无机化学 晶体结构PPT课件

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
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 .
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晶体X-射线衍射图
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晶胞参数
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晶系: Monoclinic
空间群: P2(1)/n
a=7.6557(19) Å b=18.573(5) Å c= 13.117(3) Å
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
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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。
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第三章 晶体结构
Crystal structure
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2
钻石恒久远 一颗永流传
祖母绿
钠长石 Na[AlSi3O8]
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绿柱石
Be3Al2(Si O3)6
3
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4
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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。
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、
= 90 = 94.392(3) = 90o
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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。
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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
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根据晶胞参数的不同，把晶体分为七大23 晶系
c
bα
β γ
a
直线点阵
空间点阵 空间格子
平面点阵
（晶格）
平面格子 .
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3-1 晶体的微观性质（2）
晶胞
ห้องสมุดไป่ตู้
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）
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晶体结构中具有代表性的最小重复单位，称为晶胞。
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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。
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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
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物质的性质、材料的性能决定于它们的 组成和微观结构。
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
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t /min
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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：石墨层内导电率比层间高一万倍
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• 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。
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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
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极少数
气态
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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。
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3-1 晶体的宏观性质（2）
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
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！
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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.