晶体结构基本知识资料
金属材料—晶体结构(无损检测课件)
第1节 晶体结构
金属与合金的晶体结构
晶体的概念 固态物质可以分为两类：晶体和非晶体。 晶体 原子呈有规则的、按一定的几何形状重复排列。如金刚
石、石墨及一切固态的金属和合金。晶体具有各向异性。 非晶体 原子呈无规则的堆积在一起。如玻璃、沥青、松香等。
非晶体具有各向同性 在一定条件下晶体和非晶体可以互相转化。
第1节 晶体结构
金属常见的晶体结构
（1）体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞是一个立方 体，在立方体的中心有一个原子，在立边夹角α＝β＝γ＝90°。属于体心立方 晶格的金属有α－Fe、Cr、W、Mo等。
(2)面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一个立方 体，在立方体的每一个面的中心和立方体的八个角 上，均分别有一个与其他相邻晶胞所共有的原子。 其晶格常数a＝b＝c，棱边夹角α＝β＝γ＝90°。属 于这类晶格的金属有γ－Fe、Al、Cu、Ni等。
（3）晶格常数 在三维空间中，晶胞的几何特征即大小和形 状常以晶胞的棱边长度a、b、c及棱边夹角α、β、γ来描述， 其中晶胞的棱边长度a、b、c一般称为晶格常数。
第1节 晶体结构
2．晶体结构的基本知识
（1）晶格 假定晶体中的物质质点都是固定的刚球， 由这些刚球堆垛而成晶体，如图所示，即原子堆垛 模型。
为了研究方便，假设通过这些质点的中心画出许多空间直线 形成空间格架，这种假想的格架在晶体学上就称为晶格。晶格 中的每个点叫做晶格结点。
（2）晶胞 从晶格中选取一个能够完全反映晶格 特征的最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规 律，这个最小的几何单元称为晶胞。
(3)密排六方晶格 密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是
一个六方柱体，它是由六个呈长方形的侧面和两个呈六边形 的底面所组成。在上下底面的十二个结点处各有一个原子， 在两个六方底面的中间还有三个原子，其晶格常数a＝b≠c， 棱边夹角α＝β＝90°，γ＝120°。属于密排六方晶格的金属有 Mg、Zn、Cd、Be等。
晶体结构知识点
九、晶体结构1、晶体划分为四大类：•金属晶体构成微粒：金属原子（离子）。
结合力：金属键•离子晶体构成微粒：阴阳离子。
结合力：离子键•分子晶体构成微粒：分子。
结合力：分子间作用力•原子晶体构成微粒：中性原子。
结合力：通过共价键2、晶体缺陷：实际晶体与理想晶体（1.实际晶体的大小有限（2.实际晶体中的质点在平衡位置附近振动（3. 实际晶体中存在位错、裂缝、杂质包藏晶体中一切偏离理想的晶格结构都称为缺陷•按照缺陷的形成和结构分类：①本征缺陷：所有固体都有产生本征缺陷的热力学倾向，因为实际固体熵值都高于完美晶体，升高温度，晶格中粒子在平衡位置振动加剧，有利于缺陷的形成。
②杂质缺陷：在Si中掺杂P：口型（电子型）半导体在Si中掺杂B：口型（空穴型）半导体（4、金属的多晶现象：在不同外界条件下（如温度、压力），金属可能具有不同的晶体结构。
室温下α-Fe bep906°C~1400°C γ-Fe cep1400 °C~1535 °C δ-Fe bep（5、金属键没有方向性和饱和性，粒子尽可能多地与邻近粒子形成紧密堆积，配位数较高2/3为12，一些为8，极少数为6（6、金属晶体具有高密度、高硬度、高熔沸点、易导热、导电、有金属光泽、机械加工性和延展性好的特点。
2金属键理论（1电子海模型金属中，价电子可以自由地从一个原子跑向另一个原子，价电子为许多原子或离子共有，起到把原子或离子粘在一起的作用，形成金属键。
金属离子沉浸在电子的海洋之中。
（2电子海模型的成功应用：解释金属的特性•高密度：晶体的紧密堆积•金厲光泽：由电子吸收可见光再发射出来•导电性：电子在外场下的定向流动•导热性：金属离子受热振动加快，通过自由电子的运动使热运动扩展开来•延展性：由于自由电子的胶合作用，金属正离子容易滑动3、离子晶体（1特点•离子晶体中，正负离子的静电吸引力较强，所以离子晶体一般具有较高的熔点、沸点和硬度离子晶体硬度虽大，但很脆，延展性非常差。
晶体结构与性质知识总结
晶体结构与性质知识总结晶体是由原子、离子或分子组成的固体，它们按照一定的规则排列而形成的，在空间上具有周期性的结构。
晶体的结构与性质密切相关，下面对晶体的结构和性质进行总结。
一、晶体的结构：1.晶体的基本单位：晶体的基本单位是晶胞，它是晶格的最小重复单位。
晶胞可以是点状（原子）、离子状（离子）或分子状（分子）。
2.晶格：晶格是一种理想的周期性无限延伸的结构，它由晶胞重复堆积而成。
晶格可以通过指标来描述，如立方晶系的简单立方晶格用（100）、（010）和（001）来表示。
3.晶系：晶体按照对称性的不同可以分为立方系、四方系、正交系、单斜系、菱面系、三斜系和六角系等七个晶系。
4.点阵：点阵是晶胞中原子、离子或分子的空间排列方式。
常用的点阵有简单立方点阵、体心立方点阵和面心立方点阵。
5.晶体的常见缺陷：晶体中常见的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子等；线缺陷包括晶体的位错和附加平面等；面缺陷包括晶体的晶界、孪晶和堆垛疏松等。
二、晶体的性质：1.晶体的光学性质：晶体对光有吸收、透射和反射等作用，这取决于晶格结构和晶胞的对称性。
晶体在光学显微镜下观察时，有明亮的晶体颗粒。
2.晶体的热学性质：晶体的热学性质主要包括热容、热传导和热膨胀等。
晶体的热传导性能与晶胞的结构和相互作用有关，不同晶体的热传导性能差异很大。
3.晶体的电学性质：晶体的导电能力与晶体的结构和化学成分密切相关。
一些晶体可以具有金属导电性，例如铜、银和金等；而其他晶体可以具有半导体或绝缘体导电性。
4.晶体的力学性质：晶体的力学性质涉及到晶体的刚性、弹性和塑性等。
晶体在受力作用下可能发生形变，这取决于晶格的结构和原子、离子或分子之间的相互作用力。
5.晶体的化学性质：晶体的化学性质取决于晶体的成分和结构。
晶体可能与其他物质发生化学反应，形成新的物质。
晶体的化学性质对其功能和应用具有重要影响。
综上所述，晶体的结构与性质密切相关。
晶体相关知识点总结
晶体相关知识点总结一、基本概念1. 晶体的定义晶体是由原子、离子或分子按照一定的规则排列而形成的固体结构。
晶体具有高度有序性，具有一定的周期性和对称性。
晶体是凝聚态物质的一种主要形式，占据了固态物质的绝大部分。
2. 晶体的种类根据晶体结构的不同，晶体可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体等几种基本类型。
不同类型的晶体具有不同的物理性质和化学性质。
3. 晶体的分类根据晶体的外部形态，晶体可以分为单斜晶、正交晶、菱形晶、六方晶、四方晶、立方晶等几种基本类型。
不同类型的晶体具有不同的外部形态和对称性。
二、晶体结构1. 晶体的晶体结构晶体结构是指晶体中原子、离子或分子的排列方式和规律。
晶体结构可以分为周期性结构和非周期性结构两种形式。
周期性结构是指晶体中原子、离子或分子的排列具有一定的周期性，具有明显的晶格和对称性。
非周期性结构是指晶体中原子、离子或分子的排列没有明显的周期性，没有规则的晶格和对称性。
2. 晶体的晶格晶体的晶格是指晶体中原子、离子或分子所构成的三维空间排列的规则结构。
晶格可以分为周期性晶格和非周期性晶格两种类型。
周期性晶格是指晶格具有明显的周期性，有规则的排列和对称性。
非周期性晶格是指晶格没有明显的周期性，没有规则的排列和对称性。
3. 晶体的晶胞晶胞是指晶体中最小的具有完整晶体结构的基本单位。
晶胞可以分为原胞和扩展晶胞两种类型。
原胞是指晶体中最小的具有完整晶体结构的基本单位，包含了一个或多个原子、离子或分子。
扩展晶胞是指原胞在晶体结构中的重复排列，是构成晶体的基本单位。
三、晶体的生长1. 晶体生长的基本过程晶体生长是指在溶液、熔体或气相中，原子、离子或分子从溶液中萃取并在已生成的晶体上沉积，形成新晶体的过程。
晶体生长的基本过程包括成核、生长和成形几个阶段，成核是指溶液中原子、离子或分子聚集形成晶体的核心；生长是指晶体核心上原子、离子或分子的进一步沉积和排列生长；成形是指晶体的表面形态和结晶过程。
晶体学基础必学知识点
晶体学基础必学知识点1. 晶体的定义：晶体是由原子、离子或分子以有序排列形成的固态物质。
2. 结晶学：研究晶体的结构、性质以及晶体的生长过程。
3. 晶体的晶格：晶体具有规则的周期性排列结构，可以用晶格来描述。
4. 晶胞：晶体中最小的重复单元，可以通过平移来产生整个晶体结构。
5. 晶体的晶系：根据晶胞的对称性，晶体可以分为七个晶系，分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、六方晶系、菱方晶系和立方晶系。
6. 晶体的晶面和晶向：晶体表面上的平面称为晶面，晶体内部的线段称为晶向。
7. 晶体的点阵和晶格常数：晶胞中的基本单位称为点阵，晶体的晶格常数是指晶格中基本单位的尺寸参数。
8. 布拉格方程：描述X射线或中子衍射中晶体衍射角度与晶格参数之间的关系。
9. 动态散射理论：描述X射线或中子与晶体中原子、离子或分子相互作用的过程。
10. 逆格子：描述晶格的倒数空间，逆格子与晶格的结构存在对偶关系。
11. 晶体缺陷：晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，晶体缺陷对晶体的性质和行为有重要影响。
12. 晶体生长：研究晶体从溶液或气体中的形成过程，包括核化、生长和晶面的形态演化等。
13. 晶体的结构表征方法：包括X射线衍射、中子衍射、电子衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。
14. 晶体结构的解析和精修：通过衍射数据和晶体学软件对晶体的结构进行解析和精修，得到晶体的准确原子位置和结构参数。
15. 晶体的物理和化学性质：晶体的结构对其性质有重要影响，包括光学性质、电学性质、磁学性质和力学性质等。
16. 晶体学的应用：晶体学在材料科学、化学、生物学、地质学和矿物学等领域有广泛的应用，如材料合成、催化剂设计、药物研发和矿石勘探等。
晶体结构基础知识
a ≠ b ≠ c ， = = = 90° 正交晶系 。 此外还有六方晶系，三方晶系，单斜晶系和三斜晶系。
由晶胞参数a，b， c，α，β，γ表 示， a，b，c 为 六面体边长， α， β，γ 分别是bc ca , ab 所形成的 三个夹角。
晶胞的两个要素：
(1)晶胞的大小与形状：
简单单斜
底心单斜
简单三斜
晶体分类
离子晶体： 原子晶体： 分子晶体： 金属晶体：
阴阳离子间通过离子键构成的晶体
原子间以共价键形成的空间网状结构的晶体
分子间以分子间作用力（范德华力）形成的晶体
金属阳离子和自由电子通过金属键形成的单质晶体
金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的 。下面用等径刚性球模型来讨论堆积方式。
观察实心圆点 K，除了 立方体顶点的 8 个 K 外，体 心位置有 1 个 K 。所以称为体心立方晶胞。
再看金属钾的晶胞，右图 。必须说明的是，它属于立方晶系，但既不是 AB 型，也不属 于离子晶体。
立方晶系有 3 种类型晶胞 ： 面心立方、简单立方、体心立方 。
晶体结构基础知识
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红宝石 ruby Al2O3-Cr
宏观晶体的形貌
立方 立方晶体的宏观形貌
晶体的宏观对称性分析
石英玻璃
非晶态又称玻璃态
天然石英玻璃矿物照片
晶体的原子呈周期性排列 非晶体的原子不呈周期性排列
1
在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围 6 个球相切，在中心的周围形成 6 个凹位，将其算为第一层。
2
四、金属晶体
1
2
3
4
晶体结构知识点
晶体结构知识点晶体结构是凝聚态物理学中的重要基础概念，它描述了晶体内部的原子或离子排列方式。
晶体结构的研究对于理解物质性质以及材料科学的发展具有重要意义。
本文将介绍晶体结构的基本概念、常见的晶体结构类型以及晶体结构的表征方法。
一、晶体结构的基本概念晶体是一种具有高度有序排列的固体物质，其内部的原子、离子或分子按照一定的规则排列。
晶体结构主要包括晶胞、晶格、晶格常数和晶体中的基元等概念。
1. 晶胞晶胞是晶体结构中的最小重复单元，它是通过平移操作进行重复填充整个晶体空间的基本单位。
晶胞可以是立方体、正交体、单斜体、菱形体等不同形状。
2. 晶格晶格是由晶胞堆积形成的空间结构，描述了晶体内原子或离子排列的规则性、周期性和对称性。
晶格对称性的不同将决定晶体的晶系，包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱形晶系、三斜晶系、四方晶系和六方晶系等。
3. 晶格常数晶格常数是指晶体结构中晶胞的参数，包括晶格常数a、b、c和晶胞间的夹角α、β、γ。
它们的数值可以通过实验测量或者计算得到，是描述晶体几何结构的重要参量。
4. 基元基元是指晶体结构中的最小组成单位，可以是原子、离子或分子。
晶胞中的所有基元通过晶格的平移操作进行重复填充，形成整个晶体。
二、常见的晶体结构类型根据晶体中原子、离子或分子的排列方式，可以将晶体结构分为多种类型。
以下介绍几种常见的晶体结构类型：1. 立方晶系最简单的晶体结构类型是立方晶系，其晶胞为正方体。
立方晶系包括简单立方晶体、体心立方晶体和面心立方晶体。
在简单立方晶体中，原子只位于晶胞的角点；在体心立方晶体中，除了角点上的原子，还有一个原子位于晶胞的中心；而在面心立方晶体中，除了角点上的原子，还有六个原子位于晶胞的六个面心。
2. 正交晶系正交晶系的晶胞为长方体，晶胞中的边长和夹角可以不相等。
正交晶系包括了许多工程材料，如金属、陶瓷等。
3. 六方晶系六方晶系是由六边形晶胞构成的晶体结构，其中晶胞的底面为六边形，晶胞高度可以与底面边长不同。
大一晶体结构知识点总结
大一晶体结构知识点总结一、晶体结构的基本概念1. 晶体和非晶体晶体是指由具有一定周期性排列的原子、离子或分子所构成的固体。
晶体具有高度有序的排列结构和明显的晶格，因此具有明显的各向异性。
非晶体则是指由没有明显周期性排列的原子、离子或分子所构成的固体，它的原子结构没有规则的周期性，因此不具有晶格和各向异性。
2. 晶体结构的周期性晶体结构具有明显的周期性，晶体内的原子、离子或分子按照一定的规律排列，形成了具有周期性的结构单元，这种结构单元被称为晶胞。
晶体结构的周期性决定了晶体具有一些特殊的物理性质，如光学各向异性、磁学各向异性等。
二、常见的晶体结构类型1. 离子晶体结构离子晶体是由阳离子和阴离子通过静电力相互作用所构成的晶体。
常见的离子晶体结构包括简单离子晶体结构、复式离子晶体结构和过渡金属氧化物晶体结构等。
2. 共价晶体结构共价晶体是由原子通过共价键相互连接所构成的晶体。
共价晶体结构具有明显的共价键，在晶体中形成了三维的晶格结构。
典型的共价晶体结构包括金刚石结构、蛋白石结构等。
3. 金属晶体结构金属晶体是由金属原子通过金属键相互连接所构成的晶体。
金属晶体结构具有自由电子，并具有很好的导电性和热导性。
常见的金属晶体结构包括面心立方结构、体心立方结构和密堆积结构等。
4. 分子晶体结构分子晶体是由分子通过范德瓦尔斯力相互作用所构成的晶体。
分子晶体结构中的分子间相互作用比较弱，因此分子晶体通常具有较低的熔点和易挥发的性质。
典型的分子晶体结构包括葡萄糖晶体结构、苯晶体结构等。
三、晶体结构分析方法1. X射线衍射分析X射线衍射是一种常用的晶体结构分析方法，通过研究X射线在晶体中的衍射现象，可以确定晶体的晶格常数、晶体结构和原子位置等信息。
X射线衍射分析对于无机晶体和生物大分子的研究具有重要的意义。
2. 中子衍射分析中子衍射是另一种常用的晶体结构分析方法，它通常用来研究晶体中的轻原子和磁性物质。
与X射线相比，中子具有更大的散射截面，因此对于轻原子和磁性物质的研究更为适用。
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3、晶体的均一性：晶体的质地均匀，具有 确定的熔点。
4、晶体的各向异性：晶体的某些物理性质 随晶体的取向不同而异。
因生长条件不同，同一晶体可能有不同的 几何外形。
但不同外形的同一 种晶体的晶面夹角 不变.
（如图中的R面和m面 夹角恒为38°12′40″)
自然生长的水晶晶体
晶面夹角不变定律：确定的晶面之间二ห้องสมุดไป่ตู้角— —“晶面夹角”是不变的.
小结：
1.晶体的本质特征是“自范性”，即：晶体 能够自发地呈现封闭的规则凸多面体的外形。
2.晶面夹角不变定律：确定的晶面之间二面 角——“晶面夹角”是不变的。
3.晶体的宏观特征：自范性､对称性､均一性 和各向异性。
3-1-2 晶体的微观特征——平移对称性
a≠ b≠ c α=β=γ=900 a≠ b≠ c α=γ=900 β ≠ 900 a≠ b≠ c α≠ β≠ γ
2个晶胞参数a c
3个晶胞参数a b c
4个晶胞参数a b c β 6个晶胞参数a b c α βγ
六方hexagonal(h)
a= b≠ c α=β=900 γ=1200 2个晶胞参数a c
金属键强度的影响因素： a、原子半径越小，金属键越强； b、成键电子数（价电子数）越多，金属 键越强； c、金属的堆积方式越紧密，原子半径越 小，金属键越强。
为什么铜的原子化 热大于锌？
二、金属键的本质 1、电子气(自由电子)理论 价键理论在金属晶体中的应用。 金属晶体由金属原子、金属离子以及在 金属晶体中自由运动的电子组成。
3-4 金属晶体 3-4-1 金属键 一、金属键的概念： 金属晶体中原子间的化学作用力称为金属键。 金属键强度的度量： 金属的原子化热（升化热）： 单位物质的量（1mol)的金属由结晶态转变为 气态自由原子所需的能量。 即下列过程的能量： M(s) → M(g) △LHθ
△LHθ越大，内聚力就越大，表示金属键越强。 即原子化热越高，金属键强度越大。 内聚力越大，金属的熔点、沸点及硬度就越大。
B、无隙并置：即一个晶胞与它的比邻晶胞 完全共顶角、共面、共棱的，取向一致，无间 隙，从一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需 转动，进行或不进行平移操作，整个晶体的微 观结构不可区别. 即晶胞具有平移性.
2、晶胞的种类： 习惯选用的晶胞是三维的平行六面体， 称为布拉维晶胞。
晶胞
3-2-2 布拉维系 1、晶胞参数：布拉维晶胞的边长与夹
3-4-2 金属晶体的堆积模型 把金属晶体看成是由直径相等的圆球状金属
全国高中学生化学竞赛基本要求
晶体结构
分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。 晶胞（定义、晶胞参数和原子坐标）及以晶胞
为基础的计算。 点阵（晶格）能。 配位数。 晶体的堆积与填隙模型。 常见的晶体结构类型：NaCl、CsCl、闪锌矿
（ 冰Z、nS干）冰、、萤金石红（石Ca、F2二）氧、化金硅刚、石钙、钛石矿墨、、钾硒、、 镁、铜等。
平移对称性：在晶体中，相隔一定距离，总有 完全相同的原子排列出现。这种呈现周期性的 整齐排列是单调的，不变的。 晶体的宏观对称性是晶体的微观对称性的体现。
非晶态物质不具有平移对称性。
3-2 晶胞 3-2-1 晶胞的基本特征(P41)
晶格:组成晶体的质点（分子、原子、离子）以 确定位置的点在空间作有规则的排列，这些点群 具有一定的几何形状，称为结晶格子。
角叫晶胞参数。 晶角：α、β、γ。 晶柱：a、b、c。
2、布拉维系的种类： 按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
立方cubic(c)
a=b=cα=β=γ=900
1个晶胞参数a
四方tetragonal(t) 正交orthorhomic(o) 单斜monoclinic(m)
三斜anorthic(a)
a=b≠ c α=β=γ=900
多晶：看不到规则外形的晶态质。
非晶体
固体
单晶：单一的晶体多面体；
晶体
双晶：两个体积大致相当的单 晶按一定规则生长； 晶簇：单晶以不同取向连在一起；
多晶：看不到规则外形的晶态质。
依晶体的 凸多面体 的数目对 晶体的分 类：
3-1 晶体
3-1-1 晶体的宏观特征
1、晶体的自范性：晶体能够自发地呈现封 闭的规则凸多面体的外形。
固 体 可 分 为 晶 体 (crystal) 和 非 晶 体 (noncrystal)两大类。
晶体物质的质点（分子、原子、离子）做
有规则的排列，而无定形态物质的质点呈混乱 分布。
非晶体
固体
单晶：单一的晶体多面体；
晶体
依晶体的凸多 面体的数目对 晶体的分类：
双晶：两个体积大致相当的单 晶按一定规则生长； 晶簇：单晶以不同取向连在一起；
菱方rhombohedeal(R) a=b=c α=β=γ
2个晶胞参数a α
晶胞按平行六面体几何特征的分类——布拉维系
按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式。 例如，立方晶系分为简单立方、体心立方和面 心立方三种型式。
三维点阵的14种布拉维点阵型式
3-2-3 晶胞中原子的坐标与计数 原子坐标：以x、y、z分别表示a、b、c晶 柱上的距离。 习惯：1 ＞ │ x(y、z) │≥0 顶点原子坐标：0，0，0 体心原子坐标：1/2，1/2，1/2 ab面心原子坐标：1/2，1/2，0 (ac：1/2，0， 1/2；bc：0， 1/2， 1/2) a柱中心原子坐标：1/2，0，0 (c：0，0， 1/2；b：0， 1/2， 0)
晶胞中的原子坐标与计数举例
晶体的基本类型 按照晶格上质点的种类和质点间作用力的 实质（化学健的键型）不同，晶体可分为四 种基本类型。 1. 离子晶体：晶格上的结点是正、负离子。 2. 原子晶体；晶格上的结点是原子。 3. 分子晶体：晶格结点是极性分子或非极性 分子。 4. 金属晶体：晶格上结点是金属的原子或正 离子。
晶格结点:每个质点在晶格中所占有的位置 称为晶格的结点。
晶胞(unit cell)：晶体结构中具有代表性的 最小重复单位。
1、晶体是由完全等同的晶胞无隙并置地堆积而 成的。
A、完全等同：
a、化学上等同：晶胞里原子的数目和种类 完全相同。
b、几何上等同：晶胞的形状、取向、大小、 晶胞里原子的排列完全相同.