实验2 化合物的晶体结构
金属间化合物的晶体结构
金属间化合物的晶体结构一、经典离子理论根据经典离子理论，金属和非金属之间的化学键是通过电荷间的吸引力形成的。
在金属间化合物中，金属离子以正电荷形式存在，而非金属离子以负电荷形式存在。
这种离子之间的吸引力使得金属离子和非金属离子结合在一起，形成晶体。
二、NaCl型结构NaCl型结构是金属间化合物中最典型的晶体结构之一、它由正交晶系的结构单元组成，其中金属离子和非金属离子交替排列。
每个正电荷的金属离子周围都有6个负电荷的非金属离子，每个负电荷的非金属离子周围也有6个正电荷的金属离子。
这种排列方式使得晶体具有高度规则和紧密堆积的结构。
例如，氯化钠（NaCl）和氟化钙（CaF2）都属于NaCl型结构。
三、CsCl型结构CsCl型结构也是金属间化合物中一个常见的晶体结构。
它由正交晶系的结构单元组成，其中一个金属离子和一个非金属离子位于体心立方（BCC）晶胞中。
这种排列方式使得晶体具有比NaCl型结构更紧密的堆积。
例如，氯化铯（CsCl）和溴化银（AgBr）都属于CsCl型结构。
四、ZnS型结构ZnS型结构是金属间化合物中另一个重要的晶体结构。
它由正交晶系中的结构单元组成，其中一个金属离子和一个非金属离子位于面心立方（FCC）晶胞中。
这种排列方式使得晶体具有更高的密度和更紧密的堆积。
例如，硫化锌（ZnS）和硫化铜（Cu2S）都属于ZnS型结构。
五、其他晶体结构除了上述三种常见的晶体结构，金属间化合物还可以具有其他类型的晶体结构。
例如，磷化锗（GeP）具有立方体结构，亚硫酸铁（FeSO4∙7H2O）具有单斜晶体结构。
这些不同的晶体结构导致了金属间化合物的物理和化学性质的差异。
总结：金属间化合物的晶体结构对其性质具有重要影响。
经典离子理论认为金属离子和非金属离子之间的离子吸引力是形成金属间化合物的化学键。
NaCl型结构、CsCl型结构和ZnS型结构是金属间化合物中最常见的晶体结构。
此外，金属间化合物还可以具有其他类型的晶体结构。
金属间化合物的晶体结构
12、Cu3Ti型结构
化学式： A3B ；
—A —B
12、 Cu3Ti型结构 —A —B
—A —Bຫໍສະໝຸດ 8、L21型结构 化学式： A2BC； 结 构：L21型—体心正方晶系；
—A —B —C
9、C11b型结构
化学式： AB2； 结 构：C11b型—体心正方晶系；
—A —B
10、hcp型结构
10、hcp型结构
11、DO19型结 构
化学式： A3B ；
—A —B
11、DO19型结 构 —A —B
1、面心立方结构
[001]
a
[100]
a
a
[010]
2、L12型结构
化学式：A3B； 结 构：L12型—面心正方晶系；
—A —B
[001]
c
[100]
a
a
[010]
3、L10型结构
化学式：AB； 结 构：L10型—面心正方晶系； 特点：[001]方向上是由仅含 A原子组成的原子面与仅含B原子的原子面交替重叠 堆垛而成，所以[100]、[010]方向上的点阵常数与[001]方向的不一样，把[001]视 为c轴，其他两轴为a轴；
—A —B
[001]
c
[100]
a
a
[010]
4、DO22型结构
化学式：A3B； 结 构：DO22型—面心正方晶系；
—A —B
5、体心立方结 构
6、B2型结构
化学式：AB； 结 构：B2型—体心正方晶系；
—A —B
7、DO3型结构
化学式： A3B ； 结 构：DO3型—体心正方晶系；
无机化合物的晶体结构与性质
无机化合物的晶体结构与性质无机化合物是由元素形成的化合物，其晶体结构与性质在化学研究中起着重要的作用。
本文将探讨无机化合物晶体结构与性质之间的关系，并介绍一些相关的实例。
一、晶体结构对性质的影响无机化合物的晶体结构直接影响其性质。
不同无机物质的晶体结构具有不同的对称性、原子组织和间隙结构，从而导致不同的物理和化学性质。
1. 对称性晶体的对称性是指在三维空间中可以通过操作将其自身重复的性质。
不同的对称性可以影响晶体的光学、电学、声学和磁学等性质。
例如，具有六角晶系结构的石英具有优异的光学性质，可以广泛应用于光学仪器领域。
2. 原子组织晶体结构中的原子或离子排列方式对化合物的性质具有重要影响。
例如，金刚石的晶体结构由碳原子组成，每个碳原子与周围四个碳原子形成共价键，使得金刚石具有良好的硬度和热导性。
3. 间隙结构某些无机化合物的晶体结构存在空隙，这些空隙可以容纳其他原子或分子。
这种间隙结构可以影响化合物的吸附能力、催化性能和电导率等。
例如，氢氧化镁晶体结构中的水分子可以嵌入晶格空隙，使其具有吸湿性能。
二、无机化合物的晶体结构类别无机化合物的晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和化合物晶体等。
1. 离子晶体离子晶体由阳离子和阴离子通过离子键相互组合而成。
其晶体结构通常具有高对称性，例如岩盐结构、螺旋晶格和封闭晶格等。
离子晶体中的阳离子和阴离子之间的电荷平衡是维持稳定结构的关键。
2. 共价晶体共价晶体由原子通过共价键相互连接而成。
其晶体结构通常较为复杂，如硅晶体、钻石结构等。
共价键的形成使得共价晶体具有较高的硬度和熔点。
3. 金属晶体金属晶体由金属原子通过金属键连接而成。
金属晶体的晶体结构通常具有高密度和可塑性，且有电子在晶格中自由运动的特性。
典型的金属晶体结构包括面心立方晶格和体心立方晶格等。
4. 化合物晶体化合物晶体是由两种或多种不同的原子或离子通过离子键、共价键或金属键相互连接而成的。
化合物晶体的晶体结构通常是由多个单元晶体构成的复杂结构，如NaCl型结构、锌蓝型结构和钙钛矿结构等。
离子化合物与晶体结构
离子化合物与晶体结构离子化合物是由正离子和负离子通过离子键结合而成的化合物。
其晶体结构具有独特的排列方式，对于我们理解离子化合物的性质和特点有着重要的作用。
本文将探讨离子化合物的晶体结构，并分析其对物质性质的影响。
一、离子化合物的晶体结构种类离子化合物的晶体结构主要包括离子晶体和离子共价混合晶体两种类型。
1. 离子晶体离子晶体的晶格结构由正负离子按照一定比例有序排列而成。
正负离子通过离子键紧密连接在一起，形成稳定的晶体结构。
离子晶体通常具有高熔点、高硬度和良好的电导性。
2. 离子共价混合晶体离子共价混合晶体是离子晶体和共价晶体的结合体，具有离子键和共价键共存的特点。
离子共价混合晶体的晶体结构相对复杂，其性质介于离子晶体和共价晶体之间。
二、离子晶体的晶体结构离子晶体的晶体结构由正离子和负离子按照一定比例有序排列而成。
根据离子的尺寸和电荷，离子晶体可分为六方密排结构、面心立方结构和体心立方结构。
1. 六方密排结构六方密排结构中，正负离子依次排列在六边形的轴上，形成六个环向相互六角对齐的层。
在每个层之间，正负离子通过离子键相互吸引，稳定地堆积在一起。
2. 面心立方结构面心立方结构中，正离子位于体心立方晶胞的顶点上，负离子位于八个面心上。
正负离子通过离子键连接在一起，形成紧密堆积的晶体结构。
3. 体心立方结构体心立方结构中，正离子位于立方晶胞的体心位置，负离子位于立方晶胞的每个角上。
正负离子通过离子键相互吸引，形成紧密堆积的晶体结构。
三、离子晶体结构对性质的影响离子晶体的晶体结构对其物质性质具有重要影响。
1. 高熔点和高硬度离子晶体的晶体结构由离子键连接，其间的吸引力较大，因此具有高熔点和高硬度的特点。
在离子晶体的结构中，正离子和负离子的排列密集有序，难以破坏。
2. 良好的电导性离子晶体的电导性主要来源于离子在固体中的迁移。
当离子晶体处于熔融状态或溶解于溶液中时，离子可以自由移动，具有良好的电导性。
3. 易溶于溶液由于离子晶体中离子之间存在着明显的正负吸引作用，所以其易溶于极性溶剂。
第二章 晶体结构
第二章晶体结构【例2-1】计算MgO和GaAs晶体中离子键成分的多少。
【解】查元素电负性数据得，，，，则MgO离子键％＝GaAs离子键％＝由此可见，MgO晶体的化学键以离子键为主，而GaAs则是典型的共价键晶体。
【提示】除了以离子键、共价键结合为主的混合键晶体外，还有以共价键、分子间键结合为主的混合键晶体。
且两种类型的键独立地存在。
如，大多数气体分子以共价键结合，在低温下形成的晶体则依靠分子间键结合在一起。
石墨的层状单元内共价结合，层间则类似于分子间键。
正是由于结合键的性质不同，才形成了材料结构和性质等方面的差异。
从而也满足了工程方面的不同需要。
【例2-2】NaCl和MgO晶体同属于NaCl型结构，但MgO的熔点为2800℃, NaC1仅为80l℃，请通过晶格能计算说明这种差别的原因。
【解】根据：晶格能（1）NaCl晶体：N0＝6.023×1023 个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝1，e＝1.6×10－19 库仑，，r0＝＝＝0.110＋0.172＝0.282nm＝2.82×10－10 m，m/F，计算，得：E L＝752.48 kJ/mol（2）MgO晶体：N0＝6.023×1023个/mol，A＝1.7476，z1＝z2＝2，e＝1.6×10－19库仑，r0＝＝0.080＋0.132＝0.212 nm＝2.12×10－10 m，m/F，计算，得：E L＝3922.06 kJ/mol则：MgO晶体的晶格能远大于NaC1晶体的晶格能，即相应MgO的熔点也远高于NaC1的熔点。
【例2-3】根据最紧密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，但是金刚石的空间利用率很低，只有34.01%，为什么它也很稳定？【解】最紧密堆积的原理只适用于离子晶体，而金刚石为原子晶体，由于C-C共价键很强，且晶体是在高温和极大的静压力下结晶形成，因而熔点高，硬度达，很稳定。
离子化合物晶体结构
•正尖晶石材料：A为Mg2＋, Mn2＋, Fe2＋, Co 2＋, Cd2＋, Zn2＋, Ni2＋等，
B为Al3＋, Cr3＋, Fe3＋, Co3＋等
•反尖晶石材料：如铁氧体Fe3O4
化物晶体结构的一般规律
自学 要求：根据给定的晶体结构分析其结构特征 特点：负离子形成密堆结构，正离子占据其 间隙位置
ZrO2 氧化锆 Zirconia
• 常温下单斜相，1100℃以上 是四方相 • 近似的萤石型结构 • 高温陶瓷材料、固体电解质（燃料电池中使用）、 发热体等
(2) 金红石型结构 （TiO2） Rutile
• 简单正方（四方）点阵 • 两个Ti4＋：(0,0,0)、(½, ½, ½) 四个O2－：(u,u,0)、(1-u, 1-u, 0)、(½+u, ½-u, ½)、(½-u, ½+u, ½) u=0.31
典型的离子化合物的晶体结构
描述离子晶体结构的三种方法： 描述离子晶体结构的三种方法：
•坐标法：给出单位晶胞中各个原子的空间坐标 坐标法： 坐标法 如在NaCl晶体中，4个Cl－：[(0,0,0)、<1/2,1/2,0>] 4个Na＋：[<0,0,1/2>、(1/2,1/2,1/2)] •球体密堆法：阴离子紧密堆积，阳离子处于阴离子配 球体密堆法： 球体密堆法 位多面体的间隙之中 如NaCl晶体：Cl－按FCC密堆，Na＋处于全部的八面 体间隙 •配位多面体及其连接法：对于比较复杂的晶体，用这 配位多面体及其连接法： 配位多面体及其连接法 种方法有利于认识和理解晶体结构。 例如：在硅酸盐晶体结构中，经常采用这种方法， 但对结构简单的晶体，这种方法反而不一定方便。
3-常见晶体结构
小结和作业
1 典型金属的晶体结构（面、体、密）
2 常见无机化合物晶体结构
以立方晶系为主 离子取代原子
重点：各典型金属的晶体结构的晶体学参数
3 固溶体的晶体结构（置换、间隙） 4 固溶体的性能（固溶强化）
作业：1、试从晶体结构的角度说明间隙固溶体、间隙相以及间隙化合物 之间的区别; 2、有一正交点阵，点阵常数a=b、c=a/2，某晶面在3个晶 轴上的截距分别为2个，3个和6个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3、解释概念：配位数 、致密度、固溶强化
V K= V 0
V
V0
一个晶胞中原子所占的体积
一个晶胞的体积
在元素周期表一共约有110种元素，其中80
多种是金属，占2/3。而这80多种金属的晶体 结构大多属于三种典型的晶体结构。它们分 别是： 体心立方、面心立方、密排六方
二 典型金属的晶体结构
结构特点:以金属键结合，靠失去外层电子的金属离子 与自由电子的吸引力。无方向性，对称性较高的密 堆结构。 常见结构：
图2-45 面心立方结构
面心立方结构ABCABC排列
沿着面心立方的体对角线观察，就可以看到（111）面的这种堆 垛方式
密排六方结构：属于六方紧密堆积，以ABAB ...的堆积方式堆 积，具有这种结构的金属有：Mg、Zn、α-Ti等
图2-46 密排六方结构
体心立方结构：属于体心立方紧密堆积，原子是以体 心立方空间点阵的形式排列，具有这种结构的金属 有： α-Fe 、Cr、 V、Mo、W等
有序化
EAB结合能与EAA+EBB/2
原子间结合能是指原子结合时克服原子 间相互作用力外力所作的功。结合能越 大，原子越不容易结合。
物质的分子结构实验演示
物质的分子结构实验演示在物质科学领域中，理解物质的分子结构是至关重要的。
通过实验演示，我们可以直观地展示物质分子结构的特点和行为。
本文将就物质的分子结构实验演示展开讨论，并通过确定适当的实验格式，提供对物质分子结构的深入了解。
实验一：晶体结构演示在这个实验中，我们将使用盐晶体进行演示，盐是由氯离子（Cl-）和钠离子（Na+）组成的。
首先，取一小片盐晶体并在显微镜下观察。
我们可以看到晶体呈现出规则的、几何形状，并且由一个个紧密排列的离子组成。
这表明盐晶体的分子结构高度有序，离子之间的排列非常紧密。
接下来，我们使用一个放大的模型，将整个盐晶体的结构展示给观察者。
通过放大模型，我们可以清晰地看到盐晶体中氯离子和钠离子的相对位置。
氯离子和钠离子之间通过离子键紧密相连，形成了一个稳定的结构。
实验二：分子运动模拟这个实验将展示分子的运动行为以及分子之间的相互作用。
首先，我们准备一个透明的容器，并将一些食用色素和水混合在一起。
当我们在显微镜下观察时，可以看到水分子在容器中无规律地运动。
这种无序、随机的运动被称为布朗运动。
接下来，我们在容器中添加一些植物油，并再次观察分子的运动。
我们会发现，植物油分子与水分子之间存在排斥作用，从而导致两种分子形成不同的层次结构。
这是由于物质分子之间的相互作用引起的。
实验三：分子模型构建这个实验将使用分子模型构建来展示物质的分子结构。
我们将使用珠子、棍子等材料来代表分子的不同元素。
例如，我们可以使用红色珠子代表氧原子，蓝色珠子代表氢原子。
首先，我们选择一种物质，例如水（H2O），然后使用珠子和棍子将水分子的结构呈现出来。
水分子由一个氧原子和两个氢原子组成，氢原子通过共价键连接到氧原子。
我们可以使用不同的颜色和形状来代表不同类型的原子和键。
通过这种分子模型构建的实验，我们可以直观地看到水分子的结构以及原子之间的连接方式。
这有助于我们理解物质分子结构的性质和特点。
实验四：分子间相互作用演示在这个实验中，我们将展示不同物质之间分子间相互作用的差异。
第二章 晶体结构 - 2.3.9尖晶石型晶体结构分析_06.15_CG
材料科学基础第2 章2.3.9尖晶石型晶体结构分析AB 2O 4的单位晶胞24化学式AB 2O 4A: 2价阳离子B: 3价阳离子晶体结构立方晶系Z=8离子堆积情况O 2-按立方紧密堆积排列，A 2+填充八分之一四面体空隙，B 3+填充二分之一八面体空隙24尖晶石晶体结构[AlO6]八面体[MgO4]四面体代表性物质镁铝尖晶石MgAl2O4a0=0.808nm,Z=8有缘学习更多驾卫星ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）[AlO 6]八面体[MgO 4]四面体24[AlO 6]八面体[MgO 4]四面体[AlO 6]八面体[MgO 4]四面体共顶连接共棱连接彼此孤立通过八面体共顶连接共顶连接尖晶石晶体结构(a)(b)M 区(c) N 区Mg 2+O 2-Mg 2+O 2-At 3+24反尖晶石24 如果二价阳离子分布在八面体空隙中，而三价阳离子一半在四面体空隙中，另一半在八面体空隙中的尖晶石，称为反尖晶石。
性能与用途①性能②用途典型的磁性非金属材料，性能比磁性金属材料更优越。
具有强磁性，高电阻，低松弛损耗等特点可做无线电、电视、电子装置的元件，计算机中做记忆元件，微波器中做永久磁石24尖晶石型结构晶体氟、氰化物氧化物硫化物BeLi 2F 4TiMg 2O 4ZnCr 2O 4ZnFe 2O 4MgAl 2O 4MnCr 2S 4MoNa 2F 4VMg 2O 4CdCr 2O 4CoCo 2O 4MnAl 2O 4CoCr 2S 4ZnK 2(CN)4MgV 2O 4ZnMn 2O 4CuCo 2O 4FeAl 2O 4FeCr 2S 4CdK 2(CN)4ZnV 2O 4MnMn 2O 4FeNi 2O 4MgGa 2O 4CoCr 2S 4MgK 2(CN)4MgCr 2O 4MgFe 2O 4GeNi 2O 4CaGa 2O 4FeNi 2S 4FeCr 2O 4FeFe 2O 4TiZn 2O 4MgIn 2O 4AB 2O 4型无机化合物（尖晶石）的晶体结构MgAl2O4性能与用途①性能②用途硬度较大，莫氏硬度为8级，熔点为2105℃，ρ=3.55g/cm3，化学性质较稳定，热稳定性好（热膨胀系数小，为7.6×10-6）镁铝尖晶石是用途很广泛的优良耐高温材料24Al-O键与Mg-O离子结合键强24在镁铝尖晶石结构中，在一个氧离子周围，有一个镁离子和三个铝离子，由静电价规则：由此可见，氧离子的电价是饱和的。
第二章 晶体结构 3【精选】
1). 萤石结构CaF2
立方晶系：a＝0.545 nm r ＋/r－＝0.975
[FCa4]
[CaF8]
• Ca2＋按面心立方密堆积，F－填充全部四面体空 • C隙N（Ca2＋）＝8, CN (F－)=4
• 晶体结构可以看成面心立方格子Ca2＋一套，F －两套穿插而成。
结构较为开放：Ca2＋尺寸与F-相近，故Ca2＋被撑 开，空隙较大，且Ca2＋数目比F-少一半， Ca2＋与空 隙交错排列，故晶胞中心孔隙很大
LiNbO3
(c)
图1-24 刚玉结构，钛铁矿结构及LiNbO3结构对比示 意图
在刚玉结构中，氧离子的排列为六方密堆积 HCP结构，其中八面体空隙的2/3被铝离子占据，将 这些铝离子用两种阳离子置换有两种方式。第一种 置换方式是：置换后Fe层和Ti层交替排列构成钛铁 矿结构，属于这种结构的化合物有MgTiO3、 MnTiO3、FeTiO3、CoTiO3、LiTaO3等。第二种置 换方式是：置换后在同一层内一价和五价离子共存， 形成LiNbO3或LiSbO3结构。
三、A2X3型结构
刚玉（-Al2O3）型结构
刚玉，即-Al2O3，天然-Al2O3单晶体称为 白宝石，其中呈红色的称为红宝石（ruby），呈 兰色的称为蓝宝石（sapphire）。刚玉属于三方晶 系，空间群Rc。以原子层的排列结构和各层间的 堆积顺序来说明其结构。
图1-23 刚玉（-Al2O3） 型结构
对于理想的单晶体而言，如果不存在外电场时， 单位晶胞中的正负电荷中心不重合，具有一定的固有 偶极矩，称为自发极化。由于晶体的周期性，单位晶 胞的固有偶极矩自发地在同一方向上整齐排列，使晶 体出现极性而处于自发极化状态。
实际晶体，即使是单晶体，内部或多或少总存在 缺陷，使得单位晶胞的固有偶极矩不可能在整个晶体 范围内整齐排列，晶体内存在着一系列自发极化方向 不同的区域。自发极化方向相同的晶胞组成的小区域 称为电畴 。
无机材料科学基础第二章-晶体结构-第6节(3)
CaO静电键强度与MgO相同，但晶体结构疏松，不稳定，易水 化。因为Ca2+离子半径大，使O2-离子的立方密堆积紧密程度变 松。 CaO 的晶格能为3469KJ/mol ，熔点2560 ℃。
6
2、CsCl型
r+/r- = 0.93（大于0.732）
CsCl晶体为Pm3m空间群（立方原始格子）； a0=0.411nm； Cl-按简立方形式堆积，位于立方体的8个角顶上；Cs+填充在立方体 中心。 Cl-、Cs+的配位数均为8；单位晶胞中的分子数Z=1；
r+/r- = 0.102/0.181=0.56 （0.414～0.732）
3
②球体紧密堆积方法：Cl-按面心立方紧密堆积，Na+填入 全部八面体空隙（Na︰Cl=1︰1）； ③配位多面体及其连接方式：[NaCl6]八面体以共棱方式 连接，该描述方法适宜于复杂晶体结构。
NaCl中的正八面体结构
4
属于NaCl型结构的晶体很多，表2-7所示。
按离子堆积分析， O2-按变 形的六方密堆积， Ti4+只填 充了O2-所形成的八面体空隙 的一半（Ti︰O=1 ︰2）。
16
晶胞中质点的坐标为：Ti4+（000），（1/2 1/2 1/2）；
O2-（uu0），（(1-u) (1-u) 0），（(1/2+u)(1/2-u)1/2），
1号点 2号点 4号点 3号点
单位晶胞中质点的坐标如图所示。 属于CsCl结构的晶体有CsBr、CsI、NH4Cl 等。
7
3、闪锌矿（立方ZnS）型结构（共价晶体）
闪锌矿为Fm3m 空间群， a0=0.540nm。面心立方格子，S=按立方 紧密堆积，Zn2+交错处于八分之一小立方体中心，占据四面体空 隙的一半； 质点坐标及投影图如图所示。
§2-6 无机非金属化合物常见晶体结构
1.7.2.6金红石结构
金红石是TiO2的一种通常的晶体结构类型，TiO2还有板钛矿及锐钛矿结构，但金红石是稳定型的结构。
无机非金属常见晶体结构[1]
1.7.2二元化合物典型的晶体结构
1.7.2.1 NaCl型结构
NaCl的晶体结构见图1—51所示，它属于立方晶系，面心立方点阵，空间群为Fm3m。ao=0.563nm，Na+及Cl-各位于面心立方点阵的结点位置上，这两个点阵相距1/2的晶胞边长。正负离子半径比为0.54左右，在0.732～0.414之间，正负离子配位均为6。这个结构实际上相当于较大的负离子作立方密堆，而较小的正离子则占据所有的八面体间隙。
金红石结构为四方晶系P42／mnm空间群。a0=0.459nm，c0=0.296nm，Z=2。金红石为四方原始格子，Ti4+离子位于四方原始格子的结点位置，体中心的Ti4+离子不属于这个四方原始格子，而自成另一套四方原始格子，因为这两个Ti4+离子周围的环境是不相同的，所以，不能成为一个四方体心格子（见图1—55），O2-离子在晶胞中处于一些特定位置上。晶胞中质点的坐标为Ti4+：000， 。其中u=0.3l。从图1—56中可以看出，Ti4+离子的配位数是6，O2-离子的配位数是3。如果以Ti—O八面体的排列看，金红石结构有Ti—O八面体以共棱的方式排列成链状，晶胞中心的八面体共棱方向和四角的Ti-O八面体共棱方向相差90°。链与链之间是Ti—O八面体共顶相连（图1—56）。此外，还可以把O2-离子看成近似于六方紧密堆积，而Ti4+离子位于二分之一的八面体空隙中。
金属间化合物的晶体结构
金属间化合物的晶体结构金属间化合物是由两种或多种金属元素组成的化合物，具有特殊的晶体结构。
这些化合物通常具有高硬度、高熔点和良好的导电性等特性，因此广泛应用于材料科学和工程领域。
本文将介绍金属间化合物的晶体结构和其形成原因。
1.铜金属间化合物：铜金属间化合物的典型晶体结构是CuAl2或CuZn5等。
在这些化合物中，铜原子通常占据体心或面心位置，形成一个紧密堆积的结构。
在这种结构中，铜原子与其他金属原子之间有共价键和金属键的形成，使得化合物具有高强度和硬度。
2.镍基金属间化合物：镍基金属间化合物通常具有复杂的晶体结构，如Al3Ni2、Ni3Al等。
这些化合物中，镍和铝原子按照一定比例堆积在一起，形成由金属键和共价键组成的三维网络。
这种结构使得镍基金属间化合物具有高熔点、高硬度和良好的抗腐蚀性能。
3.钛金属间化合物：钛金属间化合物的晶体结构种类较多，常见的有TiAl、TiNi等。
在这些化合物中，钛原子和其他金属原子形成各种晶格结构，如体心立方、面心立方等。
这些化合物具有高硬度、高熔点、较低密度和良好的抗腐蚀性能。
4.铁基金属间化合物：铁基金属间化合物的晶体结构也较为复杂，常见的有Fe3Al、Fe2Ti等。
这些化合物中，铁原子和其他金属原子按照一定比例排列在一起，形成复杂的晶格结构。
这种结构使得铁基金属间化合物具有高硬度、高熔点和良好的热稳定性。
1.金属元素之间的原子半径差异：金属原子的半径决定了化合物的晶格结构。
如果两种金属元素的原子半径差异较小，它们可能会形成固溶体，而不会形成金属间化合物。
然而，如果差异较大，它们通常会形成金属间化合物。
2.金属元素之间的电负性差异：金属元素之间的电负性差异也会影响金属间化合物的形成。
如果两种金属元素的电负性相差较大，它们通常会形成金属间化合物，而不是固溶体。
3.金属元素的原子堆积方式：金属原子的堆积方式也影响着金属间化合物的晶体结构。
不同的原子堆积方式会导致不同的晶体结构。
晶体的结构类型和同构型化合物
晶体的结构类型和同构型化合物晶体是由原子、离子或分子按照一定的规律排列而成的宏观物质，在自然界和人工合成中普遍存在。
晶体的结构类型和同构型化合物是研究晶体性质和应用的关键内容之一。
本文将就晶体的结构类型和同构型化合物进行详细探讨。
一、晶体的结构类型晶体的结构类型主要包括离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体等。
下面将分别介绍这几种晶体的结构特点。
1. 离子晶体离子晶体是由正负离子通过离子键相互作用形成的。
常见的离子晶体有NaCl、CaF2和ZnS等。
这种晶体的特点是具有高熔点和脆性，能导电，且易溶于极性溶剂。
2. 共价晶体共价晶体是由原子通过共价键相互连接而成的。
典型的共价晶体有金刚石和石英等。
这种晶体的特点是硬度大，熔点高，电导率低，且不易溶于常见溶剂。
3. 金属晶体金属晶体是由金属原子通过金属键相互连接而成的。
金属晶体具有高电导性、高延展性和高熔点等特点。
典型的金属晶体有铜、铝和铁等。
4. 分子晶体分子晶体是由分子通过范德华力相互作用而形成的。
常见的分子晶体有冰、纤维素和药物晶体等。
这种晶体的特点是熔点较低，硬度较小，不导电，且易溶于常见溶剂。
二、同构型化合物同构型化合物指的是具有相同化学组成但晶体结构不同的化合物。
同构型化合物的研究对于理解化合物结构与性质之间的关系具有重要意义。
下面将以硫化物和氧化物为例介绍同构型化合物。
1. 硫化物硫化物是一类重要的同构型化合物。
例如，FeS和CoS都具有类似的结构，都是正方晶系，但FeS的晶体结构中铁离子替代了一部分硫离子，而CoS的晶体结构中钴离子替代了一部分硫离子。
这种同构型化合物的存在使得它们在性质上有所不同，如磁性、导电性等。
2. 氧化物氧化物也是一类常见的同构型化合物。
以二氧化硅（SiO2）和二氧化锆（ZrO2）为例，它们都是由氧化物离子和金属离子组成的晶体。
二氧化硅和二氧化锆都具有类似的结构，但由于金属离子不同，导致它们的性质也不同，如硬度、熔点等。
盐酸晶体结构
盐酸晶体结构盐酸（化学式：HCl）是一种常见的无机化合物，它在化学实验室和工业生产中都有广泛的应用。
盐酸的晶体结构对于我们深入理解其性质和用途至关重要。
在本文中，我们将探讨盐酸晶体的结构以及其在化学中的重要性。
盐酸晶体是一种离子晶体，由氯离子（Cl-）和氢离子（H+）组成。
这些离子以离子键的形式相互结合，形成了稳定的晶格结构。
盐酸晶体的结构可以通过X射线衍射等实验方法进行研究和确定。
在盐酸晶体中，氯离子和氢离子以一种紧密堆积的方式排列。
每个氢离子都被六个氯离子所包围，而每个氯离子则被六个氢离子所包围。
这种排列形成了一个稳定的晶体结构，使得盐酸晶体具有坚固的性质。
盐酸晶体的结构对其在化学反应和其他应用中的行为产生了重要影响。
由于盐酸晶体中的离子键很强，盐酸可以在水中迅速溶解，并释放出氢离子。
这使得盐酸成为一种强酸，可以与碱反应生成盐和水。
盐酸也可以与金属反应，产生相应的氯化物盐。
在实验室中，盐酸常被用作酸碱中和反应的试剂。
由于其强酸性和反应活性，盐酸在化学合成、pH调节和金属清洗等方面都有重要的应用。
此外，盐酸还用于制备其他化学品，如氯化物盐和含氯有机化合物。
了解盐酸晶体的结构有助于我们更好地理解其性质和反应机制。
通过研究晶体结构，我们可以预测和解释盐酸在不同条件下的行为，为相关领域的科学研究和工程应用提供指导。
总结起来，盐酸晶体的结构是由氯离子和氢离子组成的离子晶体。
盐酸晶体的结构对于其酸性和反应性质起着重要的影响，决定了盐酸在化学反应和应用中的行为。
对盐酸晶体结构的研究有助于我们更好地理解和利用这一常见化合物。
注：本文所述盐酸晶体结构的信息基于已有的科学研究和知识，如有最新研究成果或发现与本文有出入，请以最新的科学发展为准。
1.3典型的晶体结构,晶向、晶面的表示一晶体结构的表达方
1.3 典型的晶体结构，晶向、晶面的表示一. 晶体结构的表达方法二. 晶向、晶面和它们的标志三. 晶面间距四. 典型晶体结构五. 多晶型现象和结构相变参考黄昆书 1.3 节，Kittel8版 1.3 1.4 节一.晶体结构的表达方法指出晶体所属的点阵、晶系、点群和空间群类型是在不同层次上对晶体结构做描述。
以NaCl 为例说明。
面心立方点阵说明了它属于立方晶系，可以用a=b=c, α=β=γ=90°面心立方晶胞表示其原子周期排列特点。
点群为O h ，说明了它的外形具有的宏观对称性。
空间群为O h 5-F m3m ,指出了它的原子排列规律。
至此我们才可以说对NaCl 晶体的几何结构特点有了比较充分的认识。
NaCl结构中的原子排列NaCl晶体为八面体群的说明：O h,它的每个原子都处在不同原子组成的8面体体心位置。
考虑它的晶场时就要注意到这个特点。
点群对称操作：体对角线是3重轴；3 条棱边是4重轴；棱对角线是2重轴，体心是反演中心。
z但有些元素晶体和所有化合物晶体，其最小重复单位（基元）至少包含2个或2 个以上的原子，它们的每一个原子虽然都构成同样的点阵类型（即同样的周期排列方式），但绘成晶胞时，要绘出基元原子之间位置上的相互关系，所以是同样的点阵类型的叠加，我们称这些晶体具有复式晶格。
例如：CsCl晶体是两个原子各自构成简立方点阵后，沿晶胞对角线方向移动二分之一距离的叠加。
NaCl晶体是两个原子各自形成一个面心立方点阵后，沿立方边方向移动二分之一晶胞边长距离的叠加。
上述复式晶格中，每种原子自身是等价的，有完全相同的环境，但两类原子是不等价的，它们的几何环境是完全不同的。
二. 晶向、晶面和它们的标志：晶体的一个基本特点是各向异性，沿晶格的不同方向晶体的性质不同，因此有必要识别和标志晶格中的不同方向。
点阵的格点可以分列在一系列平行的直线系上，这些直线系称作晶列。
同一点阵可以形成不同的晶列，每一个晶列定义一个方向，称作晶向。
第二章 晶体结构(3)-无机单质及化合物晶体结构
CaF2——激光基质材料，在玻璃工业中常作为助熔剂
和晶核剂，在水泥工业中常用作矿化剂；
TiO2——集成光学棱镜材料；
SiO2——光学材料和压电材料。
此外还有层状CdI2和CdCl2型结构，可作固体润滑剂。
AX2型晶体也具有按r+/r-选取结构类型的倾向。 第二章 晶体结构——2.3~4无机单质及化合物晶体结构
第二章 晶体结构——2.3~4无机单质及化合物晶体结构
纤锌矿结构中六方柱晶胞
纤锌矿结构中平行六面体晶胞
资源加工与生物工程学院
（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
一、AX型结构， 二、AX2型结构， 三、A2X3型结构， 四、 ABO3型结构， 五、 AB2O4型（尖晶石）结构， 六、无机化合物结构与鲍林规则（Pauling’s rule）
第二章 晶体结构——2.3~4无机单质及化合物晶体结构
资源加工与生物工程学院
一、AX型结构
有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等类型结构，其中：
第二章 晶体结构——2.3~4无机单质及化合物晶体结构
资源加工与生物工程学院
r AX型化合物的结构类型与 的关系 r
结构类型 CsCl型 NaCl型
r r
1.000~0.732 0.732~0.414
实 例（右边数据为
r r 比值）
CsCl 0.91 CsBr 0.84 CsI 0.75 KF 1.00 SrO 0.96 BaO 0.96 RbF 0.89 RbCl 0.82 BaS 0.82 CaO 0.80 CsF 0.80 PbBr 0.76 BaSe 0.75 NaF 0.74 KCl 0.73 SrS 0.73 RbI 0.68 KBr 0.68 BaTe 0.68 SrSe 0.66 CaS 0.62 KI 0.61 SrTe 0.60 MgO 0.59 LiF 0.59 CaSe 0.56 NaCl 0.54 NaBr 0.50 CaTe 0.50 MgS 0.49 NaI 0.44 LiCl 0.43 MgSe 0.41 LiBr 0.40 LiF 0.35 MgTe 0.37 BeO 0.26 BeS 0.20 BeSe 0.18 BeTe 0.17
晶体结构
8. 晶面间距： 相邻两个平行晶面之间的距离。
9. 体心立方晶胞： 晶胞形状为立方体。每个顶点有1个原子，体心有1个原子。具有这种晶体结构的有Cr、V、Mo、W和α-Fe等30多种。
10. 面心立方晶胞： 在其晶胞中，原子分布在立方晶胞的8个顶点及6个侧面的中心。具有这种晶体结构的有Al、Cu、Ni和γ-Fe等约20种。
7. 什么是多晶型性和多晶型转变？写出铁的多晶型转变。
8. 若已知912℃时α-Fe和γ-Fe的晶格常数分别为0.2892nm和0.3633nm，试问γ-Fe在912℃转变为α-Fe时的体积是膨胀还是收缩？其体积变化率是多少？
27. 位错： 晶体中的一种线缺陷。其特点是原子发生错排的范围在二维尺度上很小，而在第三维尺度上很大。这是晶体中极为重要的一类缺陷，它对晶体的塑性变形、强度和断裂起着决定性的作用。位错包括两种基本类型： 刃型位错和螺型位错。
28. 非晶态金属： 亦称为“无定形金属”或“金属玻璃”，是一种原子在三维空间不具有周期性排列的固态金属或合金。金属液在通常冷却条件下会发生形核与长大的结晶过程，得到晶态金属；而在急冷条件下，虽然形核与长大的结晶过程受到抑制，但也发生了连续的整体的凝固，得到了保留液态短程有序结构的非晶态金属。非晶态金属具有较高的强度、良好的磁学性能和抗腐蚀性能。
晶面是晶体中一系列原子所组成的平面，其位向用晶面指数来确定。立方晶系的晶面指数通常采用密勒指数法确定，即晶面指数是根据晶面与3个坐标轴的截距来决定的。在立方晶系中，由于对称性很高，存在许多空间位向不同但原子排列相同的晶面，它们在晶体学上等同，可归并为一个晶面族，用{hkl}表示。在立方晶系中，同一晶面族的各晶面指数也可通过改变指数顺序和正负号的排列组合方法求出。六方晶系的晶面指数通常也采用四指数标定方法。
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实验2 化合物的晶体结构
一、实验目的：
巩固化合物晶体结构知识。
二、实验内容：
典型的化合物的晶体结构有： 1. NaCl 型结构
NaCl 晶体结构是如图6-1所示的立方面心格子，属立方晶系Fm3m 空间群，a 0=0.5628nm 。
阴离子按立方最紧密方式堆积，阳离子充填于全部的八面体空隙中，阴、阳离子的配位数都是6。
属于NaCl 型晶体结构的晶体有很多，列于表6-1中。
表6-1 NaCl 型结构的晶体
(A) 立方面心格子 (B) 晶胞 (C) 晶胞绘制图
图2-1 氯化钠晶体结构
2. CsCl型结构
CsCl晶体结构是立方原始格子（图6-2），属立方晶系Pm3m 空间群，a0=0.411nm。
Cl-处于立方原始格子的八个角顶上，Cs+位于立方体中心，阴、阳离子的配位数都是8。
属于CsCl型晶体结构的晶体有CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl。
图2-2 CsCl晶体结构图2-3 纤锌矿晶体结构
3. 纤锌矿(α-ZnS)型结构
纤锌矿(α-ZnS)的晶体结构属立方晶系P63mc空间群，a0=0.382nm，c0=0.625nm，Z=2。
在纤锌矿结构中（图6-3），S2-按六方紧密堆积排列，Zn2+充填于1/2的四面体空隙中，阴、阳离子的配位数都是4。
属于纤锌矿(α-ZnS)型晶体结构的晶体有BeO、ZnO和AlN。
4. 闪锌矿(β-ZnS)型结构
F34空间群，闪锌矿(β-ZnS)的晶体结构属立方晶系m
a0=0.540nm，Z=4。
如图6-4所示的闪锌矿结构是立方面心格子，S2-位于立方面心的结点位置，Zn2+交错地分布于立方体内的1/8小立方体的中心，阴、阳离子的配位数都是4。
如果将S2-看成是作立方最紧密堆积，则Zn2+充填于1/2的四面体空隙中。
属于闪锌矿(β-ZnS)型晶体结构的晶体有β-SiC、GaAs、AlP 和InSb。
图2-4 闪锌矿的晶体结构
5. CaF2型结构
萤石的晶体结构如图6-5所示，属立方晶系Fm3m空间群，a0=0.545nm，Z=4。
Ca2+位于立方面心的结点位置，F-位于立方体内的八个小立方体的中心，Ca2+的配位数是8，F-的配位数是4。
在萤石结构中可以将Ca2+看成是作立方紧密堆积，F-充填于全部四面体空隙中，而全部的八面体空隙都没有被充填，因此，在结构中八个F-离子之间就形成一个“空洞”，这些“空洞”为F-离子的扩散提供了条件。
属于萤石型晶体结构的晶体有BaF2、PbF2、SnF2、CeO2、ThO2和UO2，还有一些晶体的结构与萤石的完全相同，只是阴、阳离子的位置完全互换，如Li2O、Na2O、K2O等。
图2-5 萤石晶体结
6. 金红石(TiO2)型结构
金红石(TiO2)的晶体结构以及结构中Ti—O八面体链的排列示于图6-6中，金红石结构属四方晶系P42/mnm空间群，a0=0.459nm，c0=0.459nm，Z=2。
金红石结构为四方原始格子，Ti4+位于四方原始格子的结点位置，体中心的Ti4+自成另一套四方原始格子，O2-在晶胞中处于一些特定位置上，Ti4+的配位数是6，O2-的配位数是3。
金红石结构中Ti-O八面体以共棱的方式排成链状，晶胞中心的链和四角的Ti-O八面体链的排列方向相差90 ，链与链之间由Ti-O八面体以共顶相连。
如果把O2-看成近似于六方紧密堆积，则Ti4+位于1/2的八面体空隙之中。
属于金红石型晶体结构的晶体有GeO2、SnO2、PbO2、MnO2、MoO2、NbO2、WO2、CoO2、MnF2、MgF2。
图2-6 金红石晶体结构以及结构中Ti-O八面体链的排列
7. CdI2型结构
P3空间群，a0=0.424nm，CdI2型晶体结构属于三方晶系m
c0=0.684nm，Z=1。
Cd2+在单位晶胞中占有六方原始格子的结点位置，I-交叉分布在三个Cd2+形成的三角形中心的上、下方，因此，CdI2结构就相当于两层I-离子中间夹一层Cd2+离子。
Cd2+的配位数是6，I-的配位数是3。
属于CdI2型晶体结构的晶体有Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaI2、MgI2等。
图2-7 CdI2型晶体结构(A)及层状多面体连接方式(B)
8. α-方石英型结构
α-方石英属于立方晶系Fd3m空间群，a0=0.713nm，Z=8。
如图6-8所示，α-方石英的晶胞中Si4+占有全部面心立方结点的
位置和立方体内相当于八个小立方体中心的四个。
每个Si4+都和四个O2-相连，硅氧四面体层与层之间以顶角相连。
图2-8 α-方石英的晶体结构及结构中硅氧四面体的连接方式
9. 刚玉(α-Al2O3)型结构
R3空间群，刚玉(α-Al2O3)型晶体结构属三方晶系c
a0=0.514nm，α=55︒17’，Z=2。
如果用六方大晶胞表示，a0=0.475nm，c0=1.297nm，Z=6（图6-9）。
刚玉结构中O2-按六方紧密堆积排列，Al3+充填于2/3的八面体空隙，Al3+在结构中有如图6-9中所示的三种分布形式。
属于刚玉型晶体结构的晶体有a-Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3等。
图2-9 刚玉晶体结构（菱面体晶胞）和结构中Al3+的三种不同排列方式10. 钙钛矿型结构
钙钛矿的通式是ABO3，其中A代表一价或二价金属离子，B代表四价或五价金属离子。
具有钙钛矿型晶体结构的主要晶体列于表6-2中，其典型矿物为CaTiO3。
CaTiO3在高温下属立方晶系Pm3m空间群，a0=0.385nm，Z=1。
低于600 C时为正交晶系PCmm空间群，a0=0.537nm，b0=0.764nm，c0=0.544nm，Z=4。
CaTiO3结构中Ca2+占有立方面心的角顶位置，O2-处于立方面心的面心位置，所以，CaTiO3结构可以看成是由O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆积，Ti4+充填在1/4的八面体空隙中（图6-10），Ti4+的配位数是6，Ca2+的配位数是12。
表2-2 具有钙钛矿型结构的主要晶体
图2-10 CaTiO3的晶体结构
11. 尖晶石型结构
尖晶石的通式是AB2O4，其中A代表二价金属离子，B代表三价金属离子，典型晶体是MgAl2O4，其晶体结构以及结构中多面体的连接方式如图6-11所示，属立方晶系Fd3m空间群，a0=0.808nm，Z=8。
结构中O2-可看成是立方紧密堆积，Mg2+充填于1/8的四面体空隙中，Al3+充填于1/2的八面体空隙中，八面体之间以共棱方式、八面体与四面体之间以共顶方式相连。
具有尖晶石型晶体结构的主要晶体列于表6-3中。
表2-3具有尖晶石型结构的主要晶体
图2-11 尖晶石的晶体结构以及结构中多面体的连接方式
实验内容：
1. 就以上11种典型的化合物晶体结构，对照模型，搞清各
晶体结构中正负离子的配位关系、密堆关系，熟悉其晶胞。
2. 试作1~2种晶体模型。
三、思考题
1. 试列举10种典型的化合物晶体结构。
2. 请说明你所制作的晶体模型的晶体结构特征。