是在拖后腿。
4. 实际应用4.1 电子产品在我们的日常生活中,晶体的应用无处不在,比如手机、电脑里的半导体,都是晶体的身影。
没有它们,咱们的电子产品可就没那么聪明了。
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材料科学基础
空间群
空间群:用以描述晶体中原子组合的所有可能 方式,是确定晶体结构的依据。
230种空间群:晶体结构中32个点群和14种布 拉维点阵的组合得到。 或者:所有宏观对称操作和微观对称操作组合 得到230种空间群
材料科学基础
例1
食盐
Fm3m: F: 面心立方点阵 m: 垂直于a方向((100) 晶面)上有对称面, 3: 立方体对角线上有三次 轴,[111]方向
材料科学基础
1 平移轴
• 进行平移操作时,图形平行于平移轴移动,按 一定周期移动后整个图形复原。
问题:平移轴和对称面 或对称轴组合会产生什么后果?
14种布拉维点阵
材料科学基础
2 螺旋轴和旋转平移
定义:旋转和平移的联合操作 特点:先旋转一定角度再平移而使图形复原。
s t T n
其中:n:轴次 S:1、2、3……n-1个整数 T:平行于旋转轴的直线点阵的基本向量
滑移面
滑移距离 a0/2 b0/2 c0/2 (a0+b0)/2(c0+b0)/2(a0+ c0)/2 (a0+b0)/4(c0+b0)/4(a0+ c0)/4
d
平行晶胞面对角线
材料科学基础
举例:NaCl
b滑移面
b
a
a
b
b a a
b
材料科学基础
晶体中可能出现的对称要素
• 对称轴(5):1,2,3,4,6 1, 2, 3, 4, 6 • 倒转轴(5): • 螺旋轴(11): 21、31、32、41、42、43、61、62、 63、64、65 • 滑移面(5):a,b,c,n,d • 平移轴(14):14种布拉维格子
材料科学基础
螺旋轴的种类
材料科学基础
共有11个螺旋轴,21、31、32、41、42、43、61、 62、63、64、65。 存在左旋和右旋情况。
从投影方向看若螺旋方向为逆时针称右旋,反 之称为左旋。若一次平移a/2,则不分左右旋。
材料科学基础
材料科学基础
石英结构中的六次螺旋轴
材料科学基础
石英的基本结构可以看成是硅氧四面体在三和六次螺旋轴附近的螺旋链 。
材料科学基础
3 滑移面和反映平移
• 先反映后平移或先平移后反映
III’
III II’
II I’
I
反映 平移 反映 平移 反映 平移 I I' II II' III III' IV
材料科学基础
表
国际符 号 a b c n 滑移方向 平行x轴 平行y轴 平行z轴 平行晶胞面对角线
材料科学基础
2 1 4 5 6 3
a c
7
b d
材料科学基础
划分平行六面体的基本原则
• • • • 三条规则: 1)对称性原则 2)直角最多 3)体积最小
14种布拉维点阵: 从所有空间点阵中,可以推导出反映所有空间 点阵全部特征的单位平行六面体,只有14种。
材料科学基础
拓展知识:
• 1855年法国晶体学家布拉维(Bravais A, 1811-1863)运用严格的数学方法推导出 晶体的空间格子(即:晶体结构中的平 移重复规律)只有14种,这就是著名的 14种布拉维格子,它描述了晶体结构中 的平移对称。
材料科学基础
材料科学基础
简单六方点阵
材料科学基础
=
材料科学基础
=
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二、晶胞概念 晶胞:
晶体结构中的平行六面体单位,其形状和大小与对应的点阵 中的平行六面体一致。 区别: 晶胞由实在的具体质点(等同点)构成。点阵中的平行 六面体由不具有任何的物理化学性质的几何点构成。 联系: 点阵由晶体结构抽象而来,不是任意的。
材料科学基础
四
晶体的微观对称和空间群(space group)
NaCl晶体中Na+和Cl-之间距离 0.563nm,可以计算出1mm3的 NaCl晶体中含7×1017个 晶胞的小立方体。
• 宏观对称:从晶体外形出发 • 微观对称:从晶体内部出发
• 1mol=6.02×1023 • 就晶体内部结构而言,是由结构单元构成的无 限图形,因而不仅包含晶体外形出现的宏观对 称操作,还包括无限图形中特有的平移操作。
m: 垂直于立方体晶胞面对 角线即平行于(110)晶面 上有对称面。
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例2
• 高岭石:P1 空间群,简 单点阵,在a 方向上有一 对称轴。三 斜晶系。
晶体 7个晶系
旋转,反映,倒反
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(按照晶胞的特征对称元素分类)
平移 14种布拉维格子
平移轴 螺旋Байду номын сангаас 滑移面
32个点群
230个空间群