晶体化学基本原理ppt课件
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高中化学选修三-晶体课件ppt课件
化学 选修三
原子结构与性质
原子结构
原子结构与元素的性质 共价键
分子结构与性质 分子的立体结构
晶体结构与性质
分子的性质 晶体的常识 分子晶体与原子晶体 金属晶体 离子晶体
1、化学键及其分类
相邻原子或离子之间强烈的相互作用
金属键 按成键方式分为： 共价键
金属晶体 分子晶体
离子键
离子晶体
四、配合物理论简介
SiC、BN、SiO2、Al2O3等
3、结构特征
晶体中只存在共价键，无单个分子存在； 晶体为空间网状结构。
二氧 化硅
金刚石
4、原子晶体的物理性质
熔沸点高 硬度大 一般不导电 难溶于溶剂
在SiO2晶体中，每个Si原子和（ 4 ）个O原 子形成（ 4 ）个共价键即每个Si原子周围 结合（ 4 ）个O原子；同时，每个O 原子和 （ 2 ）个Si原子相结合。在SiO2晶体中，最 小的环是（ 12 ）元环。( 没有 )单个的 SiO2分子存在。
练习 1、下列物质属于分子晶体的化合物是（ C ）
A、石英 B、硫磺 C、干冰 D、食盐
2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是
A、分子内共价键 C、分子键距离
B、分子间作用力 BC
D、分子间的氢键
3、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ A ）
A、离子键
B、极性键
C、非极性键
D、范德华力
4、水分子间存在着氢键的作用，使 水分子彼此结合而成（H2O）n。在 冰中每个水分子被4个水分子包围形 成变形的正四面体，通过“氢键”相 互连接成庞大的分子晶体，其结构如 图：试分析：
B.熔点10.31 ℃，液态不导电、水溶液能导电
C.易溶于CS2、熔点112.8 ℃，沸点444.6℃ D.熔点97.81℃，质软、导电、密度0.97g／cm3
原子结构与性质
原子结构
原子结构与元素的性质 共价键
分子结构与性质 分子的立体结构
晶体结构与性质
分子的性质 晶体的常识 分子晶体与原子晶体 金属晶体 离子晶体
1、化学键及其分类
相邻原子或离子之间强烈的相互作用
金属键 按成键方式分为： 共价键
金属晶体 分子晶体
离子键
离子晶体
四、配合物理论简介
SiC、BN、SiO2、Al2O3等
3、结构特征
晶体中只存在共价键，无单个分子存在； 晶体为空间网状结构。
二氧 化硅
金刚石
4、原子晶体的物理性质
熔沸点高 硬度大 一般不导电 难溶于溶剂
在SiO2晶体中，每个Si原子和（ 4 ）个O原 子形成（ 4 ）个共价键即每个Si原子周围 结合（ 4 ）个O原子；同时，每个O 原子和 （ 2 ）个Si原子相结合。在SiO2晶体中，最 小的环是（ 12 ）元环。( 没有 )单个的 SiO2分子存在。
练习 1、下列物质属于分子晶体的化合物是（ C ）
A、石英 B、硫磺 C、干冰 D、食盐
2、干冰气化时，下列所述内容发生变化的是
A、分子内共价键 C、分子键距离
B、分子间作用力 BC
D、分子间的氢键
3、冰醋酸固体中不存在的作用力是（ A ）
A、离子键
B、极性键
C、非极性键
D、范德华力
4、水分子间存在着氢键的作用，使 水分子彼此结合而成（H2O）n。在 冰中每个水分子被4个水分子包围形 成变形的正四面体，通过“氢键”相 互连接成庞大的分子晶体，其结构如 图：试分析：
B.熔点10.31 ℃，液态不导电、水溶液能导电
C.易溶于CS2、熔点112.8 ℃，沸点444.6℃ D.熔点97.81℃，质软、导电、密度0.97g／cm3
高中化学第三章第一节晶体的常识(第一课时)优秀课件
E、可利用宝石的折光率鉴别
小结：晶体和非晶体的差异
具有规 粒子在三维 那么的 空间周期性 有 几何外 有序排列 不形具有规 粒子排列 那么的几 相对无序 没有 何外形
各向 异性
各向 同性
固定
不固 定
微观粒子在三维空间是否呈现周期性 有序排列
[课堂练习]
1、以下关于晶体与非晶体的说法正确的选项C是
2.分类
晶体
离子型晶体
原子型晶体 分子型晶体
金属型晶体 混合型晶体
NaCl晶体结构示意图：
ClNa+
晶体
金刚石晶体 结构示意图
晶体
干 冰 晶 体 结 构 晶体
玻璃结构示意图
非晶体
B M
O
Si
晶体SiO2投影示意图 非晶体SiO2的投影示意图
1.从外形看，晶体与非晶体有何不同?
是否有规那么的多面体几何外形
▪ D.一定是无色透明的固体
〔4、制取〕晶体的方法中，不正确的选项是D
A．熔融态物质凝固 B．气态物质冷却不经过液态直接凝固〔凝华〕 C．溶质从溶液中析出 D．萃取、分液
▪ 5、晶体具有各向异性。如蓝晶石 〔Al2O3·SiO2〕在不同方向上的硬度不同； 又如石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平
行的方向上的导电率1∕104。晶体的各向异性
非晶体不能呈现多面体的外形。
(2)晶体自范性的条件之一:生长速率适当。
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙和水晶都是 SiO2的晶体，不 同的是玛瑙是熔融 态SiO2快速冷却形成的，而水晶那么是熔融态SiO2缓慢冷却形成
思考:根据已有知识,举例说明如何制得晶体?
4、晶体形成的途径： 〔见教材P61图3～2〕 ①熔融态物质凝固. ②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝 华). ③溶质从溶液中析出(结晶〕.
小结：晶体和非晶体的差异
具有规 粒子在三维 那么的 空间周期性 有 几何外 有序排列 不形具有规 粒子排列 那么的几 相对无序 没有 何外形
各向 异性
各向 同性
固定
不固 定
微观粒子在三维空间是否呈现周期性 有序排列
[课堂练习]
1、以下关于晶体与非晶体的说法正确的选项C是
2.分类
晶体
离子型晶体
原子型晶体 分子型晶体
金属型晶体 混合型晶体
NaCl晶体结构示意图：
ClNa+
晶体
金刚石晶体 结构示意图
晶体
干 冰 晶 体 结 构 晶体
玻璃结构示意图
非晶体
B M
O
Si
晶体SiO2投影示意图 非晶体SiO2的投影示意图
1.从外形看，晶体与非晶体有何不同?
是否有规那么的多面体几何外形
▪ D.一定是无色透明的固体
〔4、制取〕晶体的方法中，不正确的选项是D
A．熔融态物质凝固 B．气态物质冷却不经过液态直接凝固〔凝华〕 C．溶质从溶液中析出 D．萃取、分液
▪ 5、晶体具有各向异性。如蓝晶石 〔Al2O3·SiO2〕在不同方向上的硬度不同； 又如石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平
行的方向上的导电率1∕104。晶体的各向异性
非晶体不能呈现多面体的外形。
(2)晶体自范性的条件之一:生长速率适当。
天然水晶球里的玛瑙和水晶
玛瑙和水晶都是 SiO2的晶体，不 同的是玛瑙是熔融 态SiO2快速冷却形成的，而水晶那么是熔融态SiO2缓慢冷却形成
思考:根据已有知识,举例说明如何制得晶体?
4、晶体形成的途径： 〔见教材P61图3～2〕 ①熔融态物质凝固. ②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝 华). ③溶质从溶液中析出(结晶〕.
高中化学 第四章 第一节 晶体的常识PPT课件
探究: 下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石
(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子?
Na
Zn
I2
金刚石
钠、锌晶胞都是：8×1/8+1=2；
碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8；
金刚石：8×1/8+6×1/2+4=8。
1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推 知：甲晶体中A与B的离子个数比 为 1：1 ；乙晶体的化学式为 C2D ； 丙晶体的化学式为__E_F___；丁晶体的化 学式为__X_Y_3Z__。
4. 下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图， 其中有多少个分子？
8×
81+ 6 ×
1 2
=4
含4个CO2分子
5. 下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯
的个数比是多少？晶胞含多少个氯化钠？
Na原子：
8×
1 8
+
6
×
1 2
=4
Cl原子：
1+
12
×
1 2
=4
含4个钠、4个氯
6. 最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气
6.鉴别晶体和非晶体
（1）物理性质差异 如：外形、硬度、熔点、折光率
（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固
体进行X-射线衍射实验。
固体
外观
微观结构 自范性 各向 熔点 异性
具有规 粒子在三 晶体 则的几 维空间周 有
何外形 期性有序 排列
有各 固定
向异 性
非晶 体
不具有规 则的几何 外形
粒子排列 相对无序
2、特点：晶胞都是平行六面 体.晶胞在晶体中“无隙并 置”.
高中化学课件晶体类型与分子间作用力人教.ppt
1、如果水分子之间没有氢键存在，地球 上将会出现什么面貌？
2、冰的密度为什么比液态水的小？
1.离子晶体、分子晶体
小 结
2.分子间作用力
◆ 3.决定晶体物理性质的因素是
构成晶体微粒之间的结合力
结合力越强，晶体的熔沸点越 高，晶体的硬度越大。
作业
◆ 导学大课堂
NaCl的晶体结构示意图
ClNa+
CsCl的晶体结构示意图
离子晶体
◆ 什么叫离子晶体？
●离子间通过离子键结合而成的晶体。
◆ 离子晶体的特点？
●无单个分子存在；NaCl 和CsCl不是表示分 子式。
●熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。 ●水溶液或者熔融状态下均导电。
◆ 哪些物质属于离子晶体？
●强碱、部分金属氧化物、部分盐类。
幻灯片 15Na Cl
NaCl CsCl
阳离子半径之和较小,离子键较强,熔 沸点较高.
分子晶体
◆ 什么叫分子晶体？ ●分子间通过分子间作用力结合成的晶体。
◆ 分子晶体的特点？ ●有单个分子存在；化学式就是分子式。 ●熔沸点较低，硬度较小，易升华。
◆ 哪些物质可以形成分子晶体？ ●多数非金属单质(卤素、氧气、等 ) ●稀有气体（如氦，氖，氩） ●非金属氢化物（如氨，氯化氢） ●多数非金属氧化物（如CO、SO2）等。
、沸点)
(范德华力)
分子间作用力对物质的熔点、 沸点何影响？
分子间作用力越大，克服分子 间引力使物质熔化和气化就需要更 多的能量，熔沸点越高。
请解释，卤素单质熔沸点变化规律。
氟、氯、溴、碘的单质均是分子 晶体，双原子分子，每个分子都是 通过一个单键结合而成，随着分子 量的增大，分子间作用力增大，故 熔沸点递升。
2、冰的密度为什么比液态水的小？
1.离子晶体、分子晶体
小 结
2.分子间作用力
◆ 3.决定晶体物理性质的因素是
构成晶体微粒之间的结合力
结合力越强，晶体的熔沸点越 高，晶体的硬度越大。
作业
◆ 导学大课堂
NaCl的晶体结构示意图
ClNa+
CsCl的晶体结构示意图
离子晶体
◆ 什么叫离子晶体？
●离子间通过离子键结合而成的晶体。
◆ 离子晶体的特点？
●无单个分子存在；NaCl 和CsCl不是表示分 子式。
●熔沸点较高，硬度较大，难挥发难压缩。 ●水溶液或者熔融状态下均导电。
◆ 哪些物质属于离子晶体？
●强碱、部分金属氧化物、部分盐类。
幻灯片 15Na Cl
NaCl CsCl
阳离子半径之和较小,离子键较强,熔 沸点较高.
分子晶体
◆ 什么叫分子晶体？ ●分子间通过分子间作用力结合成的晶体。
◆ 分子晶体的特点？ ●有单个分子存在；化学式就是分子式。 ●熔沸点较低，硬度较小，易升华。
◆ 哪些物质可以形成分子晶体？ ●多数非金属单质(卤素、氧气、等 ) ●稀有气体（如氦，氖，氩） ●非金属氢化物（如氨，氯化氢） ●多数非金属氧化物（如CO、SO2）等。
、沸点)
(范德华力)
分子间作用力对物质的熔点、 沸点何影响？
分子间作用力越大，克服分子 间引力使物质熔化和气化就需要更 多的能量，熔沸点越高。
请解释，卤素单质熔沸点变化规律。
氟、氯、溴、碘的单质均是分子 晶体，双原子分子，每个分子都是 通过一个单键结合而成，随着分子 量的增大，分子间作用力增大，故 熔沸点递升。
人教版高中化学选修三课件：第三章 第一节 晶体的常识(26张PPT)
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You made my day!
我们，还在路上……
解析：甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体的
顶点，实际有
1 8
×4＝
1 2
个，N(X)∶N(Y)＝1∶
1 2
＝2∶1，
故甲的化学式为X2Y；乙中A有
1 8
×8＝1个，B有
1 2
×6
＝3个，C在体心，有1个，故N(A)∶N(B)∶N(C)＝
1∶3∶1；丙中D点被8个同样的晶胞共用，故结合E的个
解析
解析：晶胞中的粒子分为4种：①体心上的粒
子完全属于该晶胞；②面心上的粒子
1 2
属于该
晶胞；③棱上的粒子
1 4
属于该晶胞；④顶点上
的粒子
1 8
属于该晶胞。本题粒子Y位于体心，粒子X位于顶
点，所以该晶体的化学式为Y2X(或XY2)。观察图，4个X和1
个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。
D．粉末状固体一定不是晶体 解析：晶体的特点有：内部粒子排列得高度有序性、
有自范性和各向异性。当晶体的晶粒较小时，即为粉
末状，故D不正确。
答案：D
3.某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况
如右图所示，则该晶体的化学式可表示为
()
A．A2B
B．AB
C．AB2
D．A3B
解析：由该晶体一截面上原子的排布情况可知，每一个A
数是8个。
返回
“课时跟踪检测”见“课时跟踪检测(九)” (单击进入电子文档)
•不习惯读书进修的人，常会自满于现状，觉得没有什么事情需要学习，于是他们不进则退2022年4月13日星期三2022/4/132022/4/132022/4/13 •读书，永远不恨其晚。晚比永远不读强。2022年4月2022/4/132022/4/132022/4/134/13/2022 •正确的略读可使人用很少的时间接触大量的文献，并挑选出有意义的部分。2022/4/132022/4/13April 13, 2022 •书籍是屹立在时间的汪洋大海中的灯塔。
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解析：甲中X位于立方体体心，有1个，Y位于立方体的
顶点，实际有
1 8
×4＝
1 2
个，N(X)∶N(Y)＝1∶
1 2
＝2∶1，
故甲的化学式为X2Y；乙中A有
1 8
×8＝1个，B有
1 2
×6
＝3个，C在体心，有1个，故N(A)∶N(B)∶N(C)＝
1∶3∶1；丙中D点被8个同样的晶胞共用，故结合E的个
解析
解析：晶胞中的粒子分为4种：①体心上的粒
子完全属于该晶胞；②面心上的粒子
1 2
属于该
晶胞；③棱上的粒子
1 4
属于该晶胞；④顶点上
的粒子
1 8
属于该晶胞。本题粒子Y位于体心，粒子X位于顶
点，所以该晶体的化学式为Y2X(或XY2)。观察图，4个X和1
个Y构成了一个正四面体，故∠XYX＝109°28′。
D．粉末状固体一定不是晶体 解析：晶体的特点有：内部粒子排列得高度有序性、
有自范性和各向异性。当晶体的晶粒较小时，即为粉
末状，故D不正确。
答案：D
3.某物质的晶体内部一截面上原子的排布情况
如右图所示，则该晶体的化学式可表示为
()
A．A2B
B．AB
C．AB2
D．A3B
解析：由该晶体一截面上原子的排布情况可知，每一个A
数是8个。
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•不习惯读书进修的人，常会自满于现状，觉得没有什么事情需要学习，于是他们不进则退2022年4月13日星期三2022/4/132022/4/132022/4/13 •读书，永远不恨其晚。晚比永远不读强。2022年4月2022/4/132022/4/132022/4/134/13/2022 •正确的略读可使人用很少的时间接触大量的文献，并挑选出有意义的部分。2022/4/132022/4/13April 13, 2022 •书籍是屹立在时间的汪洋大海中的灯塔。
《晶体化学基本原理》课件
离子晶体的分类
硬球离子型离子晶体
由大离子和小离子组成，大离子占主导地位。
软球离子型离子晶体
由等离子体和空穴组成，空穴占主导地位。
极性离子型离子晶体
由带电离子和偶极子组成，带电离子占主导地位。
离子半径与离子电荷数的关系
1
离子电荷数增加
晶体对应的阴、阳离子半径变小。
2
同族元素
在一个族中，随着原子序数变大，离子半径增加，电荷数不变。
离子半径比影响晶胞型
离子半径比越大，晶胞型越接近立方晶胞。
晶格常数Biblioteka 1简单离子晶体晶格大小
离子晶体晶格受到离子半径和电荷等因素的影响。
2
晶体间的作用力
原子和晶格之间相互作用力主要包括范德华力、电子云重叠力以及离子键。
3
晶体缺陷
晶体缺陷包括点缺陷和面缺陷，是晶体研究中的常见现象。
晶格间隙及其含义
离子晶体间隙
3
不同族元素
原子序数相同时，离子的电荷数越大，离子半径越小。
简单离子晶体的构造
氯化钠晶体
由Na+和Cl-等离子体以离子键相连结构。
氧化镁晶体
由Mg2+和O2-等离子体以离子键相连结构。
氟化钙晶体
由Ca2+和F-等离子体以离子键相连结构。
离子半径比的重要作用
离子半径比影响晶体构造
当离子半径比R+/R- > 1.732时，构成等离子体的元素将不能构成简单离子晶体或准离子晶 体。
离子晶体组成的晶格中，离子半径比大于0.414的离 子会在晶格的空隙处产生六个三角形的间隙。
半导体晶体的间隙
半导体晶体由硅、锗等元素构成，晶格结构复杂， 具有较小的间隙，可放置杂质原子实现硅酋宾。
晶体化学PPT课件
注意： 第三层球的堆积位 置有两种（B）
第二种则是第三层球堆积在既不重复第一层也不重 复第二层球的位置上。即按ABCABC……三层重复一 次的规律重复堆积。 则球体在空间的分布与空间格子中的立方面心格子 一致。此种方式的堆积称之为立方最紧密堆积。
立方最紧密堆积
X
三层重复 ABCABCABC.... 最紧密堆积面（111）
金属键不具有方向性和饱和性，晶格 做最紧密堆积，具有较高的配位数。
由于自由电子的存在，晶体为良导体， 不透明，高反射率，金属光泽，有延展性， 硬度一般较小。
4. 分子晶格－分子键
在分子晶格中，存在着中性分子，在分 子内部通常为共价键结合，分子之间为相 当弱的分子间力所联系。这是由于分子电 荷分布不均匀而形成偶极，从而在分子间 形成了电性引力。
离子晶格遵守下列规则：
1） 在阳离子周围，形成一个阳离子配位多 面体，阴阳离子间距取决于它们的半径之和， 而配位数取决于它们的半径之比。
2） 阳离子的电价为周围的阴离子的电价所 平衡。
3） 当配位多面体共棱，特别是共面时，会 降低晶体结构的稳定性。对高电价配位数的 阳离子，这个效应更明显。
4） 在晶体结构中，有几种阳离子存在时， 电价高、半径小、配位数低的阳离子趋向于 远离。在晶体结构中，晶体化学上不同的部 分趋向于最小限度。
晶体化学
一、晶体结构的紧密堆积原理
球体的最紧密堆积
晶体结构
球体堆积 Why ?
具有一定有效半径的离子或原子
刚性小球
金属键和离子键都没有方向性和饱和性 晶体中原子或离子的化合遵循内能最小的原则
单元素晶体 等大球体 化合物 不等大球体
1、等大球体的最紧密堆积（方式一）
A B
注意： 第三层球的堆积位 置有两种（A或B）
第二种则是第三层球堆积在既不重复第一层也不重 复第二层球的位置上。即按ABCABC……三层重复一 次的规律重复堆积。 则球体在空间的分布与空间格子中的立方面心格子 一致。此种方式的堆积称之为立方最紧密堆积。
立方最紧密堆积
X
三层重复 ABCABCABC.... 最紧密堆积面（111）
金属键不具有方向性和饱和性，晶格 做最紧密堆积，具有较高的配位数。
由于自由电子的存在，晶体为良导体， 不透明，高反射率，金属光泽，有延展性， 硬度一般较小。
4. 分子晶格－分子键
在分子晶格中，存在着中性分子，在分 子内部通常为共价键结合，分子之间为相 当弱的分子间力所联系。这是由于分子电 荷分布不均匀而形成偶极，从而在分子间 形成了电性引力。
离子晶格遵守下列规则：
1） 在阳离子周围，形成一个阳离子配位多 面体，阴阳离子间距取决于它们的半径之和， 而配位数取决于它们的半径之比。
2） 阳离子的电价为周围的阴离子的电价所 平衡。
3） 当配位多面体共棱，特别是共面时，会 降低晶体结构的稳定性。对高电价配位数的 阳离子，这个效应更明显。
4） 在晶体结构中，有几种阳离子存在时， 电价高、半径小、配位数低的阳离子趋向于 远离。在晶体结构中，晶体化学上不同的部 分趋向于最小限度。
晶体化学
一、晶体结构的紧密堆积原理
球体的最紧密堆积
晶体结构
球体堆积 Why ?
具有一定有效半径的离子或原子
刚性小球
金属键和离子键都没有方向性和饱和性 晶体中原子或离子的化合遵循内能最小的原则
单元素晶体 等大球体 化合物 不等大球体
1、等大球体的最紧密堆积（方式一）
A B
注意： 第三层球的堆积位 置有两种（A或B）
11晶体的基本概念和性质PPT课件
28
空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
29
3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
1914年英国科学家布拉格父子用各种各 样的晶体作大量的衍射实验。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
30
3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
31
如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。
空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
29
3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
1914年英国科学家布拉格父子用各种各 样的晶体作大量的衍射实验。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
30
3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
31
如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。
晶体化学基本原理(基础)
六方紧密堆积： 六方紧密堆积：
面心立方紧密堆积： 面心立方紧密堆积：
（2）最紧密堆积的空间利用率 1）空隙形式 四面体空隙： 四面体空隙：
正四面体，空隙 或 正四面体，空隙A或B
八面体空隙： 八面体空隙：
正八面体，空隙 正八面体，空隙C
三、影响离子晶体结构的因素
原子半径和离子半径 配位数和配位多面体 离子极化 电负性 结晶化学定律
例：SiO2
α-石英（高温稳定型） 石英（高温稳定型） 石英 β-石英（低温稳定型） 石英（低温稳定型） 石英 α-磷石英 磷石英
根据多晶转变的方向，可分为： 根据多晶转变的方向，可分为： 可逆转变（双向转变） ： 当温度高于或低于 可逆转变（双向转变） 转变点时，两种变体可以反复瞬时转变， 转变点时，两种变体可以反复瞬时转变，位移性 转变都属于可逆转变。 转变都属于可逆转变。 不可逆转变（单向转变） ： 指转变温度下， 指转变温度下， 不可逆转变（单向转变） 一种变体可以转变为另一种变体， 一种变体可以转变为另一种变体，而反向转变却 几乎不可能，少数重建性转变属于不可逆转变。 几乎不可能，少数重建性转变属于不可逆转变。
4、鲍林第四规则 —— 不同配位多面体连接规则 、 在一个含有不同阳离子的晶体中， 在一个含有不同阳离子的晶体中，电价高 而配位数小的那些阳离子不趋向于相互共有配 位多面体的要素。 位多面体的要素。 例：岛状镁橄榄石（Mg2SiO4） 岛状镁橄榄石（
5、鲍林第五规则 —— 节约规则 、 在一个晶体结构中， 在一个晶体结构中，本质不同的结构组元 的种类倾向于为数最小。 的种类倾向于为数最小。 例： （1） SiO2 ） （2）柘榴石（Ca3Al2Si3O12） ）柘榴石（
离子半径 每个离子周围存在的球形力场的半径即是离子半径。 每个离子周围存在的球形力场的半径即是离子半径。 离子半径 对于离子晶体，定义： 对于离子晶体，定义：正、负离子半径之和等于相 负离子半径之和等于相 邻两原子面间的距离，可根据 射线衍射测出 射线衍射测出。 邻两原子面间的距离，可根据x-射线衍射测出。 原子或离子的有效半径： ▲ 原子或离子的有效半径： 指离子或原子在晶体机构中处于相接触时的半 径，此时原子或离子间的静电吸引和排斥作用达到 平衡。 平衡。
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.
2、晶体中键的表征
键型四面体
.
3、晶体中离子键、共价键比例的估算
电负性 —— 可定性的判断结合键的类型
电负性：是指各元素的原子在形成价键时吸引 电子的能力，用以表征原子形成负离子倾向 的大小。
鲍林用电负性差值△X＝XA－XB来计算化合物 中离子键的成份。差值越大，离子键成分越高。
.
离子键分数与电负性差值（XA－XB）的关系
过渡金属： 半金属共价键
陶瓷化合物： 极性共价键
气体分子、聚合物、石墨： 共价键+范德华键
.
金刚石与石墨晶体结构
金刚石：典型的共价键
石墨：混合键
石 墨：层状晶体 ，层面内三个共价键，与层面垂直方向还
应有一个电子, 具有金属键性质 ，层面之间靠很弱的范德华键 结合。层片之间非常容易运动 ，沿层片方向是一种良导体。
如金刚石、Si、. Ge
（3）金属键
本 质：金属离子与自由电子（公用电子气） 的静电吸引作用
特 点：无方向性和饱和性
.
.
电子云
金属原子
金属晶体特征：配位数较高、密度大、电阻随温度
升高而增 大、 强韧性好、导电和导
热性良好、特有金属光泽
.
（4）分子间力(范德华键——I2)
正负电荷中心不重合
极化原子之
特点
结合力很大:电子位于共价键附近的几率比其它地方高
方向性:S态电子的运动是绕原子核球形对称，但三对P
电子的运动则是分别成“棒槌状”，互相垂直
饱和性:一个原子只能形成一定数目的共价键，因此只
能与一定数目.的原子相键合
.
共价电子
正离子
共价晶体特征：原子配位数小，无塑性(脆)，晶 体硬度、熔（沸）点高、挥发性 低. 绝缘体
适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。
.
质点的堆积方式：
根据质点的大小不同，球体最紧密堆积方 式分为等径球和不等径球两种情况。
等径球体的紧密堆积：晶体由一种元素组成， 单质（原子），如：Cu、Ag、Au
不等径球体的紧密堆积：由两种以上元素 组成，离子，如NaCl、MgO
.
2、等径球体的堆积
（1）堆积方式
第二节 晶体化学基本原理
晶体中的结合键 晶体中质点的堆积 化学组成与晶体结构的关系 同质多晶与类质同晶 鲍林规则
.
一、晶体中的结合键
结合键：原子之间的结合力，主要表现为原子
间吸引力和排斥力的合力结果。
1、晶体中键的类型
离子键
化学键
（基本结合 或一次键)
共价键 金属键
范德华键
物理键
（派生结合 或二次键)
氢键 离子极化 ……
.
（1）离子键(NaCl)
本 质：正负离子之间的静电吸引作用 特 点：结合力大、无方向性和饱和性
.
.
离子晶体特征：配位数较高、硬度高、强度大、熔 点较高、常温绝缘、熔融后导电、 无色透明.
如NaCl 、KCl、A.gBr、PbS、MgO…
（2）共价键((H2，HF)
本 质：共用电子对(电子云的重叠)
熔点
离子键 586-1047 高
硬度 高
导电性
固态 不导电
键的 方向性
无
共价键 63-712
高
高
不导电
有
金属键 113-350
有高 有低
有高 有低
良好
无
分子键 <42
低
低
不导电
有
.
.
二、晶体中质点的堆积
1、最紧密堆积原理
晶体中各原子或离子间的相互结合，可以 看作是球体的堆积。球体堆积的密度越大，系统 的势能越低，晶体越稳定。此即球体最紧密堆积 原理。
键能（原子的结合能）：原子在平衡距离下的作用 能。其大小相当于把两个原子完全分开所需作的功， 结合能越大，原子结合越型及键能的大小对材料的
物理性能和力学性能有重要影响。
物理性能： 熔点、密度…… 力学性能： 弹性模量、强度、塑性……
.
结合键 种类
键能 (kJ/mol)
电负性差值越大，离子键分数越高。
.
当两个成键原子的电负性相差很大时，如周期表 中I－VII 族元素组成的化合物，主要是离子键；
电负性相差小的元素的原子之间成键，主要是共 价键，也有一定的离子键成份，价电子不仅为两 原子共享，而且应偏向于电负性大的原子一边；
同种原子之间成键，由于电负性相同，可以是共 价键，也可能是金属键。
本 质：原子（分子、原子团）之间的 间吸引力 偶极矩作用 —— 分子间力
特 点：结合力小，无方向性和饱和性 分子晶体特征：熔点低，硬. 度小、绝缘性良好
分子间作用力按原因和特性分为三种：
静电力： 极性分子间 永久偶极距
诱导力：
极性分子与非极性分子间 诱导偶极距
色散力： 非极性分子间 瞬时偶极距
.
（5）氢键（H2O）
等径球体在平面上的紧密排列
.
第二层球体落于B或C孔隙上
.
第三层球体叠加时，有两种完全不同的堆叠方式：
第三层位于第一层正上方
第三层位于一二层间隙
六方最紧密堆积
面心立方最紧密堆积
.
1）六方紧密堆积 按ABABAB……的顺序堆积，球体在空间的 分布与空间格子中的六方格子相对应。例：金属 锇Os、铱Ir……
本 质：分子间力 特 点：方向性、饱和性
形成条件：分子中有氢和电负性很 强的其它非金属元素。这样才能形 成极性分子和一个裸露的质子
.
晶体中五种键型的比较
键 型 离子键 共价键 金属键
范德 氢 键 华键
作用 力
静电库仑力 共用电子对 静电库仑力
分子间力
特点
无方向性 无饱和性
方向性 饱和性
无方向性 无饱和性
例： 判断 NaCl、SiC、SiO2 的键性
.
一般情况下，可用经验公式估算A、B两种 元素组成的陶瓷中离子键性比例：
PAB=1-exp[-(xA-XB)2/4] xA-XB为AB两元素的电负性，PAB为陶瓷
的离子键比例
.
4、结合键的本质
不论何种类型的结合键，固体原子间总存在 两种力：一是吸引力，来源于异类电荷间的静 电吸引；二是同种电荷之间的排斥力。
无方向性 饱和性 无饱和性 方向性
晶体 性质
离子晶体 （NaCl）
共价晶体
金属晶体
分子晶体
氢键晶 体（冰
（Cl2、Si－O） （Cu、Fe) （干冰CO2） H2O）
熔点高、硬度 大、导电性能 差、膨胀系数
小
熔点高、硬 度大、导电
性能差
.
良好的导电 性、导热性、 延展性、塑
性
★ 混合键
在材料中单一结合键的情况并不是很 多，大部分材料的原子结合键往往是不同 键的混合。
.
密排六方结构：
（0001）面
.
2）面心立方紧密堆积 按ABCABC……的顺序堆积，球体在空间的
分布与空间格子中的立方格子相对应。例：Cu、 Au、Pt
2、晶体中键的表征
键型四面体
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3、晶体中离子键、共价键比例的估算
电负性 —— 可定性的判断结合键的类型
电负性：是指各元素的原子在形成价键时吸引 电子的能力，用以表征原子形成负离子倾向 的大小。
鲍林用电负性差值△X＝XA－XB来计算化合物 中离子键的成份。差值越大，离子键成分越高。
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离子键分数与电负性差值（XA－XB）的关系
过渡金属： 半金属共价键
陶瓷化合物： 极性共价键
气体分子、聚合物、石墨： 共价键+范德华键
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金刚石与石墨晶体结构
金刚石：典型的共价键
石墨：混合键
石 墨：层状晶体 ，层面内三个共价键，与层面垂直方向还
应有一个电子, 具有金属键性质 ，层面之间靠很弱的范德华键 结合。层片之间非常容易运动 ，沿层片方向是一种良导体。
如金刚石、Si、. Ge
（3）金属键
本 质：金属离子与自由电子（公用电子气） 的静电吸引作用
特 点：无方向性和饱和性
.
.
电子云
金属原子
金属晶体特征：配位数较高、密度大、电阻随温度
升高而增 大、 强韧性好、导电和导
热性良好、特有金属光泽
.
（4）分子间力(范德华键——I2)
正负电荷中心不重合
极化原子之
特点
结合力很大:电子位于共价键附近的几率比其它地方高
方向性:S态电子的运动是绕原子核球形对称，但三对P
电子的运动则是分别成“棒槌状”，互相垂直
饱和性:一个原子只能形成一定数目的共价键，因此只
能与一定数目.的原子相键合
.
共价电子
正离子
共价晶体特征：原子配位数小，无塑性(脆)，晶 体硬度、熔（沸）点高、挥发性 低. 绝缘体
适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。
.
质点的堆积方式：
根据质点的大小不同，球体最紧密堆积方 式分为等径球和不等径球两种情况。
等径球体的紧密堆积：晶体由一种元素组成， 单质（原子），如：Cu、Ag、Au
不等径球体的紧密堆积：由两种以上元素 组成，离子，如NaCl、MgO
.
2、等径球体的堆积
（1）堆积方式
第二节 晶体化学基本原理
晶体中的结合键 晶体中质点的堆积 化学组成与晶体结构的关系 同质多晶与类质同晶 鲍林规则
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一、晶体中的结合键
结合键：原子之间的结合力，主要表现为原子
间吸引力和排斥力的合力结果。
1、晶体中键的类型
离子键
化学键
（基本结合 或一次键)
共价键 金属键
范德华键
物理键
（派生结合 或二次键)
氢键 离子极化 ……
.
（1）离子键(NaCl)
本 质：正负离子之间的静电吸引作用 特 点：结合力大、无方向性和饱和性
.
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离子晶体特征：配位数较高、硬度高、强度大、熔 点较高、常温绝缘、熔融后导电、 无色透明.
如NaCl 、KCl、A.gBr、PbS、MgO…
（2）共价键((H2，HF)
本 质：共用电子对(电子云的重叠)
熔点
离子键 586-1047 高
硬度 高
导电性
固态 不导电
键的 方向性
无
共价键 63-712
高
高
不导电
有
金属键 113-350
有高 有低
有高 有低
良好
无
分子键 <42
低
低
不导电
有
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二、晶体中质点的堆积
1、最紧密堆积原理
晶体中各原子或离子间的相互结合，可以 看作是球体的堆积。球体堆积的密度越大，系统 的势能越低，晶体越稳定。此即球体最紧密堆积 原理。
键能（原子的结合能）：原子在平衡距离下的作用 能。其大小相当于把两个原子完全分开所需作的功， 结合能越大，原子结合越型及键能的大小对材料的
物理性能和力学性能有重要影响。
物理性能： 熔点、密度…… 力学性能： 弹性模量、强度、塑性……
.
结合键 种类
键能 (kJ/mol)
电负性差值越大，离子键分数越高。
.
当两个成键原子的电负性相差很大时，如周期表 中I－VII 族元素组成的化合物，主要是离子键；
电负性相差小的元素的原子之间成键，主要是共 价键，也有一定的离子键成份，价电子不仅为两 原子共享，而且应偏向于电负性大的原子一边；
同种原子之间成键，由于电负性相同，可以是共 价键，也可能是金属键。
本 质：原子（分子、原子团）之间的 间吸引力 偶极矩作用 —— 分子间力
特 点：结合力小，无方向性和饱和性 分子晶体特征：熔点低，硬. 度小、绝缘性良好
分子间作用力按原因和特性分为三种：
静电力： 极性分子间 永久偶极距
诱导力：
极性分子与非极性分子间 诱导偶极距
色散力： 非极性分子间 瞬时偶极距
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（5）氢键（H2O）
等径球体在平面上的紧密排列
.
第二层球体落于B或C孔隙上
.
第三层球体叠加时，有两种完全不同的堆叠方式：
第三层位于第一层正上方
第三层位于一二层间隙
六方最紧密堆积
面心立方最紧密堆积
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1）六方紧密堆积 按ABABAB……的顺序堆积，球体在空间的 分布与空间格子中的六方格子相对应。例：金属 锇Os、铱Ir……
本 质：分子间力 特 点：方向性、饱和性
形成条件：分子中有氢和电负性很 强的其它非金属元素。这样才能形 成极性分子和一个裸露的质子
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晶体中五种键型的比较
键 型 离子键 共价键 金属键
范德 氢 键 华键
作用 力
静电库仑力 共用电子对 静电库仑力
分子间力
特点
无方向性 无饱和性
方向性 饱和性
无方向性 无饱和性
例： 判断 NaCl、SiC、SiO2 的键性
.
一般情况下，可用经验公式估算A、B两种 元素组成的陶瓷中离子键性比例：
PAB=1-exp[-(xA-XB)2/4] xA-XB为AB两元素的电负性，PAB为陶瓷
的离子键比例
.
4、结合键的本质
不论何种类型的结合键，固体原子间总存在 两种力：一是吸引力，来源于异类电荷间的静 电吸引；二是同种电荷之间的排斥力。
无方向性 饱和性 无饱和性 方向性
晶体 性质
离子晶体 （NaCl）
共价晶体
金属晶体
分子晶体
氢键晶 体（冰
（Cl2、Si－O） （Cu、Fe) （干冰CO2） H2O）
熔点高、硬度 大、导电性能 差、膨胀系数
小
熔点高、硬 度大、导电
性能差
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良好的导电 性、导热性、 延展性、塑
性
★ 混合键
在材料中单一结合键的情况并不是很 多，大部分材料的原子结合键往往是不同 键的混合。
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密排六方结构：
（0001）面
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2）面心立方紧密堆积 按ABCABC……的顺序堆积，球体在空间的
分布与空间格子中的立方格子相对应。例：Cu、 Au、Pt