晶体晶胞结构讲解
第2章 晶体结构讲解
第2章晶体结构为了便于对材料进行研究，常常将材料进行分类。
如果按材料的状态进行分类，可以将材料分成晶态材料，非晶材料及准晶材料。
因所有的晶态材料有其共同的规律，近代晶体学知识就是为研究这些共同规律而必备的基础。
同时为了研究非晶材料与准晶材料及准晶材料也必须以晶体学理论做为基础。
在一般的教材中对晶体学的基础知识已经有了不同深度的阐述，作为辅导教材，对教科书上已经有较多阐述的内容，本章中就简要的进行说明，而重点在于用动画形式，将在教材中难以用文字表达清楚的内容进行较多的阐述，加深对教材内容的理解记忆2.1晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。
将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。
为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。
这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。
同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞<晶胞、晶轴和点阵矢量>根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。
按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，布拉菲（Bravais A．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。
空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象。
1 空间点阵最初人们认为凡是具有规则外形的天然矿物均为晶体。
但现在人们认识到晶体的规则的几何外形是内部结构规律的外在反映. 近代的科学研究表明了下面的两个基本事实:1）如果说某一种材料是晶体，其基本的特征是：组成该材料的内部的微观粒子(原子,分子,离子等)在三微的空间做有规则的周期性的排列。
2）这种排列的规律决定了材料的性能。
根据这样的事实我们可以抽象出个的重要概念即空间点阵。
晶体晶胞结构讲解
物质结构要点1、核外电子排布式外围核外电子排布式价电子排布式价电子定义：1、对于主族元素，最外层电子2、第四周期，包括3d与4S 电子电子排布图熟练记忆 Sc Fe Cr Cu2、S能级只有一个原子轨道向空间伸展方向只有1种球形P能级有三个原子轨道向空间伸展方向有3种纺锤形d能级有五个原子轨道向空间伸展方向有5种一个电子在空间就有一种运动状态例1：N 电子云在空间的伸展方向有4种N原子有5个原子轨道电子在空间的运动状态有7种未成对电子有3个 ------------------------结合核外电子排布式分析例23、区的划分按构造原理最后填入电子的能级符号如Cu最后填入3d与4s 故为ds区 Ti 最后填入能级为3d 故为d区4、第一电离能：同周期从左到右电离能逐渐增大趋势（反常情况：S2与P3 半满或全满较稳定，比后面一个元素电离能较大）例3、比较C、N、O、F第一电离能的大小 --------------- F ＞N＞O＞C例4、某元素的全部电离能(电子伏特)如下：回答下列各问：(1)I6到I7间，为什么有一个很大的差值?这能说明什么问题? _________________________(2)I4和I5间，电离能为什么有一个较大的差值_________________________________(3)此元素原子的电子层有 __________________层。
最外层电子构型为 ______________ 5、电负性：同周期从左到右电负性逐渐增大（无反常）------------F＞ O ＞N ＞C6、对角线规则：某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”如：锂和镁在空气中燃烧的产物，铍和铝的氢氧化物的酸碱性以及硼和硅的含氧酸酸性的强弱7、共价键：按原子轨道重叠形式分为：σ键和π键 (具有方向性和饱和性)单键 -------- 1个σ键双键------1个σ键和1个π键三键---------1个σ键和2个π键8、等电子体：原子总数相等，价电子总数相等----------具有相似的化学键特征例5、N2 CO CN-- C22-互为等电子体CO2 CS2 N2O SCN-- CNO-- N3- 互为等电子体从元素上下左右去找等电子体，左右找时及时加减电荷，保证价电子相等。
常见的晶体结构及其原胞晶胞
§1-2 常见的晶体结构及其原胞、晶胞1) 简单晶体的简单立方(simple cubic, sc) 它所构成的晶格为布喇菲格子。
例如氧、硫固体。
基元为单一原子结构的晶体叫简单晶体。
其特点有: 三个基矢互相垂直（），重复间距相等，为a，亦称晶格常数。
其晶胞=原胞；体积= ；配位数(第一近邻数) =6。
（见图1-7）图1-7简单立方堆积与简单立方结构单元2) 简单晶体的体心立方( body-centered cubic, bcc ) , 例如，Li，K，Na，Rb，Cs,αFe，Cr，Mo，W，Ta，Ba等。
其特点有：晶胞基矢, 并且，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成：（见图1-9 b）(1-2)其体积为；配位数=8；（见图1-8）图1-8体心立方堆积与体心立方结构单元图1-9简单立方晶胞(a)与体心立方晶胞、惯用原胞(b)3) 简单晶体的面心立方( face-centered cubic, fcc ) , 例如，Cu，Ag，Au，Ni，Pd，Pt，Ne, Ar, Xe, Rn, Ca, Sr, Al等。
晶胞基矢，并且每面中心有一格点, 其原胞基矢由从一顶点指向另外三个面心点的矢量构成（见图1-10 b）：(1-3)其体积=；配位数=12。
，（见图1-10）图1-10面心立方结构(晶胞)(a)与面心立方惯用原胞(b)4) NaCl结构（Sodium Chloride structure），复式面心立方（互为fcc），配位数=6（图1-11 a)。
表1-1 NaCl结构晶体的常数5) CsCl结构（Cesuim Chloride structure），复式简单立方（互为sc），配位数=8（图1-11 b）。
表1-2 CsCl结构晶体的常数图1-11 NaCl结构和CsCl结构6) 金刚石结构（Diamond structure）, 两套fcc格子相互沿对角线位移1/4处套合。
共价晶体晶胞结构
共价晶体晶胞结构共价晶体是由共价键连接在一起的晶体结构。
晶体结构是材料的特性之一，直接影响着其物理、化学和电子性质。
共价晶体晶胞结构是指晶体中最小重复单元的结构。
共价晶体晶胞结构包括三个重要的参数：晶格常数、晶胞的空间群和原子的位置。
晶格常数是指晶体内部原子排列的周期性重复性，通常用a、b、c来表示。
空间群是指晶体内部原子周期性排列的具体方式，不同的空间群决定了晶胞的对称性。
原子的位置是指每个原子在晶胞中的具体位置，通常以坐标表示。
最简单的共价晶体结构是钻石晶体结构，也称为金刚石晶体结构。
在钻石晶体中，每个碳原子与四个周围的碳原子形成共价键，形成一个四面体结构。
这个四面体不断地重复堆积起来，形成一个三维的网络结构。
每个碳原子只占据了四面体的四个顶点之一，因此三个顶点上的碳原子构成了一个晶胞。
钻石晶体具有非常高的硬度和高折射率，是一种重要的宝石材料。
另一个重要的共价晶体结构是硅晶体结构。
硅晶体也是由四面体堆积而成的，但是硅晶体中每个原子的配位数比钻石晶体低。
硅晶体中每个硅原子与三个周围的硅原子形成共价键。
硅晶体属于平面共价结构，每个硅原子处于一个六边形的空间中。
硅晶体是最常用的半导体材料之一，广泛应用于电子器件中。
除了钻石和硅，许多其他共价晶体都存在。
如石英晶体、碳化硅晶体等。
石英晶体由二氧化硅（SiO₂）组成，具有非常高的熔点和热稳定性。
碳化硅晶体由碳和硅原子组成，具有高硬度和高导热性能，广泛应用于耐高温材料。
总之，共价晶体晶胞结构是指共价键连接在一起的晶体最小重复单元的结构。
通过X射线衍射实验可以确定晶格常数、空间群和原子的位置。
钻石和硅是最常见的共价晶体结构，还有其他许多共价晶体存在，具有不同的物理和化学性质。
晶体结构最小重复单元——晶胞
晶体结构最小重复单元——晶胞 一、晶胞
1、定义：晶体结构中最小的重复单元。 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。
Chemistry
晶体结构最小重复单元——晶胞 2、常见三种密堆积的晶胞：
(1)六方晶胞——A3型 A3型最密堆积实际上是由三个晶胞构成的，称这 个晶胞为六方晶胞，也称A3最密堆积为六方最密堆积。
Chemistry
晶体结构最小重复单元——晶胞 4、磁光存储的研究是在1957年使Mn和Bi形成的晶体薄
膜磁化并用光读取之后开始的。下图是Mn和Bi形成 的某种晶体的结构示意图，则该晶体物质的化学式 可表示为： A.Mn2Bi B.MnBi C.MnBi3 D.Mn4Bi3
Chemistry
晶体结构最小重复单元——晶胞 5、钡在氧气中燃烧时得到一种钡的氧化物晶体，其结
晶体结构最小重复单元——晶胞 8、如图所示,直线交点处的圆圈为NaCl晶体中Na+离子
或Cl-离子所处的位置.这两种离子在空间三个互相 垂直的方向上都是等距离排列的. (1)请将其中代表Na+离子的圆圈涂黑,以完成NaCl
晶体结构示意图. (2)晶体中,在每个Na+离子周
围与它最接近的且距离相 等的Na+共有______个.
Chemistry
晶体结构最小重复单元——晶胞
7、单质硼有无定形和晶体,参考下列数据,回答问题：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/K >3823
1683
2573
沸点/K 5100
2628
2823
硬度/Moh 10
7.0
9.5
(1)晶体硼的晶体类型属于_____ 晶体,理由是______
晶体结构(共78张PPT)
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
高中化学知识点详解晶体结构
高中化学知识点详解晶体结构晶体结构是高中化学中重要的知识点之一，它涉及到晶体的组成、排列和结构等方面。
本文将详细解析晶体结构的相关概念和特征。
晶体是由一定数量的原子、离子或分子按照一定的规律结合在一起形成的具有规则外观的固体物质。
晶体的结构对其性质和应用具有重要影响。
晶体结构可以通过实验方法和理论模型来研究和解释。
1. 晶体的基本组成晶体的基本组成单位分为晶体胞和晶胞内的基本组织。
晶体胞是晶格的最小重复单位，可以通过平移操作来无限重复整个晶体结构。
晶胞内的基本组织是晶体内的原子、离子或分子的排列方式。
2. 晶体的晶格类型晶体的晶格类型可以分为立方晶系、四方晶系、单斜晶系、正交晶系、三斜晶系、五类三方晶系和六斜晶系。
不同的晶格类型对应着晶胞的不同形状，给晶体带来了不同的结构和性质。
3. 晶体的点阵晶体的点阵是晶格具有的一个特征，它描述了晶体内的原子、离子或分子的排列方式。
点阵可以分为简单点阵、面心立方点阵和密堆积点阵。
不同的点阵结构给晶体带来了不同的物理和化学性质。
4. 晶体的组成晶体的组成可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体四种类型。
离子晶体由阳离子和阴离子按照一定的配位比例组成，共价晶体由原子通过共用电子而形成，金属晶体则是由金属原子通过金属键连接在一起，而分子晶体则是由分子通过范德华力相互作用形成。
5. 晶体的结构特征晶体的结构特征包括晶胞参数、平均密度、元素比例和晶胞中原子、离子或分子的具体排列方式等。
通过实验和理论模型的分析，可以确定晶体的结构特征，并进一步研究其性质和应用。
总结起来，晶体结构是由晶体胞和胞内基本组织构成的，晶格类型和点阵类型直接影响晶体的结构和性质。
晶体的组成类型包括离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体。
通过对晶体的结构特征的研究和分析，可以进一步揭示其性质和应用。
通过本文的详解，我们对高中化学中的晶体结构有了更深入的了解，希望对学习和掌握该知识点有所帮助。
晶胞结构知识点总结
晶胞结构知识点总结晶体是一种具有高度有序内部结构的固体材料，其结构可以通过晶胞结构来描述。
晶胞结构是描述晶体内部原子或分子排列方式的一种方法，它可以直观地展示晶体的周期性结构。
掌握晶胞结构对于理解材料的性质、制备和应用具有重要意义。
本文将就晶胞结构的相关知识点进行总结，包括晶体的定义、晶格、晶胞的种类、晶胞的参数和晶体的分类等内容。
一、晶体的定义晶体是由原子、离子或分子按照一定规则组成的固体结构。
晶体的最显著特征是其内部结构具有高度的有序性，这种有序性可以在三维空间中进行周期性重复。
晶体的结构稳定，且具有独特的电学、光学、机械以及热学性质。
由于晶体的周期性结构，它在X射线、电子衍射等技术下会出现特征性的衍射花样，从而可以用于晶体结构分析和确定。
二、晶格晶格是描述晶体内部结构的基本概念，它是指在三维空间中由重复排列的点所构成的结构。
这些点代表着原子、离子或分子的位置，具有固定的空间关系。
晶格具有周期性，在晶体内部重复出现，形成了晶体的内部结构。
晶格中最小的重复单元被称为晶胞。
晶格和晶胞是密不可分的概念，通过晶格可以确定晶胞的形状和尺寸，通过晶胞可以推导出整个晶格的结构。
晶格和晶胞的概念为我们理解晶体的结构和性质提供了基础。
三、晶胞的种类根据晶体内部原子或分子的排列方式，晶胞可以分为立方晶胞、四方晶胞、单斜晶胞、正交晶胞、六角晶胞和三角晶胞六种类型。
1. 立方晶胞：所有边长相等，所有角均为90度，包括简单立方、体心立方和面心立方三种类型。
2. 四方晶胞：其中两个边长相等，与第三个边垂直，所有角均为90度，只有一种类型。
3. 单斜晶胞：所有边长不相等，夹角不为90度，只有一种类型。
4. 正交晶胞：其中两个边长相等，夹角为90度，只有一种类型。
5. 六角晶胞：所有边长相等，两个内角为60度，第三个内角为120度，只有一种类型。
6. 三角晶胞：所有边长相等，三个内角均为60度，只有一种类型。
不同类型的晶胞代表了不同的晶格结构，通过对晶胞的特性进行分析，可以了解晶体的空间排列规律，从而推导出晶体的一些性质。
晶胞知识点总结归纳
晶胞知识点总结归纳晶胞是晶体学中的重要概念，是描述晶体结构的基本单位。
晶体是由大量原子、离子或分子排列有序而成的固体，其结构是有规律的，这种规律就是晶体结构。
晶体结构的研穨对于解析材料的性能、设计新材料以及理解物质的行为都有重要意义。
而晶胞则是描述这种结构的基本单位，是晶格中最小的重复单元。
1. 晶体结构晶体结构是指晶体中原子、分子或离子的排列规律。
晶体结构包括原子或离子的位置、互相之间的距离和等方面。
晶体结构是有序的，这种有序是以一定的方式排列的有规律的重复单元。
晶体结构的研究对于理解物质的性质、设计新材料以及解决实际问题都有重要的意义。
晶体结构的研究方法有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、红外光谱、核磁共振等。
2. 晶格和晶胞晶体中的原子、分子或离子是有序排列的，其排列规律可以用晶格来描述。
晶格是一种无限重复的网状结构，可以用向量表示。
而晶胞是晶格中最小的重复单元，它包括一个或多个原子、分子或离子。
晶胞的类型包括单胞、简单多胞和复合多胞。
单胞是构成整个晶体的最小单元，它可以通过平移重复来构成整个晶体。
简单多胞是由多个单胞组成的，而复合多胞则是由一个或多个不同的单胞组成的。
3. 晶胞的分类根据晶体中原子、分子或离子的排列方式，晶胞可以分为立方晶胞、四方晶胞、六方晶胞、单斜晶胞、正交晶胞和三斜晶胞。
这些不同类型的晶胞对应着不同类型的晶体结构，它们具有不同的对称性和晶体学的特征。
4. 晶体的对称性晶体的对称性是指晶体在空间中某些等效方向上具有相同的性质和相同的排列规律。
晶体的对称性包括点群对称性和空间群对称性。
点群是指晶体中原子、分子或离子的排列在某一中心点周围的对称性，空间群是指晶体中具有某种特定的排列对称性的所有平移和旋转对称性。
晶体的对称性对于预测晶体的物理性质有重要的意义，也可以用来确定晶格和晶胞的类型。
5. 晶体缺陷晶体缺陷是指晶体中原子、分子或离子的排列不完整造成的不规则和不均匀的地方。
常见晶胞结构最强整理
常见晶胞结构最强整理常见晶体结构及其详解晶体晶体结构晶体详解原⼦晶体⾦刚⽯(1)每个碳采取杂化⽅式与4个碳以共价键结合，形成结构，键⾓均为 (2)最⼩碳环由个C 组成且六原⼦不在同⼀平⾯内，平均每个碳原⼦被个六元环共⽤，每根C -C 键被个六元环共⽤。
(3)每个C 参与4条C －C 键的形成， C 原⼦个数与C －C 键数之⽐为 ,1mol ⾦刚⽯中，碳碳键为 molSiO 2(1)每⼀个硅原⼦紧邻个氧原⼦，每⼀个氧原⼦紧邻个硅原⼦，形成了由Si-O 键（极性或⾮极性）键构成的元环的最⼩环状结构。
⼀个环上有个硅原⼦，个氧原⼦(2)1mol SiO 2中，硅氧键为 molSiC每个C 原⼦最近的Si 原⼦有个，每个C 原⼦最近的C 原⼦有个分⼦晶体⼲冰(1)⼀个⼆氧化碳晶胞中含有个⼆氧化碳分⼦(2)8个CO 2分⼦构成⽴⽅体且在6个⾯⼼⼜各占据1个CO 2分⼦ (3)每个CO 2分⼦周围等距且紧邻的CO 2分⼦有个冰⼀个⽔分⼦形成个氢键，平均1mol 冰中含有 mol 氢键C 60(1)⾜球烯的分⼦是由60个碳原⼦构成的，空间构型有12个正五边形，20个正六边形(2)⼀个C 60分⼦中含有根单键，根双键 (3)C 60晶胞中与⼀个C 60最近的C 60分⼦有个（与⼲冰的晶胞相似）离⼦晶体NaCl (型)(1)每个Na ＋周围等距且紧邻的Cl －有个，每个Cl －周围等距且紧邻的Na ＋有个。
每个Na ＋周围等距且紧邻的Na ＋有个，同理Cl -也然。
(2)每个晶胞中含个Na ＋和4个Cl －。
CsCl (型)(1)每个Cs ＋周围等距且紧邻的Cl －有个，每个Cl －周围等距且紧邻的Cs ＋有个。
(2)左图为个晶胞；右图为⼀个晶胞，每个晶胞中含个Cs ＋，个Cl －。
CaF 21、1个晶胞中含有个Ca 2+，个F -，Ca 2+的配位数为个，F -配位数为个2、Ca 2+周围等距离最近的Ca 2+ 个，F —周围等距离最近的F — 个⾦属晶体简单⽴⽅堆积典型代表空间利⽤率配位数为体⼼⽴⽅堆积典型代表空间利⽤率配位数为⾯⼼⽴⽅堆积典型代表空间利⽤率配位数为六⽅最密堆积典型代表空间利⽤率配位数为混合晶体⽯墨1、碳原⼦的杂化⽅式为，键⾓为2、⽯墨晶体的⽚层结构中，每个六元碳环含有个碳原⼦数，每个六元碳环所含有的共价健数是个3、⽯墨同层C 原⼦间以连接，熔化需要破坏碳碳之间作⽤⼒，故熔沸点较⾼；层与层之间的作⽤⼒为，作⽤⼒⽐较弱，故⽯墨的硬度较低。
晶胞
晶体结构的对称性
晶系 空间点阵型式
晶胞类型
堆积方式：A1, A3, A2, A4
二、晶体结构的表达及应用
一般晶体结构需给出：
晶系
空间群（不作要求）
晶胞参数；
晶胞中所包含的原子或分子数Z；
特征原子的坐标
密度计算
晶体结构的基本重复单位是晶胞，只要将一个晶
胞的结构剖析透彻，整个晶体结构也就掌握了。 利用晶胞参数可计算晶胞体积(V)，根据相对分子 质量(M)、晶胞中分子数(Z)和Avogadro常数N，可 计算晶体的密度：
晶体的点阵结构
概念：在晶体内部微粒周期性地排列的每个重 复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定 周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。
பைடு நூலகம்
点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得
一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。
点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
晶体结构 = 点阵 + 结构基元
结构基元：
B A D C
E
F
G
H
2.晶胞中原子的坐标
三数组 （x, y, z ）称为原子坐标 定义域：0≤|x,y.z| ≤ 1１即是0 ！
原子坐标 0，0，0 ½，½，½ ½，0，½ ½，0，0
平均每个晶胞的原子个数 8x⅛=1 1 2x½=1 4x¼ =1
2.晶胞中原子的坐标
B C D
A（1，0，1）
1．钴原子的平均氧化态为
。
2．以●代表氧原子，以●代表钴原子，画出 CoO2层的结构，用粗线画出两种二维晶胞。可 资参考的范例是：石墨的二维晶胞是右图中用 粗线围拢的平行四边形。
1965年，Juza提出石墨层间化合物组成是 LiC6，锂离子位于石墨层间，其投影位于石 墨层面内碳六圆环的中央。试在下图中用“·” 画出Li的位置。并在此二维图形上画出一个 晶胞。
晶体晶胞图资料讲解
晶体晶胞图
• 2．CsCl型
• CsCl型晶体属简单立方点阵，Cl－作简单立方堆 积，Cs＋填在立方体空隙中，正负离子配位数均 为8，
下列图象是从NaCl或CsCl晶体结构图中分割出来的部分 结构图，试判断NaCl晶体结构的图象是 B、 C
①②③
④
A、① B、② C、③ D、④
• 3．ZnS型
配位数 ①Ca2+的配位数: 8 ②F-的配位数: 4
ZnS型晶胞
阳离子的配位数： 4 阴离子的配位数： 4
• 观察三种球的位置 铜的晶胞
C B A
图7-7 金刚石晶胞 AlN、GaAs、BN、Si等类似
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CsCl的晶体结构及晶胞构示意图
---Cs+
---Cl-
Cs+的配位数为：8 Cl-的配位数为：8
• 找出NaCl、CsCl两种离子晶体中阳离子和 阴离子的配位数，它们是否相等？
离子 阴离子的 阳离子的 阴阳离子配 晶体 配位数 配位数 位数的比值
NaCl 6
6
1:1
CsCl 8
8
1:1
CaF2 (萤石)型晶胞
• ZnS晶体结构有两种型式，即立方ZnS和 六方
• 4．CaF2型 • CaF2晶体属立方
面心点阵，F－作 简单立方堆积， Ca2＋数目比F－ 少一半，所以填
了一半的立方体
空隙，每一个 Ca2＋由八个F－ 配位，而每个F－ 有4个Ca2＋配位
NaCl晶体中阴、阳离子的配位数
Na+的配位数为：6 Cl-的配位数为：6
人教版高中化学选择性必修二第3章晶体结构与性质第1节第2课时晶胞晶体结构的测定课件
。
。
解析:(1)由题图可知,该晶胞中 N(Cu)=8×+8×=3,N(Ba)=2,
N(Y)=1,N(O)=12× +8× =7,
则钇钡铜氧的化学式为 YBa2Cu3O7。
(2)根据题中各元素的化合价,以及化合物中各元素的正负化
合价的代数和为零可知,+2价铜与+3价铜的化合价之和为7,
于体心,数目为 1,化学式为 XY3Z,D 项正确。
2.最近发现一种由R、Q、T三种原子构成的气态团簇分子,
其分子模型如图所示,则该分子的化学式为(
)。
A.RQT
C.RQ3T
答案:D
B.RQ2T
D.R8Q6T
二、晶体结构的测定
1.测定晶体结构最常用的仪器是 X射线衍射仪 。当单
一波长X射线通过晶体时,X射线和晶体中的电子相互作用,会
确;B 项中,晶胞中含有 X、Y 的个数比为 1∶(8×)=1∶1,化学式
为 XY,B 项错误;C 项中,晶胞中含有 X 的数目为 4×+1=,晶胞
中含有 Y 的数目为 4× = ,化学式为 X3Y,C 项正确;D 项中,晶
胞中含有 X 的数目为 8×=1,晶胞中含有 Y 的数目为 6×=3,Z 位
(1)晶胞是晶体的最小重复单元。( √ )
(2)不同的晶体中晶胞的大小和形状都相同。( × )
(3)晶胞中的任何一个粒子都只属于该晶胞。( × )
微训练 1.下列各项是晶体结构中具有代表性的最小重复单
元的排列方式,图中:○—X,·—Y,⊗—Z。其中对应的化学式
晶体结构的最小重复单元——晶胞
晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无 隙并置”而成.(蜂巢和蜂室的关系---教材63页图3-7)
• 请理解：
“无隙”指相邻的晶胞之间没有任何间
隙；一个晶胞与相邻的晶胞完全共顶点、共棱边、共面
“并置”指所有晶胞都是平行排列的，
取向相同。一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动
“完全等同”指所有晶胞的形状、
2.分析“CsCl” 化学式的由来。 6个
如图是CsCl晶体的晶胞（晶体中最小的重复单元） 已知晶体中2个最近的Cs+核间距离为acm，氯化铯 的相对分子质量为M，NA为阿佛加德
罗常数，则CsCl晶体的密度为
（单位：克/cm3）
A、8M/a3NA C、M/a3NA
B、a3M/8NA D、a3M/NA
5.该晶胞中，若Na+和Cl-间的最近距离为0.5ax10-10m， 则晶体的密度ⅾ= ？
晶胞
31
42
晶胞
晶胞 CsCl的晶体结构示意图
---Cs+ ---Cl-
图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小重复单元(晶 胞)的结构.请回答： (1)该化合物的化学式为_C_a_T_i_O_3_. (2)在该化合物晶体中，与某个钛离 子距离最近且相等的其他钛离子共
6 围最近距离的Cl-有 个？ 6 每个Cl-周围最近距离的
Na+有 个？ 2.在NaCl晶体中，每个Na+周
围最近距离的Na+有12个？
3.氯化钠的化学式用“NaCl”来表示，原因何在？能 否
4 把“NaCl”称为分子式？ 4
4.每个晶胞中平均有 个Na+？ 个Cl-？（位于顶 点、棱边、面心、体心上的粒子对该晶胞的贡献）
典型晶体结构知识讲解
(3)二氧化碳晶体 干冰晶体是一个立方面心结构，每8个CO2分
子构成立方体且再在6个面的中心又各占1个 CO2。 (见图已)。
(3)二氧化碳晶体 [思考]；在每个CO2周围最近且等距离的CO2有 12 个 该晶胞相当于有 4 个CO2分子。
(4)金刚石晶体 每个C原子与4个C原子紧邻。由5个碳原子
晶体之所以具有规则的几何外形，是因其内部的 质点作规则的排列，实际上是晶体中最基本的结 构单元重复出现的结果。
我们把晶体中重复出现的最基本的结
构单元叫晶体的基本单位—— 晶胞
晶胞对组成晶胞的各质点（晶格点）的占 有率如何呢（以立方体形晶胞为例）？如果 是六棱柱形晶胞又如何?
晶胞对组成晶胞的各质点的占有率
1:晶体结构的想象;
(1)氯化钠晶体 氯化钠是一种简单立 方体结构，Na+、Cl-交 替占据立方体的顶点而 向空间延伸。(见图甲)。
(2)氯化铯晶体
[思考］： 在每个Cs+周围最近且等距离的Cl-有 ８ 个， 在每个Cl-周围最近且等距离的Cs+有 ８ 个， 在每个Cl-周围最近且等距离的Cl-有 ６ 个， 在每个Cs+周围最近且等距离的Cs+有 ６个， 该晶胞相当于 4 个“CsCl”分子。
体心： 1
立
方 面心： 1/2
晶 胞
棱边： 1/4
顶点： 1/8
如图晶体的一个晶胞 中，有c粒子：12×1/4+1=4个，有d粒子： 8×1/8+6×1/2=4个，c:d=1:1，晶体的化学式 为cd或dc。
[例1] 有下列离子晶体空间结构示意图：(● 阳离子 ○阴离子)
以M代表阳离子，以N表示阴离子，写出各离子
晶体的组成表达式：A
共价晶体晶胞结构
共价晶体晶胞结构共价晶体是一种由共价键连接的原子组成的固体。
在共价晶体中，原子通过共用电子来形成化学键，形成三维的晶体结构。
晶胞是最小的重复单元，包含了晶体的全部信息。
本文将介绍共价晶体的晶胞结构。
共价晶体晶胞结构的特征是由共价键连接的原子形成的三维晶体结构。
共价键是指两个或多个原子通过共享电子而形成的化学键，是原子之间的强相互作用力。
在共价晶体中，原子之间通过共价键紧密地连接在一起，形成了稳定的晶体结构。
共价晶体的晶胞是最小的重复单元，它由原子组成，并且具有特定的晶体结构。
晶胞通常是一个平行六面体或正交体，其中包含了晶体的全部信息。
晶胞的边长和角度是由晶体中原子之间的相互作用决定的。
共价晶体的晶胞结构可以用晶胞参数来描述。
晶胞参数包括晶胞的边长和角度，以及晶胞内原子的位置坐标。
晶胞的边长由晶格常数来表示，晶格常数是晶体中原子排列的特征参数。
晶胞内原子的位置坐标通常用分数坐标来表示，分数坐标是指原子在晶胞内的相对位置。
共价晶体的晶胞结构可以分为简单立方晶胞、面心立方晶胞和体心立方晶胞等不同类型。
简单立方晶胞是最简单的晶胞结构，其中每个原子都位于晶胞的角落。
面心立方晶胞是一种更复杂的晶胞结构，其中除了角落上的原子外，还有一些原子位于晶胞的中心。
体心立方晶胞是一种更为复杂的晶胞结构，其中除了角落上的原子外，还有一个原子位于晶胞的中心。
共价晶体的晶胞结构不仅取决于晶胞参数，还取决于晶格类型。
晶格类型可以分为正交晶系、立方晶系、四方晶系、单斜晶系、三斜晶系、三方晶系和六方晶系等不同类型。
每种晶格类型都对应着特定的晶胞结构和晶体性质。
共价晶体的晶胞结构对于晶体的性质具有重要影响。
晶胞结构决定了晶体的密度、硬度、热导率等物理性质。
不同的晶胞结构会导致晶体具有不同的化学和物理性质，因此晶胞结构是研究和理解共价晶体的重要基础。
总结起来，共价晶体的晶胞结构是由共价键连接的原子形成的三维晶体结构。
晶胞是最小的重复单元，包含了晶体的全部信息。
晶体晶胞结构讲解
物质结构要点1、核外电子排布式外围核外电子排布式价电子排布式价电子定义：1、对于主族元素，最外层电子2、第四周期，包括3d与4S 电子电子排布图熟练记忆 Sc Fe Cr Cu2、S能级只有一个原子轨道向空间伸展方向只有1种球形P能级有三个原子轨道向空间伸展方向有3种纺锤形d能级有五个原子轨道向空间伸展方向有5种一个电子在空间就有一种运动状态例1：N 电子云在空间的伸展方向有4种N原子有5个原子轨道电子在空间的运动状态有7种未成对电子有3个 ------------------------结合核外电子排布式分析例23、区的划分按构造原理最后填入电子的能级符号如Cu最后填入3d与4s 故为ds区 Ti 最后填入能级为3d 故为d区4、第一电离能：同周期从左到右电离能逐渐增大趋势（反常情况：S2与P3 半满或全满较稳定，比后面一个元素电离能较大）例3、比较C、N、O、F第一电离能的大小 --------------- F ＞N＞O＞C例4、某元素的全部电离能(电子伏特)如下：回答下列各问：(1)I6到I7间，为什么有一个很大的差值?这能说明什么问题? _________________________(2)I4和I5间，电离能为什么有一个较大的差值_________________________________(3)此元素原子的电子层有 __________________层。
最外层电子构型为 ______________5、电负性：同周期从左到右电负性逐渐增大（无反常）------------F＞ O ＞N ＞C6、对角线规则：某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”如：锂和镁在空气中燃烧的产物，铍和铝的氢氧化物的酸碱性以及硼和硅的含氧酸酸性的强弱7、共价键：按原子轨道重叠形式分为：σ键和π键 (具有方向性和饱和性)单键 -------- 1个σ键双键------1个σ键和1个π键三键---------1个σ键和2个π键8、等电子体：原子总数相等，价电子总数相等----------具有相似的化学键特征例5、N2 CO CN-- C22-互为等电子体CO2 CS2 N2O SCN-- CNO-- N3- 互为等电子体从元素上下左右去找等电子体，左右找时及时加减电荷，保证价电子相等。
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物质结构要点1、核外电子排布式外围核外电子排布式价电子排布式价电子定义:１、对于主族元素，最外层电子2、第四周期，包括3d与4S 电子电子排布图熟练记忆 Sc Fe Cr Ｃｕ2、S能级只有一个原子轨道向空间伸展方向只有1种球形P能级有三个原子轨道向空间伸展方向有３种纺锤形d能级有五个原子轨道向空间伸展方向有5种一个电子在空间就有一种运动状态例1:N 电子云在空间的伸展方向有4种N原子有5个原子轨道电子在空间的运动状态有7种未成对电子有3个 -－------－---－--－－----－--结合核外电子排布式分析例23、区的划分按构造原理最后填入电子的能级符号如Cu最后填入3d与４s 故为dｓ区 Tｉ最后填入能级为３d故为d 区4、第一电离能：同周期从左到右电离能逐渐增大趋势（反常情况：S2与P3 半满或全满较稳定，比后面一个元素电离能较大）例3、比较C、Ｎ、O、F第一电离能的大小 -－－-－---------- F>N>Ｏ＞Ｃ例4、某元素的全部电离能(电子伏特)如下:I１Ｉ2 Ｉ３Ｉ4 Ｉ5 Ｉ6 I7 I823.6 3５．1 ５4．９77.4 1１３.9 138.1 739.1 871.1回答下列各问:（1)I6到I7间，为什么有一个很大的差值?这能说明什么问题? ＿______＿__＿_＿＿＿_______＿_＿(２)I4和I５间,电离能为什么有一个较大的差值_＿＿＿_________＿___＿__＿___＿_＿＿__＿__ (３)此元素原子的电子层有 __＿__＿_＿_＿__＿__＿_＿层。
最外层电子构型为 ___＿__________5、电负性：同周期从左到右电负性逐渐增大(无反常)－----－－－-－--F> O＞N >C6、对角线规则：某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”如：锂和镁在空气中燃烧的产物,铍和铝的氢氧化物的酸碱性以及硼和硅的含氧酸酸性的强弱7、共价键：按原子轨道重叠形式分为:σ键和π键 (具有方向性和饱和性）单键 -－---－-- １个σ键双键-－-－--1个σ键和1个π键三键---－--－--1个σ键和２个π键8、等电子体:原子总数相等,价电子总数相等--－－--－---具有相似的化学键特征例5、N2 CO CＮ－-Ｃ2２-互为等电子体CO2 CS2N２O SCＮ－－ CNＯ-- N3－互为等电子体从元素上下左右去找等电子体,左右找时及时加减电荷，保证价电子相等。
９、应用VSEPＲ理论判断下表中分子或离子的构型。
化学式σ键电子对数中心原子含有孤对电子对数VSEPＲ模型分子立体构型杂化类型ＡＢn SＯ３对于给出结构的分子或离子,根据中心原子成四个价键（8个电子）,直接判断.(B原子六个电子）例６、N原子的杂化类型PO42- P的杂化类型＿____＿__＿__＿＿＿___CH3CHＯC原子的杂化类型____________Ni（CO)4中心原子的杂化_＿＿__＿_＿_＿___＿___10、配合物配位键也是共价键，属于σ键。
例7、中心原子或离子配体配位原子或离子配位数Fe(ＣO)5Fe(SCＮ)3Zn(ＣＮ)４-－Al F６－－规律:一般是电负性较大的原子吸引电子能力较强,电子对不易给出,不作为配位原子11、分子间作用力:①一般分子间作用力—范德华力②氢键例８、Na2B４O７.10Ｈ2O晶体中存在的作用力＿_＿_____＿____＿_____＿______________＿＿___＿12、氢键①存在:一个分子的Ｘ-Ｈ中的H原子与另外的X原子相结合而成（X表示N、O、F)②表示方法:A━H┄B例9、写出氨水中氢键的种类Ｎ━H┄N N━Ｈ┄O Ｏ━Ｈ┄ＯＯ━H┄N 共４种③H2O分子中氢键的数目－--１个水分子形成4个氢键-－-1ｍol Ｈ2Ｏ分子含氢键2NAHF分子中氢键的数目-－-1个HF分子形成２个氢键---1molHF分子含氢键NA④氢键对某些现象的解释i．解释分子熔沸点的大小IＩ.解释物质溶解性的大小IＩＩ．解释冰融化为水密度减小,体积增大:氢键的存在使处于中心的水分子与其他水分子呈四面体，空间利用率较低,溶化后空隙减小ｉv.解释邻羟基苯甲醛与对羟基苯甲醛沸点的高低v.解释接近水的沸点的水蒸气的Ｍr测定值比用化学式计算的值大一些:１３、比较物质熔沸点的大小⑴先考虑晶体类型。
原子晶体> 离子晶体 >分子晶体⑵对于属于同种晶型，再具体分析①离子晶体:(含有离子键-－－金属和NH４＋的出现),晶格能(电荷，半径)②原子晶体:从共价键的键长分析③分子晶体：优先考虑氢键的存在，存在氢键的分子相对熔沸点高对于不存在氢键的分子晶体，再从Ｍｒ来比较。
例1０、比较Ｓｉ、SiC、NａcL 、KcL、H２O、Ｈ2S、HCL沸点高低14、无机含氧酸①属于几元酸,看结构中所含━ＯＨ的数目,或者看与ＮａOH生成盐的种类②同一元素的含氧酸，该元素的化合价越高(显正价)则正电性高,则含氧酸酸性强（该元素的化合价高与含氧酸的氧化性无直接联系）对于跟多含氧酸,中心元素不同,━OH的数目也不同,（HO)m RO n，非羟基氧原子数目越多,含氧酸酸性越强。
NａCl型(一个晶胞中四个Na+，四个Ｃl －)CsCｌ型正负离子配位数均为8与铯离子等距离且最近的铯离子有６个、氯离子有８个ＣaＦ2型•CａF2晶体属立方面心点阵，Ｆ－作简单立方堆积,Ca２+数目比F-少一半，所以填了一半的立方体空隙,每一个Ca2+由八个F－配位,而每个Ｆ-有４个Ｃａ2＋配位ＺｎＳ型ＴｉO2(金红石型）ＡB2型晶体中，最常见的重要结构是四方金红石(TiO2)结构。
在此结构中Tｉ4＋处在略有变形的氧八面体中,即氧离子作假六方堆积,Ti4+填在它的准八面体空隙中一、分子晶体的一般宏观性质①较低的熔沸点②较小的硬度③固态或熔融状态下都不导电构成分子晶体的粒子是分子，粒子间的相互作用是分子间作用力或氢键二、．晶体分子结构特征（１)只有范德华力，无分子间氢键-分子密堆积（每个分子周围有12个紧邻的分子，如:C6０、干冰、Ｉ2、O2)----晶胞结构都属于面心立方（２)有分子间氢键－不具有分子密堆积特征（如：HＦ、冰、NH3）(与CＯ2分子距离最近的ＣO２分子共有12个）原子晶体晶体中每个C原子和４个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1:2,最小环由6个C原子组成,每个Ｃ原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/２个Ｃ原子。
每个C原子被４个碳碳键所共用；每个碳碳键含有2个Ｃ原子，平均每个碳碳键含有1/2个C原子。
故平均每个最小环含有1个碳碳键金刚石是立体网状结构，每个碳原子形成4个共价键,任意抽出2个共价键，每两个单键归两个六元环所有，而不是只归一个六元环所有（如图所示,红色的两个碳碳单键,可以构成蓝色和紫红色的两个六元环)。
每个碳原子连出4个共价键,任意抽出2个共价键能决定两个６元环，４个共价键总共能抽出6组。
所以6组碳碳键实际上可以构成12个六元环,所以一个碳归十二个六元环共用。
６×１／１2 = 1/2晶体中的最小环为十二元环，其中有６个Si原子和6个Ｏ原子,含有1２个Si-O键；每个Ｓi原子被12个十二元环共有，每个Ｏ原子被６个十二元环共有，每个Si－Ｏ键被6个十二元环共有;20１5年全国理综能力测试卷中第３7题是[物质结构与性质]选考题,其中有一个小题的内容是：“在金刚石晶体中，C原子所连接的最小环也为六元环，每个C原子连接 ( ）个六元环,六元环中最多有(）个C原子在同一平面。
”从不同观察和分析角度的观察金刚石的晶体结构模型，可以对上述问题的第1问做如下两种盘判断：(1)晶体中每个Ｃ原子和它周围的4个C原子以共价键相连，金刚石晶体结构的观察分析形成空间正四面体结构,晶体中每个碳原子都和其他碳原子构成空间正六边形的碳环。
由于每个C原子和它周围的4个C原子连接，因此它必然同处于4个六元环上,而与之相连的4个C原子的每一个又和另外3个Ｃ原子相连。
因而，它必然又在另外3个碳原子所在的环上。
所以这个碳原子连接3×4=１２个六元环。
(２）晶体中每个碳原子以四个碳碳单键分别其他碳原子连接,这个碳原子上的每两个碳碳单键可以分属于两个六元环（右图中用红色描出的环)。
每个碳原子的四个碳碳单键,每两个键组合成环,依据组合排列规律,可以知道有C4２种（即6种)组合,因此，每个碳原子可以处于2×C42=１2个六元环。
金属晶体面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有,在面心的为2个晶胞共有。
微粒数为:8×1/８ + 6×1/2 = ４晶体密度=m晶胞/v晶胞m晶胞＝摩尔质量除以阿伏伽德罗常数乘以晶胞中所含的原子或离子数体心立方晶胞四点间的夹角均为60°C６0的形状类似于足球,1个顶点引出3条边(其中1个是双键，另２个是单键）,1条边被两个顶点共用，因此1个C60有60个顶点和9０个边。
假设1mｏl C6０有x ｍoｌ碳碳双键（Ｃ=C)，y mol碳碳单键(C－C)ﻫ从每个顶点来看,y=２xﻫ从边的数量来看，x＋y=90ﻫ解得ｘ=3０,y=6０ﻫ因此1mol C6０有60ｍｏｌ碳碳单键(Ｃ－C） ,30ｍｏl碳碳双键(Ｃ＝C)设正六边形x个正五边形ｙ个由欧拉公式60+(x＋y）-(6x+5y）/2＝2 欧拉公式顶点+面—棱=２每个正五边形有5个键每个正六边形有6个键6x/2+5y/2=６0×3÷２ (有一个双键)解得ｘ=２0，y＝１2习题１、最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态分子,如右图所示。
顶角和面心的原于是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是( )A．TｉCＢ．Ｔｉ4C4, Ｃ.Ti14C１３Ｄ．Ｔi13C１４2、硼砂是含结晶水的四硼酸钠，其阴离子X m—(含B、Ｏ、H三种元素)的球棍模型如右下图所示：①在Xｍ—中，硼原子轨道的杂化类型有;配位键存在于原子之间(填原子的数字标号）；m= (填数字）。
②硼砂晶体由Nａ+、X m—和H２O构成,它们之间存在的作用力有。
Ａ．离子键Ｂ.共价键 C.金属键D.范德华力Ｅ.氢键（４)①1，3,5，6代表氧原子,２,4代表B原子，２号B形成3个键,则B原子为ＳP2杂化, 4号B形成4个键，则B原子为SP3杂化；Ｂ一般是形成3个键，４号Ｂ形成4个键，其中1个键很可能就是配位键,配位键存在4号与5号之间。
观察模型,可知X m—是（H4B４O９)ｍ—，依据化合价H为+１,Ｂ为＋3，O为—2,可得m=2,这问有一定难度，思维能力，空间能力要求比较高。
②钠离子与X m—形成离子键，结晶水分子间存在氢键和范德华力题目是问钠离子、Xｍ—、水分子之间的作用力,而不是硼砂晶体中的作用力，可能会多选B。