高中化学竞赛晶体专题培训课件
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■复晶胞（带心晶胞）：体心晶胞、面 心 晶胞和底心晶胞。
晶胞
石 墨 的 二 维 晶 胞 举 例 尽可规则
尽可能小
原子排列不完全 相同，不是晶胞
练习：画晶胞（方法）
晶胞参数
晶胞参数: a、b、c α、β、γ
作用形式与空间排布——堆积
■ 无明确取向的作用 金属键（无方向、无次序）—金属晶体—球堆积（密堆积） 分子间作用力（弱极性）—分子晶体形状取向 ■ 有一定取向的作用 离子键（无方向、有次序）—离子晶体—球堆积（半径制约下
每1个球周围相邻的球有12
个
B A B
A
3
A1型密堆积
A1型密堆积
C B A
面心立方密堆积
每1个球周围相邻的球有12
个
B A C
A
1
Li Na K Ba Fe等金属晶体采用A2型密堆 积
立方体8个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。
A2型密堆积
体心立方密堆积
归
来自百度文库
纳
总 结
常见金属晶体的三种结构型 面心立方密堆积 体心式立：方密堆积 六方密堆积
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2） ■作用影响（水） ■兼而有之（CO2）
■分子间的作用： 气态——液态——固态 分子间作用力——“准化学键”
键型过渡与晶型过渡
■ CO2、H2O、SiO2、Na2O
有序和无序结构的性质差异
■宏观形态 ■结构强度（保温强化） ■性质的方向性（各向异性） ■熔点 ■ X射线衍射
正离子所占空隙种类: 正八面体
正八面体空隙 （CN+=6）
NaCl型离子晶体的结构型式
CsCl型晶体结构的离子堆积描 述
结构型式
CsCl型
离 化学组成比 n+/n子 堆 负离子堆积方式
1:1 简单立方堆积
积 描
正负离子配位数比CN+/CN-
8:8
述 正离子所占空隙种类
立方体
正离子所占空隙分数
1
——离子晶体
离子晶 体构成微粒
阴、阳离子
微粒作用力
离子键（无方向性）
堆积方式
非等径球体的密堆积
大球先按一定方式做等径圆球的密堆积； 小球再填充在大球所形成的空隙中。
NaCl型离子晶体的结构型式
负离子堆积方式:立方面心堆积
负离子（如绿球）呈立方面心堆积，相当于金属单质的A1型。
正负离子配位数之比CN+/CN- =6:6 CN+=6 CN-=6
的密堆积倾向） 分子间作用力（强极性）—分子晶体—有一定作用取向 ■ 有明确取向的作用 共价键—原子晶体—球堆积（键取向） 氢键—分子晶体—作用取向
最简单的堆积形式 ——等径圆球密堆积（金属单
质）
■最密堆积 ■密堆积
A3型密堆积
A1型密堆积
晶胞
A3型密堆积
六方密堆积
A3密堆积的俯视图 六方晶胞俯视图
■ “分子”内的作用： 共价键、离域共价键（金属键）、离子键原 子晶体、
金属晶体、离子晶体
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2）
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2）
■作用影响（水）
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2）
■作用影响（水） ■兼而有之（CO2）
74%
12
面 心立
方 紧密
球堆积与晶体中的空隙
八面体空隙
四面体空隙 面
心立方最密堆积
堆积球数四面体空隙数八面体空隙 数＝121
六方最密堆积 八面体空隙 四面体空隙
练习
■ 2006）磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆 积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化 硼 的正当晶胞示意图。
半径制约下的球堆积（填隙模 型）
■ X射线衍 射
二、无限体系的空间排布
■ 晶体结构的基本单元——晶胞 ■ 作用形式与空间排布——堆积 ■ 最简单的堆积形式——等径圆球密堆积（金属
单质 ） ■ 球堆积与晶体中的空隙 ■ 半径制约下的球堆积（填隙模型）——离子晶
体 ■ 共价键取向的球堆积——原子晶体
晶体结构的基本单元——晶胞
■ 晶胞都是从晶体结构中截取下来的大小、 形状完全相同的平行六面体。将1个个晶 胞 上、下、前、后、左、右并置起来，就 构 成整个晶体。
A1
A2
A3
结 构 类 型
配
位 数
12
8
12
结论：金属晶体以堆积密度大、配位数高为特征。
堆积模型 采纳这种堆积 空间利用率 的 典型代表
简单立方
Po
52%
配位数 6
晶胞
钾型(bcp) K、Na、Fe
68%
8
体 心立
方
镁型(hcp) Mg、Zn、Ti
74%
12
六方紧密
铜型(ccp) Cu, Ag, Au
立方ZnS型晶体结构的离子堆积描 述
结构型式
离
化学组成比 n+/n-
子 堆
负离子堆积方式
积 描
正负离子配位数比CN+/CN-
述 正离子所占空隙种类
正离子所占空隙分数
立方ZnS型 1:1 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2
常见的AB型的离子晶体
NaCl型
CsCl型
ZnS型
配位数比：6:6
8:8
无隙并置
六方晶胞不是六方柱
六方柱的1/3不能同时
为三个晶胞（它们不 具 有平移关系）
划分晶胞的原则
■晶胞一定是一个平行六面体，其三边长 度
a,b,c不一定相等，也不一定垂直 ■尽可能小 ■尽可能反映晶体内结构的对称性 ■尽可能规则
素晶胞与复晶胞（带心晶胞）
■素晶胞：晶体在微观空间中进行周期 性平 移的最小集合，称为一个结构基 元。
4:4
产地:甘肃省肃北县
离子堆积描述
结构型式 化学组成比 n+/n负离子堆积方式 正负离子配位数比CN+/CN正离子所占空隙种类 正离子所占空隙分数
CaF2型 1:2
简单立方堆积
8:4
立方体 1/2
也可看做Ca填入四面体空 隙
八面体空隙占有率为 1/2
■一、无限“分子” Vs 有限分子的无限聚 集体
■二、无限体系的空间排布 ■三、无限体系的周期性——从晶胞到点阵
■四、跟晶体有关的常见计算
一、无限“分子 ”
有限分子的V无s 限聚集体
■无限“分子”的“分子结构” ■有序的无限“分子”——晶体 ■有限分子的无限有序聚集体—— 分子晶体 ■键型过渡与晶型过渡 ■有序和无序结构的性质差异
无限分子的分子结构
■无限“分子”有多种类型： 一维、二 维、三维
■“分子”内原子排列的有序性： 有序（晶态SiO2）、无序（玻璃体SiO2）
有序的无限“分子”——晶
体
■外形整齐
有时需在显微镜下观察
■熔点固定
相反，玻璃没有固定熔点
■各向异性 光的传播速度、热和电的传导等
方铅矿(Galena, PbS)
晶胞
石 墨 的 二 维 晶 胞 举 例 尽可规则
尽可能小
原子排列不完全 相同，不是晶胞
练习：画晶胞（方法）
晶胞参数
晶胞参数: a、b、c α、β、γ
作用形式与空间排布——堆积
■ 无明确取向的作用 金属键（无方向、无次序）—金属晶体—球堆积（密堆积） 分子间作用力（弱极性）—分子晶体形状取向 ■ 有一定取向的作用 离子键（无方向、有次序）—离子晶体—球堆积（半径制约下
每1个球周围相邻的球有12
个
B A B
A
3
A1型密堆积
A1型密堆积
C B A
面心立方密堆积
每1个球周围相邻的球有12
个
B A C
A
1
Li Na K Ba Fe等金属晶体采用A2型密堆 积
立方体8个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。
A2型密堆积
体心立方密堆积
归
来自百度文库
纳
总 结
常见金属晶体的三种结构型 面心立方密堆积 体心式立：方密堆积 六方密堆积
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2） ■作用影响（水） ■兼而有之（CO2）
■分子间的作用： 气态——液态——固态 分子间作用力——“准化学键”
键型过渡与晶型过渡
■ CO2、H2O、SiO2、Na2O
有序和无序结构的性质差异
■宏观形态 ■结构强度（保温强化） ■性质的方向性（各向异性） ■熔点 ■ X射线衍射
正离子所占空隙种类: 正八面体
正八面体空隙 （CN+=6）
NaCl型离子晶体的结构型式
CsCl型晶体结构的离子堆积描 述
结构型式
CsCl型
离 化学组成比 n+/n子 堆 负离子堆积方式
1:1 简单立方堆积
积 描
正负离子配位数比CN+/CN-
8:8
述 正离子所占空隙种类
立方体
正离子所占空隙分数
1
——离子晶体
离子晶 体构成微粒
阴、阳离子
微粒作用力
离子键（无方向性）
堆积方式
非等径球体的密堆积
大球先按一定方式做等径圆球的密堆积； 小球再填充在大球所形成的空隙中。
NaCl型离子晶体的结构型式
负离子堆积方式:立方面心堆积
负离子（如绿球）呈立方面心堆积，相当于金属单质的A1型。
正负离子配位数之比CN+/CN- =6:6 CN+=6 CN-=6
的密堆积倾向） 分子间作用力（强极性）—分子晶体—有一定作用取向 ■ 有明确取向的作用 共价键—原子晶体—球堆积（键取向） 氢键—分子晶体—作用取向
最简单的堆积形式 ——等径圆球密堆积（金属单
质）
■最密堆积 ■密堆积
A3型密堆积
A1型密堆积
晶胞
A3型密堆积
六方密堆积
A3密堆积的俯视图 六方晶胞俯视图
■ “分子”内的作用： 共价键、离域共价键（金属键）、离子键原 子晶体、
金属晶体、离子晶体
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2）
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2）
■作用影响（水）
有限分子的无限有序聚集体——分子晶 体
■形状影响（I2）
■作用影响（水） ■兼而有之（CO2）
74%
12
面 心立
方 紧密
球堆积与晶体中的空隙
八面体空隙
四面体空隙 面
心立方最密堆积
堆积球数四面体空隙数八面体空隙 数＝121
六方最密堆积 八面体空隙 四面体空隙
练习
■ 2006）磷化硼晶体中磷原子作立方最密堆 积，硼原子填入四面体空隙中。画出磷化 硼 的正当晶胞示意图。
半径制约下的球堆积（填隙模 型）
■ X射线衍 射
二、无限体系的空间排布
■ 晶体结构的基本单元——晶胞 ■ 作用形式与空间排布——堆积 ■ 最简单的堆积形式——等径圆球密堆积（金属
单质 ） ■ 球堆积与晶体中的空隙 ■ 半径制约下的球堆积（填隙模型）——离子晶
体 ■ 共价键取向的球堆积——原子晶体
晶体结构的基本单元——晶胞
■ 晶胞都是从晶体结构中截取下来的大小、 形状完全相同的平行六面体。将1个个晶 胞 上、下、前、后、左、右并置起来，就 构 成整个晶体。
A1
A2
A3
结 构 类 型
配
位 数
12
8
12
结论：金属晶体以堆积密度大、配位数高为特征。
堆积模型 采纳这种堆积 空间利用率 的 典型代表
简单立方
Po
52%
配位数 6
晶胞
钾型(bcp) K、Na、Fe
68%
8
体 心立
方
镁型(hcp) Mg、Zn、Ti
74%
12
六方紧密
铜型(ccp) Cu, Ag, Au
立方ZnS型晶体结构的离子堆积描 述
结构型式
离
化学组成比 n+/n-
子 堆
负离子堆积方式
积 描
正负离子配位数比CN+/CN-
述 正离子所占空隙种类
正离子所占空隙分数
立方ZnS型 1:1 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2
常见的AB型的离子晶体
NaCl型
CsCl型
ZnS型
配位数比：6:6
8:8
无隙并置
六方晶胞不是六方柱
六方柱的1/3不能同时
为三个晶胞（它们不 具 有平移关系）
划分晶胞的原则
■晶胞一定是一个平行六面体，其三边长 度
a,b,c不一定相等，也不一定垂直 ■尽可能小 ■尽可能反映晶体内结构的对称性 ■尽可能规则
素晶胞与复晶胞（带心晶胞）
■素晶胞：晶体在微观空间中进行周期 性平 移的最小集合，称为一个结构基 元。
4:4
产地:甘肃省肃北县
离子堆积描述
结构型式 化学组成比 n+/n负离子堆积方式 正负离子配位数比CN+/CN正离子所占空隙种类 正离子所占空隙分数
CaF2型 1:2
简单立方堆积
8:4
立方体 1/2
也可看做Ca填入四面体空 隙
八面体空隙占有率为 1/2
■一、无限“分子” Vs 有限分子的无限聚 集体
■二、无限体系的空间排布 ■三、无限体系的周期性——从晶胞到点阵
■四、跟晶体有关的常见计算
一、无限“分子 ”
有限分子的V无s 限聚集体
■无限“分子”的“分子结构” ■有序的无限“分子”——晶体 ■有限分子的无限有序聚集体—— 分子晶体 ■键型过渡与晶型过渡 ■有序和无序结构的性质差异
无限分子的分子结构
■无限“分子”有多种类型： 一维、二 维、三维
■“分子”内原子排列的有序性： 有序（晶态SiO2）、无序（玻璃体SiO2）
有序的无限“分子”——晶
体
■外形整齐
有时需在显微镜下观察
■熔点固定
相反，玻璃没有固定熔点
■各向异性 光的传播速度、热和电的传导等
方铅矿(Galena, PbS)