刚玉结构

1. 1 菱面体晶胞
如图1 所示, 菱面体的边 长为5. 12 Å , 其平面角为 55°17‘每个晶胞包含2 个 分子, 即10 个离子。
图1 刚玉晶体的菱面体晶胞
1. 1 菱面体晶胞
严格地说, 离子晶体不存在 分子基元。通常,为了便于 理解, 将菱面体8 个顶角及 中心均置有一个Al2O3 分子, 而中心的分子对于顶角的 Al2O3 来说, 转过了180°。 Al2O3 分子的构造见图2。 CN+=6 CN-=4
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1. 选题的目的及意义 Pauling 规则
鲍林第三规则 多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一 个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这 个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种 效应更为明显”。 假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、 共面时各为0.58和0.33。若是八面体，则各为1，0.71 和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的 增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构 稳定性降低。
图2 氧化铝的分子构造
1. 1 菱面体晶胞
如果将刚玉晶体的结构作层次 分析, 则可看到氧离子O2( 图3 中白圈代表O2- ) 排列 在一个平面上。而菱形晶系可 以转换成六方晶系。
图3 刚玉结构示意图
Leabharlann Baidu.2 选题的目的及意义 1. 六方晶胞
如图4 所示, 其中a= 4. 75 Å , c= 12. 97 Å, c/ a= 2. 73。 α-Al2O3 的结构可以看成O2- 离 子按六方紧密堆积排列, 即 ABAB ,二层重复型。但需要重 复几层呢？取决于Al3+的排列 方式
图4 刚玉的六方晶胞示意图
1.2 选题的目的及意义 1. 六方晶胞
Al3+ 填充于2/ 3 的八面体 间隙, 使化学式成为Al2O3。由 于只填充了2/ 3的间隙, 其余 的1/ 3间隙是空着的。因此, Al3+ 离子的分布必须有一定的 规律, 其原则就是在同一层及 层与层之间, Al3+ 离子之间的 距离应保持最远,否则, 由于 Al3+ 离子位置的分布不当, 出 现过多的Al-O 八面体共面的情 况, 将对结构的稳定性不利
A2X3型晶体结构
演讲人：黄红键
课程名称：无机材料的结构与性能
A2X3型晶体结构
刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3，Cr2O3，V2O3等 氧化物以及钛铁矿型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3， MnTiO3等。 刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点高达 2050℃，这与Al-O键的牢固性有关。-Al2O3是高绝 缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质 耐火材料对PbO2，B2O3含量高的玻璃具有良好的抗腐 蚀性能。 Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种， 主要有3种晶型，即α -Al2O3、β -Al2O3、γ -Al2O3。 其中结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几 乎完全转化为α -Al2O3，在自然界中只存在α -Al2O3 的晶体, 如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物, 因此, α -Al2O3 的晶体结构也叫做刚玉晶体结构。 α -Al2O3 的晶体结构为三方晶系, 可取简单的 菱面体晶胞, 而菱形晶系可以转换成六方晶系, 因此 也可取为六方晶胞。
1.2 选题的目的及意义 1. 六方晶胞
右图给出了Al3+ 离子分布的3 种形式。Al3+ 离子在O2- 离 子的八面体空隙中, 只有按 AlD, AlE,AlF ,,这样的次序 排列才满足Al3+ 离子之间的 距离最远的条件。
1.2 选题的目的及意义 1. 六方晶胞
现在, 按O2- 离子紧 密堆积和Al3+离子排列的 次序来看, 在六方晶胞中 应该排几层才能重复。设 按六方紧密堆积排列的O2离子分别为OA( 表示第一 层) ,OB( 表示第二层) , 则A-Al2O3 中氧与铝的排 列次序可写成 OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEO BAlFOAAlD 从排列次序看, 只有 当排列第13 层时才出现 重复。