无机化学 晶体结构PPT课件
合集下载
无机化学课件：晶体结构
Ca, Sr, Ba, Pt, Pd, Cu, Ag … Be, Mg, Sc, Ti, Zn, Cd …
12????
74
六方密堆积（hcp） 六方 AB.AB （多）
12
74
一、金属晶体
（一）堆积方式 简单立方堆积： A.A 体心立方堆积: AB.AB (正方形) 面心立方密堆积: ABC.ABC 六方密堆积： AB.AB A层六角形， B层三角形， 不同于体心立方堆积中的正方形。
=
（三）金属晶体特点
多数采面心立方或六方密堆积，配位
数高（12）、熔、沸点高。 少数例外：Na、K、Hg。
金属键
金属晶体中原子之间的化学作用叫做金属 键。离域化学键 1 原子化热与金属键 可以用原子化热来衡量金属键的强弱。原 子化热是指1mol金属完全气化成互相远离的 气态原子吸收的能量。 金属 钠 铯 铜 锌
水果排列AB-AB
（二）空间利用率计算 例1：求面心立方晶胞的空间利用率
解：晶胞边长为d，原子半径 为r. 据勾股定理： d 2 + d 2 = (4r)2 d = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 ½ = 4
8个顶点各1个原子，为8个晶胞 共享； 6个面心，各1个原子，为2个晶 胞共享. % = (4 4/3 r 3) / d 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 = 74
(三)半径比规则说明：
1.―半径比规则”把离子视为刚性球，适用于离子性很强 的化合物，如NaCl、CsCl等。否则，误差大。 例：AgI(c) r + / r - = 0.583. 按半径比规则预言为NaCl型，实际为立方ZnS型。 原因：Ag+与I-强烈互相极化，键共价性↑，晶型转为立方 ZnS（C.N.变小，为4：4，而不是NaCl中的6：6） 2.经验规则，例外不少。 例：RbCl(c)， r / r 147pm / 184pm 0.80 0.732 预言CsCl型，实为NaCl型。
12????
74
六方密堆积（hcp） 六方 AB.AB （多）
12
74
一、金属晶体
（一）堆积方式 简单立方堆积： A.A 体心立方堆积: AB.AB (正方形) 面心立方密堆积: ABC.ABC 六方密堆积： AB.AB A层六角形， B层三角形， 不同于体心立方堆积中的正方形。
=
（三）金属晶体特点
多数采面心立方或六方密堆积，配位
数高（12）、熔、沸点高。 少数例外：Na、K、Hg。
金属键
金属晶体中原子之间的化学作用叫做金属 键。离域化学键 1 原子化热与金属键 可以用原子化热来衡量金属键的强弱。原 子化热是指1mol金属完全气化成互相远离的 气态原子吸收的能量。 金属 钠 铯 铜 锌
水果排列AB-AB
（二）空间利用率计算 例1：求面心立方晶胞的空间利用率
解：晶胞边长为d，原子半径 为r. 据勾股定理： d 2 + d 2 = (4r)2 d = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 ½ = 4
8个顶点各1个原子，为8个晶胞 共享； 6个面心，各1个原子，为2个晶 胞共享. % = (4 4/3 r 3) / d 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 = 74
(三)半径比规则说明：
1.―半径比规则”把离子视为刚性球，适用于离子性很强 的化合物，如NaCl、CsCl等。否则，误差大。 例：AgI(c) r + / r - = 0.583. 按半径比规则预言为NaCl型，实际为立方ZnS型。 原因：Ag+与I-强烈互相极化，键共价性↑，晶型转为立方 ZnS（C.N.变小，为4：4，而不是NaCl中的6：6） 2.经验规则，例外不少。 例：RbCl(c)， r / r 147pm / 184pm 0.80 0.732 预言CsCl型，实为NaCl型。
晶体结构(共78张PPT)
多为无色透明，折 射率较高
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
无机化学 第三章 固体结构PPT课件
述，它们是：a, b, c 和α, β, γ
3-1-3晶体的类型
按照晶格上○质点的○种类和○质点间○作用力的实质
○ ○ ○ ○ （化学健的健型+○）不同○，晶体○可分+为○四种基本类型。
1、离子晶○体：●晶格○ 上的●结○点是正○、● 负离子。
○ ○ ○ ○ ○+ ○- + ○+ ○- +
2、原子晶体；晶格上的结点是原子。
（3）粘度
硫酸（2个羟基）
分子间有氢键的液体，一般粘度较大。甘油（3个羟基）
（4）密度
液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象。由若 干个简单分子联系成复杂分子而又不改变原物质化学 性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响 液体的密度。
例如：2个H2O缔合成双分子缔合分子(H2O)2,最稳定； 3个H2O－－－(H2O)3； n个H2O －－－－(H2O)n 放热 q < 0 升温，有利于缔合分子解离；降温，有利于水分子缔 合。0℃时，全部水分子缔合成巨大缔合分子－－冰， 此时，由于排列不紧密，结果疏松，密度反而比水小。
Al
Cr
硬度
1.5
9.0
3-2-2 分子晶体
一、特征：
1. 晶格结点上的粒子 —— 中性分子 2. 粒子间的作用力 —— 分子间力
晶体中有单个的分子，如CO2就表示一个分子。
二、性质
1. m.p.&b.p.低，硬度小 例如： 干冰 m.p. -79℃ 冰 m.p. 0℃
2. 固态、熔融态均不导电
三、 分子间力
非极性分子，色散力依次增大
因为分子量依次增大，变形性依次增大，色散力依次 增大，所以，分子与分子靠得越来越近。
例二：为什么不同的物质，有不同的mp.&bp.? HCl HBr HI mp.&bp.依次升高
3-1-3晶体的类型
按照晶格上○质点的○种类和○质点间○作用力的实质
○ ○ ○ ○ （化学健的健型+○）不同○，晶体○可分+为○四种基本类型。
1、离子晶○体：●晶格○ 上的●结○点是正○、● 负离子。
○ ○ ○ ○ ○+ ○- + ○+ ○- +
2、原子晶体；晶格上的结点是原子。
（3）粘度
硫酸（2个羟基）
分子间有氢键的液体，一般粘度较大。甘油（3个羟基）
（4）密度
液体分子间若形成氢键，有可能发生缔合现象。由若 干个简单分子联系成复杂分子而又不改变原物质化学 性质的现象，称为分子缔合。分子缔合的结果会影响 液体的密度。
例如：2个H2O缔合成双分子缔合分子(H2O)2,最稳定； 3个H2O－－－(H2O)3； n个H2O －－－－(H2O)n 放热 q < 0 升温，有利于缔合分子解离；降温，有利于水分子缔 合。0℃时，全部水分子缔合成巨大缔合分子－－冰， 此时，由于排列不紧密，结果疏松，密度反而比水小。
Al
Cr
硬度
1.5
9.0
3-2-2 分子晶体
一、特征：
1. 晶格结点上的粒子 —— 中性分子 2. 粒子间的作用力 —— 分子间力
晶体中有单个的分子，如CO2就表示一个分子。
二、性质
1. m.p.&b.p.低，硬度小 例如： 干冰 m.p. -79℃ 冰 m.p. 0℃
2. 固态、熔融态均不导电
三、 分子间力
非极性分子，色散力依次增大
因为分子量依次增大，变形性依次增大，色散力依次 增大，所以，分子与分子靠得越来越近。
例二：为什么不同的物质，有不同的mp.&bp.? HCl HBr HI mp.&bp.依次升高
材料科学基础第三章典型晶体结构(共71张PPT)
Zn离子的位置交叉错开。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连 接方式
与金刚石晶胞的比照 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构 〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子 的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相 对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的 燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是 单质碳的一维结构形式。碳纳米 管按照石墨烯片的层数分类可分 为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多 壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构 〔AB type〕 点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构 可以看作是Zn离子处在由S离 子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面 体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞， 化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。 以由体正积 负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积 影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连 接方式
与金刚石晶胞的比照 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构 〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子 的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相 对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的 燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是 单质碳的一维结构形式。碳纳米 管按照石墨烯片的层数分类可分 为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多 壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构 〔AB type〕 点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构 可以看作是Zn离子处在由S离 子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面 体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞， 化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。 以由体正积 负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积 影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投
晶体结构 PPT课件
结构可以看成是由C-C四面体共顶连接 而成。
金刚石的类型
晶格中N和B常替代C。N含量一般为 0.001% ~0.25%。按照N的含量将经金 刚石划分为不同类型/
Ⅰ型 (含N) Ⅰa型：N为N2、N3 、N n， 98%的天然无色--黄色钻石属于此类。 Ⅰb 型：N为孤N， 多数合成钻石属于此类。 Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝 模、砂轮、钻头等。
O2-位于立方晶胞晶棱的中点， Ca2+位于 立方晶胞的中心，配位数为12；Ti4+位于 晶胞的角顶，配位数为6；O 周围有4 个 Ca, 2个Ti。[TiO6]八面体共角顶连接。
CaTiO3的立方原始晶胞
Ti4+与八面体角顶的6个O2-配位
Ca2+
Ti4+ O2-
理想钙钛矿的晶胞
一般将等轴晶系钙钛矿结构称为理想 钙钛矿，典型代表是SrTiO3。这种结 构的钙钛矿很少见。只有当离子半径 满足(rA+rX) =1.414(rB+rX)。才能形成 理想的钙钛矿型结构。
方解石(CaCO3)的结构模型
每一个Ca2+与属于不同的CO32-离子团 中的六个氧离子配位，碳的氧离子配 位数为3 。
Ca2+与不同的CO32-离子团中的六个O2-配位，
(2)钙钛矿（CaTiO3）型晶体结构 高温下为等轴晶系，空间群Pm3m，
ao=0.385nm，Z=1。
钙钛矿结构可看成是较大的Ca2+和O2作立方最紧密堆积，Ti4+充填在由六个 氧形成的八面体空隙中。
10.1 元素单质的晶体结构
1.金属单质的晶体结构
典型的金属单质晶体，原子之间以金属键 结合，结构看成是由等大球紧密堆积而 成，原子配位数高。
第二章 晶体结构ppt课件
1-1 晶向指数 [u v w]
建立步骤： ①建立坐标系。以某一阵点为坐标原点，三个棱边为 坐 标轴，并以点阵常数(a、b、c)作为各个坐标轴的单位长度； ②作 OP // AB ； ③确定P点的三个坐标值（找垂直投影）； ④将坐标值化为互质的最小整数，并放入到[ ] 中，则 [uvw]即为所求；
1.晶体结构与空间点阵（续）
1-4 晶胞 ①定义：在空间点阵中，能够代表晶格中原子排列特征的最小单元体。 晶胞通常是平行六面体，将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点 阵。 ②晶胞的选取原则：
几何形状与晶体具有同样的对称性； 平行六面体内相等的棱与角的数目最多； 当平行六面体棱间有直角时，直角数目最多； 在满足上述条件下，晶胞的体积应最小。
o o a a a c , 9 0 , 1 2 0 1 2 3
菱方：简单菱方 o a b c , 9 0
单斜：简单单斜 底心单斜
a b c ,
9 0
o
三斜：简单三斜
a b c ,
9 0
第二章 晶体结构
第一节 晶体的特征
各项异性 晶体由于具有按照一定几何规律排列的内 部结构，空间不同方向上原子排列的特征不同， 如原子间距及周围环境，因而在一般情况下， 单晶体的许多宏观物理量（如弹性模量、电阻 率、热膨胀悉数、折射率、强度及外表面化学 性质等）的大小是随测试方向的不同而改变的， 这个性质称为各项异性。晶体断裂的解理性就 是晶体具有各项异性的最明显例子。
晶体具有确定的熔点
熔点是晶体物质的结晶状态与非结晶状态互相转 变的临界温度，晶体熔化时发生体积变化。 晶体有一些其他共同特征：晶体中存在不完整性， 晶体内原子排列并不是理想的有序排列，而是有 缺陷的；晶体的原子周期排列促成晶体有一些共 同的性质，如均匀性、自限性和对称性等。
2.5 无机化合物晶体结构——材料科学基础课件PPT
两个四面体间的距离，共用一个顶点时为1，则共棱和共面 时分别为0.58和0.33； 八面体的情况下，分别为1、0.71和0.58。
库仑定律，同种电荷间的斥力与其距离的平方成反比，导致 离子间的库仑斥力增加，结构稳定性下降。
7
四、不同种类一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。”
电价规则用途之二：判断共用一个顶点的多面体的数目
利用这一规则可以推测得出：O2-能够在两个SiO4四面体之间， 而CO32-、NO3-、PO43-、SO42-和ClO4-等在晶体中是一些孤立的 离子团。
对于SiO4
S Z 4 1 n4
氧的剩余电价为2－1＝1， 刚好还可以与一个Si相连。
对于SO42-
1
Ball-and-stick and bined polyhedral/ball-and-stick representation for [As6Fe7Mo22O98]25-
二、电价规则——鲍林第二规则
在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数Z-等 于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度 的总和，其偏差≤1/4价。
MgTe 0.37 BeO 0.26 BeS 0.20 BeSe 0.18
BeTe 0.17
10
(1) CsCl型结构
离子晶体结构中最简单的一种，属立 方晶系简单立方点阵。
Cs+ 和 Cl- 半 径 之 比 为 0.169nm/0.181 nm＝0.933，Cl-离子构成正六面体， Cs+在其中心。
Cs+和Cl-的配位数均为8，多面体共面 连接，一个晶胞内含Cs+和Cl-各一个。 属于此类结构的有CsBr, CsI。
库仑定律，同种电荷间的斥力与其距离的平方成反比，导致 离子间的库仑斥力增加，结构稳定性下降。
7
四、不同种类一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。”
电价规则用途之二：判断共用一个顶点的多面体的数目
利用这一规则可以推测得出：O2-能够在两个SiO4四面体之间， 而CO32-、NO3-、PO43-、SO42-和ClO4-等在晶体中是一些孤立的 离子团。
对于SiO4
S Z 4 1 n4
氧的剩余电价为2－1＝1， 刚好还可以与一个Si相连。
对于SO42-
1
Ball-and-stick and bined polyhedral/ball-and-stick representation for [As6Fe7Mo22O98]25-
二、电价规则——鲍林第二规则
在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数Z-等 于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度 的总和，其偏差≤1/4价。
MgTe 0.37 BeO 0.26 BeS 0.20 BeSe 0.18
BeTe 0.17
10
(1) CsCl型结构
离子晶体结构中最简单的一种，属立 方晶系简单立方点阵。
Cs+ 和 Cl- 半 径 之 比 为 0.169nm/0.181 nm＝0.933，Cl-离子构成正六面体， Cs+在其中心。
Cs+和Cl-的配位数均为8，多面体共面 连接，一个晶胞内含Cs+和Cl-各一个。 属于此类结构的有CsBr, CsI。
常见的晶体结构-PPT
Octahedral sites:
6
×
×
晶体结构中得空隙位(3): hcp
Tetrahedral sites
×
×
7c 8
1c
××
8
2 6 2 1 2 3 12 3
5c 8
3c 8
棱与中心线得1/4与3/4处
3、点阵常数与原子半径
R 2R
R RR
a0
a0 2R
a0
a0
2 2R 3
R 2R
图2-48 NaCL晶胞
图2-49 CsCL晶胞
Zn
0 75
(0, 0, 0), (1 , 1 , 0), (1 , 0, 1), (0, 1 , 1) 22 2 2 22
50 25
0
(1 , 1 , 1), ( 3 , 3 , 1), (1 , 3 , 3), ( 3 , 1 , 3) 444 444 444 444
(2
R
fcc
)
Center of tetrahedron, o,
oD = (3/4)DE
A D
B
rin
oD
R fcc
3 4
DE
R fcc
2Rfcc
rin
3 2
2 3
R
fcc
R fcc
(
3 2
1)R
fcc
o
C
A
E
B
rin 3 1 0.225
R fcc
2
晶体结构中得空隙位(2): bcc
Octahedral sites: Face and edge center sites
6 1 12 1 6
2
4
6
×
×
晶体结构中得空隙位(3): hcp
Tetrahedral sites
×
×
7c 8
1c
××
8
2 6 2 1 2 3 12 3
5c 8
3c 8
棱与中心线得1/4与3/4处
3、点阵常数与原子半径
R 2R
R RR
a0
a0 2R
a0
a0
2 2R 3
R 2R
图2-48 NaCL晶胞
图2-49 CsCL晶胞
Zn
0 75
(0, 0, 0), (1 , 1 , 0), (1 , 0, 1), (0, 1 , 1) 22 2 2 22
50 25
0
(1 , 1 , 1), ( 3 , 3 , 1), (1 , 3 , 3), ( 3 , 1 , 3) 444 444 444 444
(2
R
fcc
)
Center of tetrahedron, o,
oD = (3/4)DE
A D
B
rin
oD
R fcc
3 4
DE
R fcc
2Rfcc
rin
3 2
2 3
R
fcc
R fcc
(
3 2
1)R
fcc
o
C
A
E
B
rin 3 1 0.225
R fcc
2
晶体结构中得空隙位(2): bcc
Octahedral sites: Face and edge center sites
6 1 12 1 6
2
4
无机化学晶体结构PPT课件
1913年英国物理学家布喇格父子在劳厄发现的基础上,不 仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为 晶体衍射基础的著名公式──布喇格定律：
2d sinθ=nλ
CHENLI
14
15
CHENLI
15
晶体X-射线衍射图
16
CHENLI
16
17
CHENLI
17
晶胞参数
18
晶系: Monoclinic
33
半径比规则（2）
以正、负离子配位数为6的晶体的一层为例
令r- = 1，则ac=4；ab=bc=2r+ + 2
因ab2+bc2=ac2r+ =0.414；即r+/r- =0.414 a
b
c
正离子 负离子
CHENLI
33
半径比规则（3）
当r+/r- 0.414时，负离子接触，正、负离子 彼此不接触。体系的排斥力大于吸引力，该 构型不稳定，趋向于形成配位数少的构型。
直线点阵
空间点阵 空间格子
平面点阵
（晶格）
平面格C子HENLI
19
20
3-1 晶体的微观性质（2）
晶胞
在晶格中，能表现出其结构一切特征的最小部分称为 晶胞。晶胞是充分反映晶体对称性的基本结构单位， 其在三维空间有规则地重复排列便组成了晶格（晶 体）。
结点
晶格
晶胞（平行六面体）
CHENLI
20
21
多晶体
由多个单晶体颗粒杂乱地聚结而成 的晶体，由于单晶体的杂乱排列， 使晶体的各向异性消失。
晶界
CHENLI
26
27
3-3 晶体的基本类型
13晶体结构PPT课件
共价键
• 分子晶体 N2, H2O,CO2 分子 范德华力(可能有氢键)
返回
提问与解答环节
Questions And Answers
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
第13章 晶体结构
13.1 晶体的特征 13.2 晶体的基本类型及其结构 13.3 化学键键型和晶体构型的变异 13.4 晶体的缺陷.非晶体
作业
晶体的特征
一、晶体的特征和性质
1、一定的外形 2、固定的熔点 3、有各向异性
二、晶体内部结构
1、晶格晶胞 2、密堆积 3、两类空穴
三、晶体的分类
七大晶系
1、金属晶体：硬度大，熔沸点高，导电。
返回
晶体点缺陷
GO
极化力与变形性
1、极化力与变形性大小常用极化率表示。
即离子在单位电场中被极化产生的诱导偶极矩。
2、阳离子 （1） r+ 越大，极化力越弱。 （2） Z，r+ 相近时取决于离子的电子构型。 极化力：2 < 8 < 9-17 < 18 < (18+2)
（3） r+越大离子的变形性越大 变形性：Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+
极化作用和相互极化作用较强的有CdS, PbS, HgS 等。
- 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、"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、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)。
.
6
原子核
原 子 化学键
分子
电子
分子
化学键
间作 用力
物质
固态
粒子排列的有序程度
液态
晶体
绝大多数
非晶体
.
极少数
气态
7
3-1 晶体的宏观性质（1）
晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明
显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外 形上可能差别，但晶体的晶面角却不会改变。
.
8
3-1 晶体的宏观性质（2）
1994 物理
布罗克豪斯 B.N.Brockhou. se 沙尔 C.G.Shull
中子谱学 中子衍射
X射线衍射的原理
14
X射线是一种波长很短的电磁波，能穿透一定厚度的物质， 考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离相近，1912 年德国物理学家劳厄提出一个重要的科学预见：晶体可 以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体 时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些 方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得 到的衍射花样，便可确定晶体结构。
= 90 = 94.392(3) = 90o
.
19
3-1 晶体的微观性质（1）
点阵与晶格
从1912年劳厄（Laue）开始用x射线研究晶体结构至今，大量
的事实证明晶体内部的质点具有周期性重复规律。为了便于研
究晶体中微粒（原子，离子或分子）在空间排列的规律和特点， 将晶体中按周期重复的那一部分微粒抽象成几何质点（晶格结 点），联结其中任意两点所组成的向量进行无限平移，这一套 点的无限组合就叫做点阵。
1
第三章 晶体结构
Crystal structure
.
2
钻石恒久远 一颗永流传
祖母绿
钠长石 Na[AlSi3O8]
.
绿柱石
Be3Al2(Si O3)6
3
.
4
.
5
教学大纲要求
晶格的概念，晶体的类型，离子晶体，晶格 能的概念与计算，离子极化的概念，离子极 化对物质结构和性质的影响。
分子晶体，原子晶体，金属晶体，金属键理 论，混合晶体。
1913年英国物理学家布喇格父子在劳厄发现的基础上,不 仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为 晶体衍射基础的著名公式──布喇格定律：
2d sinθ=nλ .
15
.
晶体X-射线衍射图
16
.
17
.
晶胞参数
18
晶系: Monoclinic
空间群: P2(1)/n
a=7.6557(19) Å b=18.573(5) Å c= 13.117(3) Å
直线点阵
空间点阵 空间格子
平面点阵
（晶格）
平面格子 .
20
3-1 晶体的微观性质（2）
晶胞
在晶格中，能表现出其结构一切特征的最小部分称为
晶胞。晶胞是充分反映晶体对称性的基本结构单位， 其在三维空间有规则地重复排列便组成了晶格（晶 体）。
结点
晶格
晶胞（平行六面体）
.
21
晶体结构中具有代表性的最小重复单位，称为晶胞。
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学
Dorothy Crowfoot Hodgkin
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理
宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
.
11
非晶体的宏观特征
（1）只有玻璃转化温度，无 熔点。
（2）没有规则的多面体几何 外型，可以制成玻璃体， 丝，薄膜等特殊形态。
（3）物理性质各向同性。 （4）均匀性来源于原子无序
分布的统计性规律，无晶 界。
.
晶体宏观特性 1.规则的几何
外形 2.固定的熔点 3.各向异性
12
物质的性质、材料的性能决定于它们的 组成和微观结构。
.
22
晶胞参数
a、b、c : 确定晶胞大小 Unit cell
、、 : 确定晶胞形状
晶胞 Unit Cell
22
.
根据晶胞参数的不同，把晶体分为七大23 晶系
c
bα
β γ
a
晶体都有固定的熔点
非晶体在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后 变成液体。
m.p. t/OC
.
t /min
9
3-1 晶体的宏观性质（3）
晶体表现各向异性，例如热、光、电、硬度
等常因晶体取向不同而异；而非晶体则为各向同 性。
例：云母沿层状结构方向易被剥离
例：石墨层• 2004年，物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫正在一张 涂满铅笔笔迹的纸上，用透明胶带粘来粘去。 靠这种“粘取”，他们剥离出了石墨烯，随后发现，石墨烯 原子所独具的、像一张铁丝网似的六角形阵列排列方式，有潜力 成为比钢铁坚硬10倍、且导电时能量损失很小的新型材料。 2010年，诺贝尔物理学奖的至高荣誉由这两人——现任英国 曼彻斯特大学教授的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，因 “研究二维材料石墨烯的开创性实验”而共享。他们6年前制成的 石墨烯已迅速成为物理学和材料学的热门话题，现在是世界上最 薄的材料，仅有一个原子厚。在改良后，石墨烯致力于塑造低功 率电子元件，如晶体管。相比之下，铜线和半导体都会产生电脑 芯片75%的能量消耗，人们确定了石墨烯拥有留名史册的本事。
晶体结构的X射线分析
1917 物理
巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理
卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质 的微观结构看个清清楚楚明明白白！
.
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 13
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
电子衍射
1954 化学
鲍林Linus Carl Panling
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、
6
原子核
原 子 化学键
分子
电子
分子
化学键
间作 用力
物质
固态
粒子排列的有序程度
液态
晶体
绝大多数
非晶体
.
极少数
气态
7
3-1 晶体的宏观性质（1）
晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明
显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外 形上可能差别，但晶体的晶面角却不会改变。
.
8
3-1 晶体的宏观性质（2）
1994 物理
布罗克豪斯 B.N.Brockhou. se 沙尔 C.G.Shull
中子谱学 中子衍射
X射线衍射的原理
14
X射线是一种波长很短的电磁波，能穿透一定厚度的物质， 考虑到X射线的波长和晶体内部原子间的距离相近，1912 年德国物理学家劳厄提出一个重要的科学预见：晶体可 以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体 时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些 方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得 到的衍射花样，便可确定晶体结构。
= 90 = 94.392(3) = 90o
.
19
3-1 晶体的微观性质（1）
点阵与晶格
从1912年劳厄（Laue）开始用x射线研究晶体结构至今，大量
的事实证明晶体内部的质点具有周期性重复规律。为了便于研
究晶体中微粒（原子，离子或分子）在空间排列的规律和特点， 将晶体中按周期重复的那一部分微粒抽象成几何质点（晶格结 点），联结其中任意两点所组成的向量进行无限平移，这一套 点的无限组合就叫做点阵。
1
第三章 晶体结构
Crystal structure
.
2
钻石恒久远 一颗永流传
祖母绿
钠长石 Na[AlSi3O8]
.
绿柱石
Be3Al2(Si O3)6
3
.
4
.
5
教学大纲要求
晶格的概念，晶体的类型，离子晶体，晶格 能的概念与计算，离子极化的概念，离子极 化对物质结构和性质的影响。
分子晶体，原子晶体，金属晶体，金属键理 论，混合晶体。
1913年英国物理学家布喇格父子在劳厄发现的基础上,不 仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为 晶体衍射基础的著名公式──布喇格定律：
2d sinθ=nλ .
15
.
晶体X-射线衍射图
16
.
17
.
晶胞参数
18
晶系: Monoclinic
空间群: P2(1)/n
a=7.6557(19) Å b=18.573(5) Å c= 13.117(3) Å
直线点阵
空间点阵 空间格子
平面点阵
（晶格）
平面格子 .
20
3-1 晶体的微观性质（2）
晶胞
在晶格中，能表现出其结构一切特征的最小部分称为
晶胞。晶胞是充分反映晶体对称性的基本结构单位， 其在三维空间有规则地重复排列便组成了晶格（晶 体）。
结点
晶格
晶胞（平行六面体）
.
21
晶体结构中具有代表性的最小重复单位，称为晶胞。
脱氧核糖核酸DNA测定
1964 化学
Dorothy Crowfoot Hodgkin
青霉素、B12生物晶体测定
1985 化学
霍普特曼Herbert Hauptman 卡尔Jerome Karle
直接法解析结构
鲁斯卡E.Ruska
电子显微镜
1986 物理
宾尼希G.Binnig
扫描隧道显微镜
罗雷尔H.Rohrer
.
11
非晶体的宏观特征
（1）只有玻璃转化温度，无 熔点。
（2）没有规则的多面体几何 外型，可以制成玻璃体， 丝，薄膜等特殊形态。
（3）物理性质各向同性。 （4）均匀性来源于原子无序
分布的统计性规律，无晶 界。
.
晶体宏观特性 1.规则的几何
外形 2.固定的熔点 3.各向异性
12
物质的性质、材料的性能决定于它们的 组成和微观结构。
.
22
晶胞参数
a、b、c : 确定晶胞大小 Unit cell
、、 : 确定晶胞形状
晶胞 Unit Cell
22
.
根据晶胞参数的不同，把晶体分为七大23 晶系
c
bα
β γ
a
晶体都有固定的熔点
非晶体在加热时却是先软化，后粘度逐渐小，最后 变成液体。
m.p. t/OC
.
t /min
9
3-1 晶体的宏观性质（3）
晶体表现各向异性，例如热、光、电、硬度
等常因晶体取向不同而异；而非晶体则为各向同 性。
例：云母沿层状结构方向易被剥离
例：石墨层• 2004年，物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫正在一张 涂满铅笔笔迹的纸上，用透明胶带粘来粘去。 靠这种“粘取”，他们剥离出了石墨烯，随后发现，石墨烯 原子所独具的、像一张铁丝网似的六角形阵列排列方式，有潜力 成为比钢铁坚硬10倍、且导电时能量损失很小的新型材料。 2010年，诺贝尔物理学奖的至高荣誉由这两人——现任英国 曼彻斯特大学教授的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，因 “研究二维材料石墨烯的开创性实验”而共享。他们6年前制成的 石墨烯已迅速成为物理学和材料学的热门话题，现在是世界上最 薄的材料，仅有一个原子厚。在改良后，石墨烯致力于塑造低功 率电子元件，如晶体管。相比之下，铜线和半导体都会产生电脑 芯片75%的能量消耗，人们确定了石墨烯拥有留名史册的本事。
晶体结构的X射线分析
1917 物理
巴克拉Charles Glover Barkla
元素的特征X射线
1924 物理
卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn X射线光谱学
1937 物理
戴维森Clinton Joseph Davisson 汤姆孙George Paget Thomson
如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质 的微观结构看个清清楚楚明明白白！
.
与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单 13
年份 学科
得奖者
内容
1901 物理
伦琴Wilhelm Conral Rontgen
X射线的发现
1914 物理
劳埃Max von Laue
晶体的X射线衍射
1915 物理
亨利.布拉格Henry Bragg 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg.
电子衍射
1954 化学
鲍林Linus Carl Panling
化学键的本质
1962 化学
肯德鲁John Charles Kendrew 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz
蛋白质的结构测定
1962
生理医学
Francis Maurice
H.C.Crick、JAMES h.f.Wilkins
d.Watson、