大学二年级结晶化学-课件-第一章
第一章晶体结构(离子晶体课件4-2)
结构中O2-离子作变形的六方最紧密堆积,正离子占据一半的八
面体空隙位,并且交替占据,有一半是空的。八面体单元TiO6共边连接
成平行于C轴的链。 这种结构属于四方晶系,简单四方点阵。就一个晶胞而言,Ti4+ 占
据简单四方点阵的顶点和体心位置,O2-则处于上、下底面一组相互平行
对角线上和通过体心并平行于上下底截面上另外方向的一条对角线上, 这三条面对角线上各有两个O2-,它们距离所在面对角线端点的距离同为对
3、A2B3型化合物结构:
其中O 离子近似作六方最紧密堆积(HCP),Al
2-
2-
3+
离子填充在6个O 离子形成有八面体空隙中。 由于 3+ Al/O=2/3,所以Al 占据八面体空隙的2/3,其余1/3的空 隙均匀分布,这样13层构成一个完整周期。刚玉结构 中 正负离子的配位数分别为6和4。
依照Pauling第一规则,钛、氧离子半径比r /r 3+ =0.43>0.414, Al 的C.N.=6,处于八面体空隙位置;依照 3+ 2Pauling第二规则, Al -O 静电强度Si=3/6=1/2。氧离子 为负二价,因此它的配位数为4.
尖晶石的单位细胞
[反尖晶石结构]
在面心立方体点阵中,占T位和O位的正离子必须满足:A离子 (占T位)的半径必须小于B离子(占O位)的半径。如果A离子半径 大于B离子,则A离子占据O位,B离子占据T位。这种结构称作反尖 晶石结构。正离子占据孔隙的情况如下: 32个O2-离子 64个四面体空隙 32个八面体空隙 16个A3+离子 8个A3+离子 8个A3+离子
结晶学基础晶体化学基本原理演示文稿
问题:密堆是否意味着完全没有空隙?
采用空间利用率(原子堆积系数)来表征密堆系 统总空隙的大小。其定义为:晶胞中原子体积与晶胞 体积的比值。两种最紧密堆积的空间利用率均为 742分0.200年51%1月6,日2时空12 隙占整个空间的25.95%。
➢ 二、是鲍林(Pauling)考虑了原子核及其它离子的 电子对核外电子的作用后,从有效核电荷的观点出发定义 的一套质点间相对大小的数据,称为鲍林离子半径。
2020年11月6日2时12 分
2020年11月6日2时12 分
伟大的鲍林
• 两种结果相当接近,大家普遍接受鲍林方法。
• 三: R.D.Shannon 和C.T.Prewitt在鲍林半径基础 之上,对离子半径进行了修正,考虑了以下因素:
结晶学基础晶体化学基本原理演示文稿
2020年11月6日2时12 分
(优选)结晶学基础晶体化学基本原理
球体密堆原理
• 1.等大球体的最紧密堆积 把离子假想为刚性球体,离子之间的结合可以看 作是球体的堆积。球体堆积越紧密,堆积密度也 越大,空间利用率也越高,系统的内能也越小, 结构越稳定。
通常部分金属晶体属于此类。
• 2.非等大球体的最紧密堆积 较大的球体密堆,较小的球体填充空隙 通常的离子晶体属于此类
2020年11月6日2时12 分
石墨的原子排列方式(STM)
2020年11月6日2时12 分
等大球体平 面排布实例
第一层
AA B BB
AA A BB B B
A
晶体化学
绪论结晶化学的研究对象结晶化学的研究对象是晶体的化学组成与其内部结构的关系,晶体结构与晶体性质的关系。
晶体的性质,是由晶体的结构所决定的,晶体具有怎样的结构,就会表现出怎样的性质。
结构发生了变化,性质也就随之而变。
根据晶体所表现的性质,就可推求或测定晶体的内部结构。
知道了晶体结构就能解释晶体为什么具有这种性质而不具有另一种性质;知道了晶体结构,就能推测该晶体应该还具有些什么性质是人们尚未知道的。
但是,晶体的结构,又紧密地与晶体的化学组成相联系着,在化学上,人们遇到的物质非常繁多,因此所遇到的晶体结构情况也就非常复杂。
甚至还有多晶型现象,即一种物质在不同的物理化学条件下,具有不同的晶体结构,这样,在研究晶体结构,即研究原子、分子等微粒在空间如何排列及真相互作用时,就必然与物质的化学组成密切有关。
学习结晶化学的意义结晶化学对于生产实践及科学研究活动有些什么意义呢?现在简略他说明如下。
在生产实践中,涉及结晶化学的问题很多。
例如新的科学技术的发展,要求人工培养出大粒的单晶体,作为超声波发生器的基本元件。
培养单晶体,是一门综合性的技术,必须具有结晶化学的知识。
半导体的性能、催化剂的性能,皆与晶体结构密切有关。
晶体结构中杂质原子的存在及晶格的某些缺陷,对半导体的导电性能有着极大的影响。
催化剂中晶粒的大小,晶格的类型,微粒间的键型等也都会大大地影响催化效果。
工业上,金属材料的强度直接与晶体结构内部的缺陷有关。
要试制特殊性能的合金,也必须以一定的结晶化学知识作为基础。
结晶化学的发展,与生产实践及其他科学如矿物学、物理学金属学等分不开。
结晶化学对于其他科学部门的发展,也起了促进作用。
例如矿物学的发展,促进了结晶学、结晶化学的发展。
而结晶化学又使矿物学不再停留在矿物晶体的外形研究上,而深入到矿物的内部结构里去,使矿物的组成、结构和性质三者更好地统一起来。
结晶化学的知识对于研究地球构造及其发展历史,提供了很多根本的数据资料,发展成了一门新兴的科学——地球化学。
《结晶学基础》PPT课件
B4 B3 B2
B1 b O a A1 A2 A3 A4
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19
平行六面体:与三个共点但不共面的行列相对应的三 组平行行列构成分成一系列平行叠置的平行六面体。
强调: • 空间格子只是用来表征晶体结构中具体质点 在空间排列的规律性
• 晶体的格子构造只是相对于其内部质点的排 列而视为在三维空间无限延伸
等同点(相当点)的分布可以体现晶体结构中所有
质点的平移重复规律,连接三维空间的相当点,
即可获得空间格子。
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2 空间格子的定义
空间格子:由结点在三维空间作周期性重复排列 后构成的无限图形
结点:为一系列在三维空间成周期性重复分布 的空间点阵中的等同点
说明:一种晶体结构中的所有质点所构成的空间格 子类型是相同的(只有一种),只是在组成晶 体结构时有所平移,但等同点可以有几种
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.
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格子构造中
行列 面网
晶体中
晶棱 晶面
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晶面、晶棱、 角顶与面网、 行列、结点的 关系示意图
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几何结晶学基础 (二)
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一、面角守恒定律
背景:歪晶、发现规律
定义:同种物质的所有晶体,其 对应晶面间的角度相等.
子。同一晶体结构,其空间格子一定是固定和相同的。
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三、晶体的基本性质
一切晶体所共有、并能以此与其他状态 的物体相区别的性质
自限性 对称性 异向性 均一性 内能最小性 最稳定性
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1.自限性
晶体在适当的条件下可以 自发的形成几何多面体的 性质.晶体的多面体形态,是 其格子构造的直接反映.晶 体多面体形态受格子构造 的制约,它服从于一定的结 晶学规律.
大学课件-结晶学(完整)
cos = (1 - m)/2
-2 1 - m 2
t
t
m = -1,0,1,2,3
相应的 = 0 或2 , /3,
t
/2, 2 /3,
(但是,在准晶体中可以有5、8、10、12次 轴)
☆对称中心—C 操作为反伸。只可能在晶体中心,
只可能一个。
反伸操作演示:
但这种反伸操作不容易在晶体模型上体现。
三、晶体的宏观对称要素和对称操作
使对称图形中相同部分重复的操作,叫对 称操作。
在进行对称操作时所应用的辅助几何要素 (点、线、面),称为对称要素。
晶体外形可能存在的对称要素和相应的对称 操作如下:
☆对称面—P 操作为反映。 可以有多个对称面存
在,如3P、6P等.
该切面是 对称面
该切面 不是矩 形体的 对称面
1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点;它们之间 的关系。 2) 结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、面网 间距与面网密度的关系. 3) 晶体的基本性质:自限性、均一性、异向性、对 称性、最小内能、稳定性,并解释为什么。
返回
黄铜矿
NaCl (石盐)
石墨
返回
返回
第二章 晶体的测量与投影
一、面角守恒定律:
空间格子 (表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形。
要画出空间格子,就一定要找出相当点。)
相当点 (两个条件:1、性质相同,2、周围环境相同。)
导出空间格子的方法:
首先在晶体结构中找出相当点,再将相当 点按照一定的规律连接起来就形成了空间格 子。
相当点(两个条件:1、性质相同,2、周围环境相同。)
★结点: 空间格子中的点,代表具体晶体结构中的相当点. ★行列: 结点在直线上的排列.(引出: 结点间距 )
结晶矿物学 第一章 晶体和非晶体
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1.4 非晶质体(固体)
非晶质:琥珀、玻璃、塑料、树脂、沥青
炭黑:结构重复的周期很少,只有几个几 十个周期,称为微晶。介于晶体和非晶质 体之间的状态。
棉花、蚕丝、毛发、人造纤维: 具有不完整的一维周期性特征,并 沿纤维轴择优取向,称为纤维多晶 物质。
第一章 晶体和非晶体
D·平行六面体:空间格子的最小单位,又叫单位密度空间格 子。 平行六面体由六个两两平行的面网组成,结点分布于角顶上, 平行六面体的三个棱长,是三条相应行列的结点间距。
第一章 晶体和非晶体
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1.2.3 14种空间格子
法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高 点群对称和平移群(所有平移轴的组合)对 称及以上原则,将所有晶体结构的空间点阵 划分成十四种类型的空间格子,称14种空间 格子或布拉菲格子。
第一章 晶体和非晶体
1.4 非晶质体
第一章 晶体和非晶体
晶体与非晶质体在结构上的区别 有序的概念 如前述石英晶体中的硅、氧原子有严
格的周期性排列,具有某种重复规律,并 且在大范围内都呈周期性的规则排列,即 长程有序。
石英玻璃的结构特点: 石英玻璃结构内硅、氧原子的排列
和石英晶体不一样(研究图)。 一个硅原子周围也有四个氧原子,
上振动保持格子的平衡,晶体总是处于最稳定状态。
晶体的基本性质
·对称性 晶体中相等的晶面、晶棱、角顶以及 晶体的物理化学性质在不同方向或位置上有规律 地重复出现。
晶体的宏观对称是由晶体内部
格子构造的对称性所决定的。
金刚石的八面体对称结构
晶体的基本性质 玻璃体等非晶质体具有等向性
·异向性(各向异性)晶体的性质因方向不同而 有差异。这是因为晶体在不同的方向上质点的排 列方式不同而决定的。
结晶学基础知识PPT课件
1.1 结晶学基础知识 1.2 晶体中质点的结合力与结合能 1.3 决定离子晶体结构的基本因素 1.4 单质晶体结构 1.5 晶体的结构与性质—无机化合物结构 1.6 硅酸盐晶体结构 1.7 高分子结构
1.1 结晶学基础知识
晶体结构的定性描述 晶体结构的定量描述—晶面指数、晶向指数
晶面指数:结晶学中经常用(hkl)来表示一组平行晶面,称为晶 面指数。数字hkl是晶面在三个坐标轴(晶轴)上截距的倒数的互 质整数比。
晶面指数的确定步骤(图1-3):
1、在空间点阵中建立坐标系,选取任一结点为坐标原点O, 同时令坐标原点不在待标晶面上,以晶胞的基本矢量为坐 标轴X、Y、Z;
2、坐标轴以晶体在该轴上的周期为单位; 3、假设晶面在坐标轴上的截距分别为m、n、p;将它们的倒
目尽可能地多; 3. 单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角; 4. 单元的体积应尽可能地小。
图1-1 空间点阵及晶胞的不同取法
晶胞参数:晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,此 即晶格特征参数,简称晶胞参数。它们是3条棱边的长度a、 b、c和3条棱边的夹角、、,如图1-2所示。
图1-2 晶胞坐标及晶胞参数
[0,0,0] [0,0,0] [1/2,1/2 ,1/2] [0,0,0] [1/2,1/2 ,0] [0,1/2 ,1/2] [0,0,0]
[1/2,0,1/2] [1/2,0,1/2]
[0,0,0]
二、晶体结构的定量描述 —晶面指数、晶向指数
1.晶面、晶向及其表征 晶面:晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的结点平 面称为晶面,即结晶多面体上的平面。
金刚石
方解石
晶体的特征 均一性:指晶体在任一部位上都具有相同 性质的特征。
结晶学课件1
3) 任何一种矿物均只是在一定的 物理化学条件下相对稳定,得以保存。
当外界条件改变至超出矿物的稳 定范围时,矿物即会变成在新的条件下 稳定的其他矿物。
4)矿物的集合体即组成岩石或矿 石。
注意:
1)当前,矿物学通常以天然结晶质 无机物为主要研究对象,液体和气体
均不在现代矿物之列。
2)准矿物(mineraloid):极少数天
课程安排和要求
通论14学时,各论26学时,共40 学时。讲课18学时,实习22学时。 作业要求:按时完成,独立完成, 准备两个作业本。
花 岗 岩 手 标 本
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阳 起 石 放 射 状 集 合 体
下一页
蛋 白 石
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自 然 金
下一页
自 然 银
下一页
自 然 铜
下一页
黄 铁 矿 集 合 体
应用矿物学(applied mineralogy), 是矿物学向材料科学方向延伸而产生的 矿物学新分支,是矿物材料研究及许多 相关应用科学的重要基础,在矿物材料 合成(包括宝石的人工合成及天然宝石 的优化处理等)、尖端科技材料(如 光学材料、超导材料、磁性材料等)
等方面的研究应用十分重要,其研究是
矿物学
Mineralogy
Chap.1 绪 论
§1 矿物和矿物学的概念
一、矿物的概念(图片1) 图片(2)
矿物(mineral): 是由地质作用 或宇宙作用所形成的、具有一定的 化学成分和内部结构、在一定的 物理化学条件下相对稳定的天然 结晶态的单质或化合物,它们是 岩石和矿石的基本组成单位。
4)1960s以来,由于一系列现代测试技 术、高温超高压实验技术、量热实验手 段及电子计算机的应用。
《结晶化学第一章》课件
结晶化学的研究内容和方法
研究内容:晶 体结构、晶体 生长、晶体缺 陷、晶体性能
等
研究方法:X 射线衍射、电 子衍射、扫描 电子显微镜、 透射电子显微
镜等
应用领域:材 料科学、化学 工程、生物医 药、环境科学
等
研究意义:了 解晶体结构与 性能的关系, 为材料设计和 合成提供指导。
结晶化学的应用领域
第一章
结晶化学的定义和重要性
结晶化学:研究 晶体结构和性质 的科学
重要性:晶体结 构决定了晶体的 物理和化学性质, 如硬度、熔点、 导电性等
应用:结晶化学 在材料科学、药 物研发、环境科 学等领域具有广 泛应用
研究方法:包括 X射线衍射、电 子衍射、中子衍 射等实验手段, 以及理论计算和 模拟方法
单晶:由一个晶粒组成的晶体
多晶:由多个晶粒组成的晶体
晶体形态的观察:可以通过X射线衍射、 电子显微镜等方法进行观察
晶体生长的影响因素和控制方法
温度:影响 晶体的生长 速度和形态
压力:影响 晶体的生长 速度和形态
溶液浓度: 影响晶体的 生长速度和 形态
杂质:影响 晶体的生长 速度和形态
控制方法: 通过控制温 度、压力、 溶液浓度和 杂质来控制 晶体的生长 速度和形态
的检测等
晶体生长和晶体形态
第三章
晶体生长的原理和过程
晶体生长的 原理:晶体 生长是指晶 体从溶液或 熔体中逐渐 生长出来的 过程。
晶体生长的 过程:晶体 生长通常包 括晶核形成、 晶体生长和 晶体生长终 止三个阶段。
晶核形成: 晶核形成是 晶体生长的 第一步,晶 核的形成需 要满足一定 的条件,如 温度、浓度 等。
结晶化学第一章
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大学课件--结晶化学01
ZNS
ZnS是S2-最密堆积,Zn2+填充在 一半四面体空隙中。分立方ZnS和六 方ZnS。
立方ZNS
(1)立方晶系,面心立方晶胞;Z=4 (2)S2-立方最密堆积|AaBbCc| (3)Zn原子位于面心点阵的阵点位置上;S原子也位
于另一个这样的点阵的阵点位置上,后一个点阵对 于前一个点阵的位移是体对角线底1/4。原子的坐标 是: 4S:0 0 0,1/2 1/2 0,1/2 0 1/2,0 1/2 1/2; 4Zn:1/4 1/4 1/4,3/4 3/4 1/4,3/4 1/4 3/4,1/4 3/4 3/4
钙钛矿CaTiO3的晶胞结构
许多ABX3型的化 合物都属于钙钛 矿型;还有许多 化合物结构可以 的从钙钛矿的结 构来理解。如: ReO3
ReO3的晶胞结构
2.分子晶体
定义:单原子分子或以共价键结合的有限 分子,由范德华力凝聚而成的晶体。 范围:全部稀有气体单质、许多非金属单 质、一些非金属氧化物和绝大多数有机化 合物都属于分子晶体。 特点:以分子间作用力结合,相对较弱。 除范德华力外,氢键是有些分子晶体中重 要的作用力。
(1)NACL
(1)立方晶系,面心立方晶胞; (2)Na+和Cl- 配位数都是6; (3)Z=4 (4) Na+,C1-,离子键。 (5)Cl- 离子和Na+离子沿(111)周期为 |AcBaCb|地堆积,ABC表示Cl- 离子,abc表示 Na+离子; Na+填充在Cl-的正八面体空隙中。
NaCl的晶胞结构和密堆积层排列
氢键
定义:X-H Y,X-H是极性很大的 共价键,X、Y是电负性很强的原子。 氢键的强弱介于共价键和范德华力之间; 氢键由方向性和饱和性; X-Y间距为氢键键长,X-H Y夹角 为氢键键角(通常100180 );一般来 说,键长越短,键角越大,氢键越强。 氢键对晶体结构有着重大影响。
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感谢喧嚣 把你高高卷起 砸向这一处静逸 惊翻了我的万卷 和其中的一字一句 幸遇只因这一次
被你拥抱过,览了 被你默诵过,懂了 被你翻开又合起 被你动了奶酪和心思
不舍你的过往 和过往的你 记挂你的现今 和现今的你 遐想你的将来 和将来的你 难了难了 相思可以这一世
5)晶格常数(图1.2) : 轴单位 a0,b0,c0和轴角α,β,γ;决定 晶胞的尺寸和形状。
2.晶体,准晶体和玻璃结构的异同 1)短程有序: 仅质点周围最紧邻质点排列规则,稍远质点排列无序的现象。 2)长程有序: 质点周围最紧邻到无穷远处的质点都排列有序的现象。 3)长程平移有序: 一最小重复单位无隙平移实现的、贯穿结构始终的有序现象。
1)晶体的构成基元是原子或离 子。
一种,两种或多种。
2)基元之间由化学键联结。
周期排列规律,在三维方向上可同,可不同 。
3)晶体结构和晶体结构要素。
反映晶体中全部基元之间关联 特征的整体叫晶体结构。
图1.1 NaCl结构。 蓝球 Na,黄球 Cl。
晶体结构要素:
(1)质点:晶体结构的构成基元(Na, Cl)。
图1.3 a. 晶体结构
b. 玻璃结构
c. 准晶体结构
三种结构的特点:
晶体结构同时具有短程有序、长程有序和长程平移有序特征。
准晶体结构同时具有短程有序和长程有序特征。
玻璃结构只具短程有序特征。
§1.2 晶体的基本性质 1. 自限性:晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的 现象。(提示:晶面一层、层地生长)
----------------------------- 谢谢 ------------------------
沿图中AA和BB方向刻划晶体。 AA克服3条键,BB克服5条键,实 现BB刻划需更大能量(硬度大):方 向不同,则性质不同。
4. 均匀性:晶体上不同部位的物理性 质和化学性质相同。
晶体由晶胞在三维空间无限平移而 成,则晶体任何一处都具有相同的成 分和结构特点,如图中A和B,所以它 们的性质是相同的。
“对称”的概念: 物体相同部分的重复出现。 ----“部分”粗略包括:
外观形态、化学成分和物理性 质等。
晶体的种的定义: 具有一定化学成分和一定晶体
结构的晶体,属于一个种。
-- 晶体的概念
1.晶体的定义(无机)
内部质点(原子、离子、离子团或分子等)在三维空 间周期重复排列所构成的固体就是晶体。
【幸遇•书屋】
你来,或者不来 我都在这里,等你、盼你 等你婉转而至 盼你邂逅而遇
你想,或者不想 我都在这里,忆你、惜你 忆你来时莞尔 惜你别时依依
你忘,或者不忘 我都在这里,念你、羡你 念你袅娜身姿 羡你悠然书气
人生若只如初见 任你方便时来 随你心性而去 却为何,有人 为一眼而愁肠百转 为一见而不远千里
(2)行列:质点在一维方向周期排列 所形成的直线(Na,Cl,Na+Cl)。
(3)面网:质点在二维方向周期排列 所形成的平面(Na,Cl,Na+Cl)。
(4)晶胞:晶体结构的最小重复单
位(Na+Cl)。晶胞在三维空间无隙平移, 可获得整个晶体结构。
研究晶胞就可了解整个晶体。
图1.2 NaCl 晶胞
4)三轴坐标体系(a,b,c,或X,Y,Z)标定晶体。坐标轴 叫晶轴(3根行列或行列方向),轴单位是某轴方向晶胞的长度。
5. 稳定性:同成分不同物态的物质中,晶体的内能最小,故晶体 最稳定 。
同种物质的物态随温度下降转变:气→液→晶。离子间距:晶 态中最小,释放能量大;液态中较大;气态中最大,体系所含能 量最大。玻璃是过冷液态,终将自发转变成晶态;矿物的年龄以 百万年为纪年单位,如锆石在地壳里稳定存在达亿年。
----------------------------- 赠予 ------------------------
图1.4 a
b
c
宏观上,晶体由晶面,晶棱和角顶所围成。
微观与宏观的关系:晶体结构最外层的面网是晶面,行
列是一晶棱,三根及其以上行列的交点(质点)是角顶。
2. 对称性:晶体上相同部分的重复出现。 由于晶体结构中的质点在三维空间
周期重复排列,所以晶体结构是对称的。 因此,晶体必然是对称的。
3. 异向性:晶体的性质随方向不同 而不同的现象。