(完整版)第二章晶体结构与常见晶体结构类型第五讲
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大学材料科学经典课件第二章材料的晶体结构
2) 方法同立方晶系， (hkil)为在四个 坐标轴的截距倒数的化简，自然可 保证关系式h＋k＋I＝0。底面指数 为(0001),侧面的指数为(1010)。
晶系晶向与晶面指数
三、六方晶系晶面与晶向指数
2、晶向指数
标定方法：
1. 平移晶向(或坐标)，让原 点为晶向上一点，取另一 点的坐标，有:
2. 并满足p＋q＋r＝0 ；
1. 建立坐标系 结点为 原点，三棱为方向， 点阵常数为单位 （原 点在标定面以外，可 以采用平移法）；
2. 晶面在三个坐标上的 截距a1 a2 a3 ；
3. 计算其倒数 b1 b2 b3 ；
4. 化成最小、整数比h： k：l ；
5. 放在圆方括号(hkl)， 不加逗号，负号记在 上方 。
晶面指数特征：与原点位置无关；每一指数对应 一组平行的晶面。平行晶面的晶面指数相同，或
三、其他晶体学概念
5.两晶向之间的夹角： 在立方晶系中按矢量关系，晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]
之间的夹角满足关系：
在立方晶系，晶面之间的夹角也就是为其法线的夹角， 用对应的晶向同样可以求出。
非立方晶系，晶面或晶向之间的夹角可以计算，但要 复杂许多。
第二节 纯金属常见的晶体结构
结构特点:以金属键结合，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。
晶体结构则是晶体中实际 质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能 组成各种类型的排列，因 此，实际存在的晶体结构 是无限的。
晶体结构和空间点阵的区别
晶体结和空间点阵的区别
三、晶面指数和晶相指数
.晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所构成的平面
称为晶面。
晶系晶向与晶面指数
三、六方晶系晶面与晶向指数
2、晶向指数
标定方法：
1. 平移晶向(或坐标)，让原 点为晶向上一点，取另一 点的坐标，有:
2. 并满足p＋q＋r＝0 ；
1. 建立坐标系 结点为 原点，三棱为方向， 点阵常数为单位 （原 点在标定面以外，可 以采用平移法）；
2. 晶面在三个坐标上的 截距a1 a2 a3 ；
3. 计算其倒数 b1 b2 b3 ；
4. 化成最小、整数比h： k：l ；
5. 放在圆方括号(hkl)， 不加逗号，负号记在 上方 。
晶面指数特征：与原点位置无关；每一指数对应 一组平行的晶面。平行晶面的晶面指数相同，或
三、其他晶体学概念
5.两晶向之间的夹角： 在立方晶系中按矢量关系，晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]
之间的夹角满足关系：
在立方晶系，晶面之间的夹角也就是为其法线的夹角， 用对应的晶向同样可以求出。
非立方晶系，晶面或晶向之间的夹角可以计算，但要 复杂许多。
第二节 纯金属常见的晶体结构
结构特点:以金属键结合，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。
晶体结构则是晶体中实际 质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能 组成各种类型的排列，因 此，实际存在的晶体结构 是无限的。
晶体结构和空间点阵的区别
晶体结和空间点阵的区别
三、晶面指数和晶相指数
.晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所构成的平面
称为晶面。
化学第五讲晶体结构与性质
第五讲分子结构、性质与晶体结构、性质知识点一配位化合物理论1、配位键〔1〕配位键的形成：成键原子一方提供，另一方提供形成共价键。
〔2〕配位键的表示：为了区别于普通共价键与离子键，配位键用A“→〞B表示，A提供_________，B提供____________ 。
NH4+的结构式可表示为：从形成过程看，尽管一个N－H键与其它的三个不同，但形成NH4+后，这四个共价键无论从、、三个参数看都是完全相同的，表现的化学性质也完全相同，所以NH4+空间构型为____________。
2、配合物[Co(NH3)5Cl]Cl2这种配合物的中心离子是，配位体是__，中心离子和配位体构成了配合物的，配位数是____。
Cl－称为，内外界之间形成了键，在水中_____电离。
[Co(NH3)5Cl]Cl2的电离方程式为3、在CuSO4溶液中逐滴滴加氨水的现象是，对应的离子方程式为；再参加乙醇静置后的现象是，其名称为。
【练习】1.F－、K＋和Fe3＋三种离子组成的化合物K3FeF6，其中化学键的类型有________；该化合物中存在一个复杂离子，该离子的化学式为________，配位体是________。
2．一项科学研究成果说明，铜锰氧化物(CuMn2O4)能在常温下催化氧化空气中的一氧化碳和甲醛(HCHO)。
(1)向一定物质的量浓度的Cu(NO3)2和Mn(NO3)2溶液中参加Na2CO3溶液，所得沉淀经高温灼烧，可制得CuMn2O4。
①写出基态Mn原子的价电子排布式为____________________________________。
②CO2－3的空间构型是__________________(用文字描述)。
(2)在铜锰氧化物的催化下，CO被氧化为CO2，HCHO被氧化为CO2和H2O。
①甲醛分子中碳原子轨道的杂化类型为___________；甲醛分子的空间构型___________；②CO2分子中C原子轨道的杂化类型为____________________________________。
(完整版)第二章晶体结构与常见晶体结构类型第五讲
向无限延伸的链。依照硅氧四面体共用顶点数目的不同， 分为单链和双链两类。
如果每个硅氧四面体通过共用两个顶点向一维方向无限延伸， 则形成单链，见图2-35-1 。单链结构以[Si2O6]4-为结构单元不断重复， 结构单元的化学式为[Si2O6]n4n-。在单链结构中，按照重复出现与第一 个硅氧四面体的空间取向完全一致的周期不等，单链分为1节链、2节链、 3节链……7节链等7种类型，见图2-35-2 。两条相同的单链通过尚未共 用的氧组成带状，形成双链。双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无 限伸展，化学式为[Si4O11] n6n-。
双四面体 [Si2O7]6-
三节环 [Si3O9]6-
四节环 [Si4O12]8-
六节环 [Si6O18]12-
图2-33 孤立的有限硅氧四面体群
组群状结构中Si/O比为2：7或1：3。其中硅钙石 Ca3[Si2O7]，铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]和镁方柱石 Ca2Mg[Si2O7]等具有双四面体结构。蓝锥矿BaTi[Si3O9] 具有三节环结构。绿宝石Be3Al2[Si6O18]具有六节环结 构。
2/22/2020
4
• 硅酸盐化学式表示方法：
3.无机络盐表示法：把构成硅酸盐晶体的所有离子 按照一定比例和顺序全部写出来，先是1价、2价的金属 离子，其次是Al3+和Si4+，最后是O2-或OH-。如钾长石为 KAlSi3O8。
• 硅酸盐矿物中的水分子 • 1.吸附水：中性水分子，不参与晶体结构，
由于氧原子用于键合的是两个具有方向 性的轨道，所以[SiO4]4－亚单元之间通常 以共顶相连接，偶尔共棱，从不共面
（鲍林规则：Si高电价、低配位）
硅酸盐晶体结构的共同特点：
如果每个硅氧四面体通过共用两个顶点向一维方向无限延伸， 则形成单链，见图2-35-1 。单链结构以[Si2O6]4-为结构单元不断重复， 结构单元的化学式为[Si2O6]n4n-。在单链结构中，按照重复出现与第一 个硅氧四面体的空间取向完全一致的周期不等，单链分为1节链、2节链、 3节链……7节链等7种类型，见图2-35-2 。两条相同的单链通过尚未共 用的氧组成带状，形成双链。双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无 限伸展，化学式为[Si4O11] n6n-。
双四面体 [Si2O7]6-
三节环 [Si3O9]6-
四节环 [Si4O12]8-
六节环 [Si6O18]12-
图2-33 孤立的有限硅氧四面体群
组群状结构中Si/O比为2：7或1：3。其中硅钙石 Ca3[Si2O7]，铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]和镁方柱石 Ca2Mg[Si2O7]等具有双四面体结构。蓝锥矿BaTi[Si3O9] 具有三节环结构。绿宝石Be3Al2[Si6O18]具有六节环结 构。
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4
• 硅酸盐化学式表示方法：
3.无机络盐表示法：把构成硅酸盐晶体的所有离子 按照一定比例和顺序全部写出来，先是1价、2价的金属 离子，其次是Al3+和Si4+，最后是O2-或OH-。如钾长石为 KAlSi3O8。
• 硅酸盐矿物中的水分子 • 1.吸附水：中性水分子，不参与晶体结构，
由于氧原子用于键合的是两个具有方向 性的轨道，所以[SiO4]4－亚单元之间通常 以共顶相连接，偶尔共棱，从不共面
（鲍林规则：Si高电价、低配位）
硅酸盐晶体结构的共同特点：
第二章 晶体结构ppt课件
1-5 晶体结构与空间点阵的区别 晶体结构——其类型取决于原子结合，阵点的位置上可以是一 个或多个实际质点或者原子团，其种类可以是无限的。
空间点阵——每个阵点处原子都具有相同的环境，其种类有限 （仅有14种）。
亦即是说，每种空间点阵都可以形成无限多的晶体结构。
空间点阵概括地表明了原子、离子、原子集团、分 子等粒子在晶体结构空间中作周期分别的最基本规律。 空间点阵是把晶体中的质点抽象为阵点，用来描述和分 析晶体结构的周期性与对称性，要求各个阵点的周围环 境相同，它只能有14种类型。 晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此， 实际存在的晶体结构是无限的。 无论多么复杂的晶体结构都只有一个空间点阵。
二、结合力与结合能（续）
1-3 双原子结合力、结合能模型
双原子互作用力模型
双原子互作用能模型
三、原子半径（Ra)
1.计算公式 当R=R0时，两个正离子间的 中心距，称为原子直径（2Ra),亦 即R0=2Ra；
2.影响因素 ① 致密度越高，则Ra越小；
②键合力越高，则Ra越小；
③不同方向上Ra也可能不同；
四、晶体性
1.固体的分类 晶体——原子呈周期性排列； 非晶体——原子呈不规则排列； 2. 晶体的分类 单晶体——整个物质由一个晶粒组成，其中原子排列位向相同， 具有各向异性。 多晶体——有许多位向不同的小单晶体组成，具有各向同性（单 个经历的各向异性被“平均化”）。 3.晶体和非晶体相互关系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化。例如，在极大的冷 速下，可以得到非晶态金属。其原因是液态金属在冷却时来不及 转变成晶体就凝固了，非晶体实质上是一种过冷的液体结构（短 程有序）。
Material Material
空间点阵——每个阵点处原子都具有相同的环境，其种类有限 （仅有14种）。
亦即是说，每种空间点阵都可以形成无限多的晶体结构。
空间点阵概括地表明了原子、离子、原子集团、分 子等粒子在晶体结构空间中作周期分别的最基本规律。 空间点阵是把晶体中的质点抽象为阵点，用来描述和分 析晶体结构的周期性与对称性，要求各个阵点的周围环 境相同，它只能有14种类型。 晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子） 的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此， 实际存在的晶体结构是无限的。 无论多么复杂的晶体结构都只有一个空间点阵。
二、结合力与结合能（续）
1-3 双原子结合力、结合能模型
双原子互作用力模型
双原子互作用能模型
三、原子半径（Ra)
1.计算公式 当R=R0时，两个正离子间的 中心距，称为原子直径（2Ra),亦 即R0=2Ra；
2.影响因素 ① 致密度越高，则Ra越小；
②键合力越高，则Ra越小；
③不同方向上Ra也可能不同；
四、晶体性
1.固体的分类 晶体——原子呈周期性排列； 非晶体——原子呈不规则排列； 2. 晶体的分类 单晶体——整个物质由一个晶粒组成，其中原子排列位向相同， 具有各向异性。 多晶体——有许多位向不同的小单晶体组成，具有各向同性（单 个经历的各向异性被“平均化”）。 3.晶体和非晶体相互关系 晶体和非晶体在一定的条件下可以相互转化。例如，在极大的冷 速下，可以得到非晶态金属。其原因是液态金属在冷却时来不及 转变成晶体就凝固了，非晶体实质上是一种过冷的液体结构（短 程有序）。
Material Material
第五讲 晶体学基础
第五讲晶体学基础*（一）晶体(crystal)的点阵结构（1）晶体的结构特征晶体是内部粒子（原子分子离子）或离子集团在空间按一定的规律周期性排列的固体。
周期性是指一定种类的粒子（原子或原子团）在空间一定的方向上每隔一定的距离重复出现的现象。
周期性重复的两要素：周期性重复的内容（结构基元(structural motif)）和重复大小和方向。
（2）点阵(lattice)结构点阵: 连接任意两点的向量平移后能重合的一组点。
a 线性高分子—(CH2)n—与直线点阵素向量b As2O3，B(OH)3,石墨与平面点阵平面点阵单位：正方，六方，巨型，带心，一般。
c NaCL晶体与空间点阵点阵单位：素单位(P) 底心(C) 体心(I) 面心(F)(3) 晶体与点阵对应关系：晶楞--直线点阵；晶面--平面点阵；晶体--空间点阵；*晶体结构= 点阵+ 结构基元（晶体基本特征）（二）晶胞晶胞：空间点阵单位所截出晶体的一块平行六面体。
（1）晶胞(crystal cell)两要素：大小形状和内容。
（2）晶胞参数: 三个互不平行的楞长(a,b,c)及他们的夹角γαβ。
<ab γ,<bc=α,<ca=β(3)原子坐标：晶轴：a, b, c ;分数坐标例NaCL: Na 0 0 0, 1/2 1/2 0, 0 1/2 1/2, 1/2 0 1/2Cl 1/2 0 0, 0 1/2 0, 0 0 1/2, 1/2 1/2 1/2CsCL: Cs 0 0 0, Cl 1/2 1/2 1/2（CC 4）: C=Na,C / 1/4 1/4 1/4, 1/4 3/4 3/4, 3/4 1/4 3/4, 3/4 3/4 1/4* 坐标系不变，原子移动：例：*坐标系平移(原点选择不同)：例: 金刚石（CC 4）(4)两点间距离：P 2—P 1 =b y y a x x )()(1212-+-+c z z )(12-= [(P 2-P 1).(P 2-P 1)]1/2正交：P 2—P 1 = [(x 2-x 1)2a 2+(y 2-y 1)2b 2+(z 2-z 1)2c 2]1/2可用于计算键长P 2--P 1 ,键角(c 2=a 2+b 2-2abCosin ab α)及二面角，确定分子结构，讨论分子性能；计算分子间的距离，讨论分子间作用力及氢键等。
晶体结构与常见晶体结构类型
常见的晶体结构类型包 括金刚石结构、氯化钠 结构、铜锌结构等。
金刚石结构：以碳原子 氯化钠结构：以钠离子 铜锌结构：以铜和锌为
为例，金刚石结构中每 和氯离子为例，氯化钠 例，铜锌结构中铜原子
个碳原子通过共价键与 结构中每个离子通过静 和锌原子交替排列，形
四个相邻的碳原子相连， 电相互作用与六个相邻 成了一个立方面心晶格
晶体结构的研究有助于解决环 境、能源等领域的实际问题， 推动可持续发展。
晶体结构研究的方法
X射线晶体学
通过X射线衍射分析晶体结构， 是研究晶体结构最常用的方法 。
电子显微镜
通过观察晶体表面形貌和内部 结构，推断晶体结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
原子力显微镜
通过观察表面原子排列，推断 晶体结构。
理论计算
通过计算模拟晶体结构，验证 实验结果。
形成了一个非常坚固和 的离子相连，形成了一 结构。这种结构在黄铜
稳定的晶格结构。这种 个立方面心晶格结构。 等合金中较为常见。
结构具有高硬度和光学 这种结构在食盐（氯化
性能等特点。
钠）等矿物中较为常见。
02
常见晶体结构类型
面心立方晶格（FCC）
总结词
面心立方晶格是一种常见的晶体结构，其原子分布在立方体的面心上，每个原子周围都 有12个最近邻原子。
VS
详细描述
在体心立方晶格中，原子位于立方体的角 上和体心上，每个原子与周围8个最近邻 原子相连接，形成了一个较为紧密的结构 。这种结构在某些金属元素中较为常见， 如铬、钼和钨等。由于其特殊的原子排列 方式，体心立方晶格结构具有较高的硬度 和强度，常用于制造耐磨和耐高温的部件 。
密排六方晶格（HCP）
晶体结构与常见晶体结构类型
常见的晶体结构 ppt课件
（4）原子的空间坐标：
000, 1 1 0, 1 0 1 ,0 1 1 22 2 2 22
PPT课件
3
（5）原子半径与点阵常数：
晶胞的3个棱边长度（a、b、c）与原子半径r 之间的关系，可由简单的几何知识求出。
面心立方结构（a=b=c）：
a2 a2 2r 2r2
a 2 2r
PPT课件
晶胞常数： a0 2r r 3
PPT课件
22
（2）质点坐标：
Cl : 000
Cl : 1 1 1
或
222
Cs : 1 1 1
Cs : 000
222
（3）配位数与配位多面体：
r 0.174 nm 0.96 0.732 r 0.181nm
CN 8,立方体配位
PPT课件
10
3、密排六方结构（A3型）
（1）密堆积情况： 原子以ABAB……的方式堆积，
六方紧密堆积， （0001）面为密排面。
（2）原子分布：
12个原子分布在六方晶胞的
顶点、2个原子处于上下底心、3
个原子在六方晶胞体内。
PPT课件
11
（3）单位晶胞原子数：
六方晶胞原子数：Z=6；
单位晶胞原子数：Z=2； 晶胞含有：
石墨型结构：人工合成的六方氮化硼BN……
PPT课件
17
常见无机化合物晶体结构 ——离子晶体
根据数量关系（化学式）：
AX型、 AX2型、 A2X3型、 ABO3型、 AB2O4型
常见的无机化合物：
NaCl型、CsCl型、-ZnS型、-ZnS型、
CaF2型、TiO2型、刚玉（Al2O3）型、CaTiO3型、 尖晶石（MgAl2O4）型
第二章 节晶体结构与常见晶体类型精选精品PPT
③极化的结果：由于极化，电子云相互穿插，使正、负 离子间距离缩短，从而降低了配位数，晶体的结构类 型发生变化及质点间的化学键由离子键向共价键过渡 （键能、晶格能增大，键长缩短）。
34
如AgI晶体，按离子半径理论计算，r+/r-，Ag+的配位数应为6，属 NaCl构型，但实际上Ag+的配位数是4，属ZnS构型。(表1-9)
原子和离子都具有一定的有效半 径，因而可看成是具有一定 大小的球体。金属晶体可被 理解为数目很大的正离子圆 球的堆积和一群自由电子的 结合体；对于离子晶体（不 考虑极化），离子间的结合 可看成是球体的相互堆积， 并且为使引力和斥力达到平 衡，使晶体具有最小内能， 要求离子间作最紧密堆积。
六方密堆积结构的晶胞
3
1. 等径球体的密堆积
等径球体的最紧密堆积方式有两种：六方和立方最紧密堆积。
（1）六方最紧密堆积方式
第一层（A）：各球在同一平面上彼此尽量靠拢，每个球相邻有六 个球，每三个球 之间形成一个三角形空隙，一半尖角向下，另一 半尖角向上； 第二层（B）：球体放在第一层球面的空隙上，中心落在尖角向下 的三角形空隙上（也可落在尖角向上的三角形空隙上）。 第三层：重复第一层的排列方式。
20
3．不等径球体的紧密堆积 将大球视为等径球体作紧密堆积，小球则按其体积 大小填入四面体或八面体空隙中。在硅酸盐晶体中， O2- 的离子半径比Si4+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、 Na+大得多，所以通常认为主要是O2-的堆积，其他离 子填入其空隙中。实际晶体中，正离子的尺寸可能大 于或小于负离子的空隙，前者可使空隙被撑开，使结 构变形；后者属不稳定结构。
29
2x
34
如AgI晶体，按离子半径理论计算，r+/r-，Ag+的配位数应为6，属 NaCl构型，但实际上Ag+的配位数是4，属ZnS构型。(表1-9)
原子和离子都具有一定的有效半 径，因而可看成是具有一定 大小的球体。金属晶体可被 理解为数目很大的正离子圆 球的堆积和一群自由电子的 结合体；对于离子晶体（不 考虑极化），离子间的结合 可看成是球体的相互堆积， 并且为使引力和斥力达到平 衡，使晶体具有最小内能， 要求离子间作最紧密堆积。
六方密堆积结构的晶胞
3
1. 等径球体的密堆积
等径球体的最紧密堆积方式有两种：六方和立方最紧密堆积。
（1）六方最紧密堆积方式
第一层（A）：各球在同一平面上彼此尽量靠拢，每个球相邻有六 个球，每三个球 之间形成一个三角形空隙，一半尖角向下，另一 半尖角向上； 第二层（B）：球体放在第一层球面的空隙上，中心落在尖角向下 的三角形空隙上（也可落在尖角向上的三角形空隙上）。 第三层：重复第一层的排列方式。
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3．不等径球体的紧密堆积 将大球视为等径球体作紧密堆积，小球则按其体积 大小填入四面体或八面体空隙中。在硅酸盐晶体中， O2- 的离子半径比Si4+、Al3+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、 Na+大得多，所以通常认为主要是O2-的堆积，其他离 子填入其空隙中。实际晶体中，正离子的尺寸可能大 于或小于负离子的空隙，前者可使空隙被撑开，使结 构变形；后者属不稳定结构。
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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
晶体结构
（6）已知金属Ni晶体结构为Ax 堆积形式，Ni原子半 径为124.6 pm，计算金属Ni的密度。（Ni的相对原子质 量为58.70） （7）如果CuH 晶体中Cu＋的堆积形式为Ax 型，H－ 填充在空隙中，且配位数是4。则H－ 填充的是哪一类空 隙，占有率是多少？ （8）当该同学将这种Ax 堆积形式告诉老师时，老师 说Ax 就是A1或A3的某一种。你认为是哪一种，为什么？
答案：（1） 1︰1︰2 （2）1︰1︰2 （3）12个 （4）74.05% （5）正八面体空隙为0.414r，正四面体空隙为0.225r。 （6）8.91g/cm3 （7）H－填充在正四面体空隙，占有率为50% （8）Ax就是A1
四、离子晶体
ZnS
CsCl
1、AB型化合物离子半径比与配位数的关系
分子晶体
范德华力（课本P59）
氢键 A─H---B（其中A、B是氧、氮或氟等电负性大且原 子半径比较小的原子）
注意：碳原子的电负性很小，C—H一般不能形 成氢键，但在H—C≡N或HCCl3等中，由于氮 原子和氯原子的影响，使碳原子的电负性增大， 这时也可以形成氢键。 例如：HCN的分子之间可以生成氢键，三氯 甲烷和丙酮之间也能生成氢键
3、离子极化对金属化合物性质的影响
a．金属化合物溶解性的变化 溶解度：AgF>AgCl>AgBr>AgI，这是由于从F到 I 离子受到Ag的极化作用而变形性增大的缘故。 b．金属化合物熔点的变化 MgCl2>CuCl2
c．金属盐的热稳定性 NaHCO3的热稳定性小于 Na2CO3。从BeCO3 到BaCO3热稳定性增大，金属离子 对O离子的反极化作用（相对于把C与O看作存在极化 作用）越强，金属碳酸盐越不稳定。
立方体心堆积 ---- ⅠA,ⅤB,ⅥB
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• 硅酸盐化学式表示方法：
• 2. 结构式：先写连结硅氧骨干的阳离子，按低价 到高价的顺序，然后写硅氧骨干，并用 [ ]括起来， 最后写水，水可以是OH-形式的，也可以是H2O 分子形式的。
• 【Eg.】 钾长石 K [ AlSi3O8 ] • 高岭土 Al2[Si2O5 ](OH )4
• 多水高岭土 Al2[Si2O5 ](OH )4 • nH 2O
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系，空间群Pbnm；晶胞参数a=0.476nm， b=1.021nm，c=0.599nm；晶胞分子数Z=4。如图2-32-1、 2-32-2、2-32-3所示。
镁橄榄石结构中，O2-离子近似于六方最紧密堆积排 列，Si4+离子填于四面体空隙的1/8；Mg2+离子填于八面体 空隙的1/2。每个[SiO4]四面体被[MgO6]八面体所隔开，呈 孤岛状分布。
2.6硅酸盐晶体结构
• 自然矿物是制造所有无机材料的 重要原料
• 地壳中最丰富的两种元素：硅和 氧
• 硅酸盐占所有矿物的1/3以上
• 研究硅酸盐矿物结构必要性！
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一、硅酸盐晶体的组成表征、结构特点及分类
组成表征： 在地壳中形成矿物时，由于成矿的环境不可能十分纯净，
矿物组成中常含有其它元素，加之硅酸盐晶体中的正负离 子都可以被其它离子部分或全部地取代，这就使得硅酸盐 晶体的化学组成甚为复杂。因此，在表征硅酸盐晶体的化 学式时，通常有两种方法：一种是所谓的氧化物方法，另 一种是无机络盐表示法和结构式写法。
2/22/2020
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• 硅酸盐化学式表示方法：
3.无机络盐表示法：把构成硅酸盐晶体的所有离子 按照一定比例和顺序全部写出来，先是1价、2价的金属 离子，其次是Al3+和Si4+，最后是O2-或OH-。如钾长石为 KAlSi3O8。
• 硅酸盐矿物中的水分子 • 1.吸附水：中性水分子，不参与晶体结构，
Si/O
实例
1：4
2：7 1：3 1：3
1：3 1：3 4：11 4：10
1：2
镁橄榄石 Mg2[SiO4] 镁铝石榴石 Al2Mg3[SiO4]3 硅钙石 Ca3[Si2O7] 蓝锥矿 BaTi[Si3O9] 斧石
Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH) 绿宝石 Be3Al2[Si6O18] 透辉石 CaMg[Si2O6] 透闪石 Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 滑石 Mg3[Si4O10](OH)2 石英 SiO2 钾长石 K[AlSi3O8] 方钠石 Na[AlSiO4] 4/3H2O
（3）两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或 共面连接。
（4）[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+ 所取代。
硅酸盐晶体结构的分类：
硅酸盐晶体化学式中不同的Si/O比对应基本结构单元之间的不 同结合方式。X射线结构分析表明，硅酸盐晶体中[SiO4]四面体的 结合方式有岛状、组群状、链状、层状和架状等五种方式。硅酸盐 晶体也分为相应的五种类型，其对应的Si/O由1/4变化到1/2，结构 变得越来越复杂，见表2-8。
物理吸附于矿物颗粒表面/缝隙，含量不固 定，100 ℃以上逸出 • 2.结构水：（化合水）以OH－存在，参与 晶体结构，占据晶格固定位置，含量比确 定，600～1000℃逸出导致结构破坏重组
Al2[Si2O5 ](OH )4
• 硅酸盐矿物中的水分子
• 3.层间水：层状硅酸盐结构层之间，中性水 分子，参与晶体结构，含量大范围波动，110 ℃以上大量逸出
• 硅酸盐化学式表示方法：
• 1. 氧化物式：金属氧化物先低价、后高价， SiO2在最后，之后写结构水、层间水(＋)
• 【Eg.】 钾长石 K2O • Al2O3 • 6SiO2 • 高岭土 Al2O3 • 2SiO2 • 2H 2O • 多水高岭土 Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O nH2O
由于氧原子用于键合的是两个具有方向 性的轨道，所以[SiO4]4－亚单元之间通常 以共顶相连接，偶尔共棱，从不共面
（鲍林规则：Si高电价、低配位）
硅酸盐晶体结构的共同特点：
（1）构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。Si-OSi键是一条夹角不等的折线，一般在145o左右。
（2）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-离子最多只能为两个 [SiO4]四面体所共用。
（a） （100） 面上的 投影图
（c） 立体侧
视图
（b）（001）面上的投影图
图2-32-1 镁橄榄石结构
图2-32-2 镁橄榄石晶体理想结构
图2-32-3 镁橄榄石结构
（a）（100）面上的投影图
图2-32-3 镁橄榄石结构
（b）（001）面上的投影图
Байду номын сангаас
结构中的同晶取代：镁橄榄石中的Mg2+可以被Fe2+以任 意比例取代，形成橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体。如果图 2-32（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石 CaMgSiO4。如果Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4， 即-C2S，其中Ca2+的配位数为6。另一种岛状结构的水泥熟 料矿物-Ca2SiO4，即-C2S属于单斜晶系，其中Ca2+有8和6 两种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生 水化反应。而-C2S由于配位规则，在水中几乎是惰性的。
表2-8 硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系
结构类 型 岛状
[SiO4]4- 共 用 O2-数
0
形状 四面体
1 组群状 2
双四面体 三节环 四节环
链状 层状
2 2，3 3
六节环 单链 双链 平面层
架状
4
骨架
络阴离子
[SiO4]4-
[Si2O7]6[Si3O9]6[Si4O12]8-
[Si6O18]12[Si2O6]4[Si4O11]6[Si4O10]4[SiO2]0 [AlSi3O8]1[AlSiO4]1-
• 层间水含量受交换阳离子及空气潮湿环境影 响，吸水膨胀性（层间距↑），水分子逸出， 层间距↓
2、无机硅酸盐在空间的结合 (1) 结构亚单元间的结合形式
A、直接连接－－共顶(棱、面) 共用顶角氧
B、间接连接 a、离子键键合：为达电中性引入 正离子而形成的离子键 b、分子间力：亚单元(及其结合体) 间的Van der waals力
二、岛状结构
结构特点：
[SiO4]四面体以孤岛状存在，各顶点之间并不互相连接， 每个O2-一侧与1个Si4+连接，另一侧与其它金属离子相配位使 电价平衡。结构中Si/O比为1：4。
岛状硅酸盐晶体主要有锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石 Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3·SiO2、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水 泥熟料中的-C2S、-C2S和C3S等。