关于无机化学晶体结构课件
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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????
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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。
无机化学第七章 晶体结构
例1：体心立方晶胞中金属原子的空间利用 率计算 (教材P.213, 图9-10) （1）计算每个晶胞含有几个原子:
1 + 8 × 1/8
= 2
体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各1个原子，每个原子被8个 晶胞共享。
（二）空间利用率计算（续）
（2）原子半径r 与晶胞边长a 的关系： 勾股定理： 2a 2 + a 2 = (4r)
半径比规则（续）说明:
3. 值位于“边界”位置附近时，相应化合物 有2种构型。 例:GeO2 r + / r - = 53 pm / 132 pm = 0.40. 立方ZnS NaCl 两种晶体空间构型均存在. 4.离子晶体空间构型除了与r + / r -有关外，还 与离子的电子构型、离子互相极化作用（如 AgI）以至外部条件（如温度）等有关。
(三)半径比规则（续）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。
一、离子极化作用
离子极化作用（教材P.220图9-18） 离子极化力（Polarizing主动） 离子变形性 （ Polarizability, Polarized被动) 在异号离子电场作用下，离子的电子云发生变形， 正、负电荷重心分离，产生“诱导偶极”，这个过程 称为“离子极化”。 阳离子、阴离子既有极化力，又有变形性。 通常阳离子半径小，电场强，“极化力”显著。 阴离子半径大，电子云易变形，“变形性”显著。
晶体结构4PPT课件
当温度高于120时氧八面体中心的钛离子的热振动能量较高钛离子位秱后形成的内电场丌足以使钛离子固定在新位置上丌能使周围晶胞中的钛离子沿同一方向产生位秱这时氧八面体中心的钛离子向周围6个氧离子靠近的几率相等总体来看钛离子仍然位于氧八面体的中心丌会偏向某一个氧离子
1.4晶体的结构与性质--无机化合物结构
晶体的结构:
.
25
层内[CdI6]八面体之间共面连接（共用3个顶 点），见图1-21（b），由于正负离子强烈的极化 作用，层内化学键带有明显的共价键成分。层间通 过分子间力结合。由于层内结合牢固，层间结合很 弱，因而晶体具有平行（0001）面的完全解理。
常见CdI2型结构的层状晶体是Mg（OH）2， Ca（OH）2等晶体。
.
9
3.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构
闪锌矿属于立方晶系，点群3m，空间群F3m，其结构与金刚石 结构相似，如图1-17所示。
结构中S2-离子作面心立方堆积，Zn2+离子交错地填充于8个小立 方体的体心，即占据四面体空隙的1/2，正负离子的配位数均为4。 一个晶胞中有4个ZnS“分子”。整个结构由Zn2+和S2-离子各一套面 心立方格子沿体对角线方向位移1/4体对角线长度穿插而成。由于 Zn2+离子具有18电子构型，S2-离子又易于变形，因此，Zn-S键带有 相当程度的共价键性质。常见闪锌矿型结构有Be，Cd，Hg等的硫 化物，硒化物和碲化物以及CuCl及-SiC等。
.
18
（a）晶胞结构图
（b）[CaF8]立方体 及其连接
（c）[FCa4]四面体及 其连接
图1-19 萤石型结构
.
19
结构-性能关系
CaF2与NaCl的性质对比：F－半径比Cl－小，Ca2+半径比Na+ 稍大，综合电价和半径两因素，萤石中质点间的键力比NaCl中的键 力强，反映在性质上，萤石的硬度为莫氏4级，熔点1410℃，密度 3.18，水中溶解度0.002；而NaCl熔点808℃，密度2.16，水中溶解度 35.7。
1.4晶体的结构与性质--无机化合物结构
晶体的结构:
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25
层内[CdI6]八面体之间共面连接（共用3个顶 点），见图1-21（b），由于正负离子强烈的极化 作用，层内化学键带有明显的共价键成分。层间通 过分子间力结合。由于层内结合牢固，层间结合很 弱，因而晶体具有平行（0001）面的完全解理。
常见CdI2型结构的层状晶体是Mg（OH）2， Ca（OH）2等晶体。
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3.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构
闪锌矿属于立方晶系，点群3m，空间群F3m，其结构与金刚石 结构相似，如图1-17所示。
结构中S2-离子作面心立方堆积，Zn2+离子交错地填充于8个小立 方体的体心，即占据四面体空隙的1/2，正负离子的配位数均为4。 一个晶胞中有4个ZnS“分子”。整个结构由Zn2+和S2-离子各一套面 心立方格子沿体对角线方向位移1/4体对角线长度穿插而成。由于 Zn2+离子具有18电子构型，S2-离子又易于变形，因此，Zn-S键带有 相当程度的共价键性质。常见闪锌矿型结构有Be，Cd，Hg等的硫 化物，硒化物和碲化物以及CuCl及-SiC等。
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（a）晶胞结构图
（b）[CaF8]立方体 及其连接
（c）[FCa4]四面体及 其连接
图1-19 萤石型结构
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19
结构-性能关系
CaF2与NaCl的性质对比：F－半径比Cl－小，Ca2+半径比Na+ 稍大，综合电价和半径两因素，萤石中质点间的键力比NaCl中的键 力强，反映在性质上，萤石的硬度为莫氏4级，熔点1410℃，密度 3.18，水中溶解度0.002；而NaCl熔点808℃，密度2.16，水中溶解度 35.7。
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
【精品课件】无机单质及化合物晶体结构
2. CsCl型结构
CsCl属于立方晶系，点群m3m，空间群Pm3m。 结构中正负离子作简单立方堆积，配位数均为8， 晶胞分子数Z＝1，键性为离子键。CsCl晶体结构也 可以看作正负离子各一套简单立方格子沿晶胞的体 对角线位移1/2体对角线长度穿插而成。
CsCl晶胞结构
CsCl晶胞结构
CsCl晶体结构
应用：高温坩埚，发热体和电极， 润滑剂（机械工业）
3．砷、锑、秘的结构
V族元素砷、锑、秘等属于菱方晶系。右图是用 六方晶轴表示的锑的结构。在六方晶系下（0001） 层的堆积层序是ABCABC…，各层并非等距，每两 层组成一个双层相距很近，双层与双层之间相距较 远。双层之间原子不接触，每一单层内的原子（即 构成平面六角形的各原子）也不接触，它们只和同 一双层中的另一单层内的最近邻原子相接触，因而 配位数是3，如图中示出原子1的3个最近邻配位原 子是2、3和4。由此可见，共价键存在于双层内， 而双层与双层之间则是分子键。
NaCl晶胞结构
NaCl晶胞结构
性质：NaCl型结构在三维方向上键力分布均匀， 无明显解理，破碎后其颗粒呈现多面体形状。
常见NaCl型晶体：碱土金属和二价过渡金属氧化 物（MO），其中M2+和O2-分别占据NaCl中Na+和Cl的位置。
特点：熔点很高，如MgO（方镁石），其熔点 2800℃左右，是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。
纤锌矿结构中六方柱晶胞
纤锌矿结构中平行六面体晶胞
（2）纤锌矿结构与热释电性及声电效应
某些纤锌矿型结构，其结构中无对称中心存在，使得晶体具 有热释电性，可产生声电效应。
热释电性是指加热使晶体温度变化时，在与该晶体c轴平行 方向一端出现正电荷，相反一端出现负电荷的现象。
无机化学课件：第七章 固体的结构与性质
液相或汽相沉积
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
石英玻璃：
石英玻璃： SiO2
石英光导纤维
非晶态高分子化合物
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
玻璃态(常温下塑料） 温度很低时，线性高分子、链节都不能 运动，如同玻璃体一般坚硬。
线性高分子
高弹态(常温下橡胶)
温度升高到一定程度时，整个链还不能 运动，但其中链节可以自由运动了。 表现出很高的弹性。
用途： 耐磨材料，耐火材料，半导体材料。
二、分子晶体
分子晶体：晶格节点上排列着极性或非极性共价分子，分 子间以分子间作用力或氢键结合形成的晶体。
性质：分子晶体物质一般熔点低、硬度小、易挥发， 熔融不导电。（强极性除外）
物质：一般为非金属元素组成的共价化合物。
如：SiX4,H2O,CO2,SF6,I2等。 CO2晶体 面心立方晶格
等属此列。
3、立方ZnS型 晶胞也是正立方体，
ห้องสมุดไป่ตู้
配位数均为4，如BeO、ZnSe
离子晶体为什么会有 不同的空间构型？
CsCl型
这主要由正、负离子的半径比（ r+ / r- ）决定。
r+ / r-增大 , 则 C.N. 增大； r+ / r- 减小 , 则 C.N. 减小。
离子晶体空间构型除了与 r+ / r- 有关外 ，还与离子的电子构型、离子互相极化 作用以至外部条件（如温度）等有关。
四、非晶体
1、概述
微粒无序排列，无规则几何外形 无一定熔点。
射频等离子体化学气相沉积 Ge 、Si、α-Si:H、GaAs等
较
传统玻璃：硅酸盐【Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
石英玻璃：
石英玻璃： SiO2
石英光导纤维
非晶态高分子化合物
三态：玻璃态、高弹态、粘流态
玻璃态(常温下塑料） 温度很低时，线性高分子、链节都不能 运动，如同玻璃体一般坚硬。
线性高分子
高弹态(常温下橡胶)
温度升高到一定程度时，整个链还不能 运动，但其中链节可以自由运动了。 表现出很高的弹性。
用途： 耐磨材料，耐火材料，半导体材料。
二、分子晶体
分子晶体：晶格节点上排列着极性或非极性共价分子，分 子间以分子间作用力或氢键结合形成的晶体。
性质：分子晶体物质一般熔点低、硬度小、易挥发， 熔融不导电。（强极性除外）
物质：一般为非金属元素组成的共价化合物。
如：SiX4,H2O,CO2,SF6,I2等。 CO2晶体 面心立方晶格
等属此列。
3、立方ZnS型 晶胞也是正立方体，
ห้องสมุดไป่ตู้
配位数均为4，如BeO、ZnSe
离子晶体为什么会有 不同的空间构型？
CsCl型
这主要由正、负离子的半径比（ r+ / r- ）决定。
r+ / r-增大 , 则 C.N. 增大； r+ / r- 减小 , 则 C.N. 减小。
离子晶体空间构型除了与 r+ / r- 有关外 ，还与离子的电子构型、离子互相极化 作用以至外部条件（如温度）等有关。
四、非晶体
1、概述
微粒无序排列，无规则几何外形 无一定熔点。
射频等离子体化学气相沉积 Ge 、Si、α-Si:H、GaAs等
较
传统玻璃：硅酸盐【Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2
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
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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
bαβ γaFra bibliotek立方c a
b
四方
c a
b
正交
c ba
三方
c ba
六方
c ba
单斜
c ba 三斜
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。
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）
晶体都有固定的熔点
= 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。
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
1994 物理
布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 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。
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
平面点阵 平面格子
空间点阵 空间格子 （晶格）
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
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、
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：石墨层内导电率比层间高一万倍
10
• 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。
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.
1
关于无机化学晶体 结构
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。