晶体结构和晶体缺陷
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特征结构：共价键有方向性和饱和性,不是紧密堆积,配位数 低。晶体中没有独 立的分子存在。 例如：金刚石晶体
特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的不良导体，在一般溶剂中都不溶解，延展性差。 常见的原子晶体有金刚石、SiC、SiO2、Si、Ge等。
(3)分子晶体 分子晶体(molecular crystal):由分子排列在晶格结点上，相互间以分子间力结合而构成的晶体。
特征结构：采取紧密堆积，配位数高，晶体中有独立的分子存在。 特征物性：熔点、沸点低，硬度小，某些极性分子的水溶液能够导电，延展性也很差。
28
半径比(r+/r-)规则:
其中一层横截面:
(4r)2 2(2r 2r)2 令r 1
r/r 0.414
NaCl晶体:
r/r 0.414理想的稳定结构(NaCl)
r+/r- < 0.414
r+/r- > 0.414
离子半径比与配位数的关系
0.225 0.414 0.732
r / r
→ 0.414
NaCl 型 离子晶体
NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO
Байду номын сангаас
Z1 Z2 r+ r-
U 熔点 硬度
/pm /pm /kJ·mol-1 /oC
1 1 95 136 1 1 95 181 1 1 95 195 1 1 95 216 2 2 65 140 2 2 99 140 2 2 113 140 2 2 135 140
920 992 3.2 770 801 2.5 733 747 <2.5 683 662 <2.5 4147 2800 5.5 3557 2576 4.5 3360 2430 3.5 3091 1923 3.3
(2) 原子晶体 原子晶体(atom crystal):由原子排列在晶格结点上，相互间以共价键结合而构成的晶体。
Na:12114个 Cl:81614个
4
82
CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8 (红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
晶胞中离子的个数:
Cs :1个 Cl- :811个
8
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
→ 0.732
→ 1.00
配位数 4 6 8
构型 ZnS NaCl CsCl
型 型 型
晶格能U (lattice energy)：在标准状态下，由离子晶体变为气态的正、负离子时所吸收的能量。单 位：kJ·mol-1
晶格能可用于衡量晶体离子键的强弱
例如：
NaCl(s)
△ H r m Na + (g) + Cl - (g)
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
(2)面心立方密堆积:(cubic closest packing,ccp)
第三层与第一层不是对齐 的，有错位，以ABCABC…方式 排列。
△ rHm78k6Jmo-1l U 78k6Jmo-1l
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)
特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的 良导体，但延展性差,较脆。
晶格能对离子晶体物理性质的影响
晶胞(Unit cell)：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。
晶胞的两个要素：
(1)晶胞的大小与形状：
由晶胞参数a，b， c，α，β，γ表 示， a，b，c 为 六面体边长， α， β，γ 分别是bc ca , ab 所形成的 三个夹角。
(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。
配位数：12
(3)体心立方堆积:(boyd centered cubic packing,bcc)
立方体的 中心和8个顶角各为 一个球占据。
配位数：8
密堆积结构中存在许多空隙 四面体空隙
八面体空隙
3.晶体类型
(1) 离子晶体 离子晶体(ionic crystal)：正、负离子交替排列在晶格结点上，相互间以离子键结合而构成的晶体。
α=γ= 900, β≠ 900 α≠β≠γ≠ 900
Al2O3 SnO2 AgI HgCl2
KClO3 CuSO4·5H2O
按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立 方三种型式。
晶格的14种型式
简单立方
体心立方
面心立方
简单四方
体心四方
简单六方
简单菱形
简单正交
底心正交
体心正交
面心正交
简单单斜
底心单斜
简单三斜
单晶(single crystal)：单个晶体构成的物体。在单晶体中所有晶胞均呈相同的位向。一般所谓的晶 体都是泛指单晶体。
多晶(polycrystals)：由许多晶体(晶粒)构成的物体。或者说多晶体是由许多取向不同而随机排布的 小晶体组成。
特征结构：配位数高，晶体中没有独立的分子存在。离子在晶体中采取紧密堆积方式。 阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。 规则：阴阳离子相互接触稳定；
配位数大，稳定。
三种典型的离子晶体
NaCl型 晶格: 面心立方 配位比: 6:6
晶胞中离子的个数: (红球－Na+ , 绿球－Cl-)
晶系
边长
夹角
晶体实例
立方晶系 a = b = c α=β=γ= 900
NaCl
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
α=β=γ≠900 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ= 1200 α=β=γ= 900
晶体结构和晶体缺陷
晶体
非晶体
晶体与非晶体的区别
晶体
规则几何外形
确定的熔点
各向异性
对X射线的衍射效应 无
对称性
无
非晶体 无定形 无确定的熔点 各向同性
将晶体内的微粒视为几何上的点, 这些点所组成的几何构型称为晶格(crystal lattice) 。而微粒所占有的位 置称为晶格结点( lattice point)。
特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的不良导体，在一般溶剂中都不溶解，延展性差。 常见的原子晶体有金刚石、SiC、SiO2、Si、Ge等。
(3)分子晶体 分子晶体(molecular crystal):由分子排列在晶格结点上，相互间以分子间力结合而构成的晶体。
特征结构：采取紧密堆积，配位数高，晶体中有独立的分子存在。 特征物性：熔点、沸点低，硬度小，某些极性分子的水溶液能够导电，延展性也很差。
28
半径比(r+/r-)规则:
其中一层横截面:
(4r)2 2(2r 2r)2 令r 1
r/r 0.414
NaCl晶体:
r/r 0.414理想的稳定结构(NaCl)
r+/r- < 0.414
r+/r- > 0.414
离子半径比与配位数的关系
0.225 0.414 0.732
r / r
→ 0.414
NaCl 型 离子晶体
NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO
Байду номын сангаас
Z1 Z2 r+ r-
U 熔点 硬度
/pm /pm /kJ·mol-1 /oC
1 1 95 136 1 1 95 181 1 1 95 195 1 1 95 216 2 2 65 140 2 2 99 140 2 2 113 140 2 2 135 140
920 992 3.2 770 801 2.5 733 747 <2.5 683 662 <2.5 4147 2800 5.5 3557 2576 4.5 3360 2430 3.5 3091 1923 3.3
(2) 原子晶体 原子晶体(atom crystal):由原子排列在晶格结点上，相互间以共价键结合而构成的晶体。
Na:12114个 Cl:81614个
4
82
CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8 (红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
晶胞中离子的个数:
Cs :1个 Cl- :811个
8
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
→ 0.732
→ 1.00
配位数 4 6 8
构型 ZnS NaCl CsCl
型 型 型
晶格能U (lattice energy)：在标准状态下，由离子晶体变为气态的正、负离子时所吸收的能量。单 位：kJ·mol-1
晶格能可用于衡量晶体离子键的强弱
例如：
NaCl(s)
△ H r m Na + (g) + Cl - (g)
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
(2)面心立方密堆积:(cubic closest packing,ccp)
第三层与第一层不是对齐 的，有错位，以ABCABC…方式 排列。
△ rHm78k6Jmo-1l U 78k6Jmo-1l
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)
特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的 良导体，但延展性差,较脆。
晶格能对离子晶体物理性质的影响
晶胞(Unit cell)：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。
晶胞的两个要素：
(1)晶胞的大小与形状：
由晶胞参数a，b， c，α，β，γ表 示， a，b，c 为 六面体边长， α， β，γ 分别是bc ca , ab 所形成的 三个夹角。
(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。
配位数：12
(3)体心立方堆积:(boyd centered cubic packing,bcc)
立方体的 中心和8个顶角各为 一个球占据。
配位数：8
密堆积结构中存在许多空隙 四面体空隙
八面体空隙
3.晶体类型
(1) 离子晶体 离子晶体(ionic crystal)：正、负离子交替排列在晶格结点上，相互间以离子键结合而构成的晶体。
α=γ= 900, β≠ 900 α≠β≠γ≠ 900
Al2O3 SnO2 AgI HgCl2
KClO3 CuSO4·5H2O
按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面心立 方三种型式。
晶格的14种型式
简单立方
体心立方
面心立方
简单四方
体心四方
简单六方
简单菱形
简单正交
底心正交
体心正交
面心正交
简单单斜
底心单斜
简单三斜
单晶(single crystal)：单个晶体构成的物体。在单晶体中所有晶胞均呈相同的位向。一般所谓的晶 体都是泛指单晶体。
多晶(polycrystals)：由许多晶体(晶粒)构成的物体。或者说多晶体是由许多取向不同而随机排布的 小晶体组成。
特征结构：配位数高，晶体中没有独立的分子存在。离子在晶体中采取紧密堆积方式。 阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。 规则：阴阳离子相互接触稳定；
配位数大，稳定。
三种典型的离子晶体
NaCl型 晶格: 面心立方 配位比: 6:6
晶胞中离子的个数: (红球－Na+ , 绿球－Cl-)
晶系
边长
夹角
晶体实例
立方晶系 a = b = c α=β=γ= 900
NaCl
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
α=β=γ≠900 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ= 1200 α=β=γ= 900
晶体结构和晶体缺陷
晶体
非晶体
晶体与非晶体的区别
晶体
规则几何外形
确定的熔点
各向异性
对X射线的衍射效应 无
对称性
无
非晶体 无定形 无确定的熔点 各向同性
将晶体内的微粒视为几何上的点, 这些点所组成的几何构型称为晶格(crystal lattice) 。而微粒所占有的位 置称为晶格结点( lattice point)。