1-3 典型晶体结构

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第一章 晶体结构
金红石(TiO2) 的四方原始晶胞
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第一章 晶体结构
钛离子位于单位晶胞的角顶和体心， 氧离子中有四个位于晶胞的上、下底 面上，另外两个位于晶胞内。
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第一章 晶体结构
O2+成扭曲的六方紧密堆积，Ti4+位于半 数的八面体空隙中，构成[TiO6]八面体 配位，CN=6。O为平面三角形配位， CN=3。
第一章 晶体结构
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由AFM显示的2H石墨中的碳原子 Revealing the hidden atom in graphite with AFM showing all atoms within the hexagonal graphite unit cells.
第一章 晶体结构

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第一章 晶体结构
碳化物（AC）， A=Ti、Zr、Hf、V、 Nb、Ta、Th… 氮化物(AN), A=Sc、Y、Ti、Zr、V、 Nb、Cr、Np、Pu、Th、U… 过渡金属元素的氧化物。

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第一章 晶体结构
⑴CsCl型
等轴晶系，空间群Pm3m， a=0.411nm，CN=8，Z=1。 AX型化合物中，r+/r->0.732时，多为 CsCl型结构。
2H石墨的晶体结构
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第一章 晶体结构
石墨具有典型的层状结构，每层由碳原 子排列形成六方环状网，上层六方网环 的碳原子有一半对着下层六方网环的中 心。
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第一章 晶体结构
层内每一个碳原子都与三个碳原子相 连，间距是0.1427nm 。层间碳原子的 间距为0.3355nm。因此石墨层间键的 强度比层内的弱。
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第一章 晶体结构
⑴金刚石的晶体结构
等轴晶系，空间群 Fd3m， ao=0.3570nm，CN=4，Z=8。
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第一章 晶体结构
结构中每个碳原子周围有4个碳原子，形 成四面体配位，碳原子之间以共价键结 合。
金刚石的立方面心晶胞
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结构型 CsCl NaCl ZnS
配位数 8 6 4
r+/r>0.732 0.732－0.414 0.414－0.225
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第一章 晶体结构
⒉ AX2型
主要包括氧化物和氟化物等，典型结 构： 萤石（CaF2）型 金红石（TiO2）型
α- 石英（SiO2）型
Leabharlann Baidu
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第一章 晶体结构
a
铜的立方面心晶胞
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第一章 晶体结构
具有铜型结构的有Au、Ag、Pb、Ni、 Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等单质 晶体。
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第一章 晶体结构
⑵α-Fe的晶体结构
属A2型，空间群为Im3m，铁原子成立 方紧密堆积，立方体心格子。 ao=0.2860nm，CN=8，Z=2。 属α-Fe型结构的有W、Mo、Li、 Na、K、Rb、Cs、Ba等。 Crystallography
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第一章 晶体结构
无机化合物的晶体结构
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第一章 晶体结构
二元无机化合物晶体 1.AX型晶体
阴阳离子电价相同，比例为1:1。 主要有NaCl 型、 CsCl型、 ZnS型等。

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第一章 晶体结构
(1)氯化钠（NaCl）型结构
第一章 晶体结构
Ca2+离子位于立方面心晶胞的八个角 顶和每一个面的中心，F-位于单位晶胞 所等分的八个小立方体的中心。也可 以看成Ca2+成立方紧密堆积，氟离子 充填所有四面体空隙。
反萤石结构 Li2O
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第一章 晶体结构
⑵ 金红石（TiO2）型结构
四 方 晶 系 ， 空 间 群 P42/mnm ， a=0.4594nm，c=0.2959nm ，Z=2。 金红石形结构的稳定范围是 r+/r-=0.732 －0.380。
等轴晶系，空间群Fm3m，立方面心格 子。ao=0.5628nm。CN=6，Z=4。 AX型化合物中，r+/r-=0.414－0.732时 多为NaCl型结构。
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第一章 晶体结构
NaCl的立方面心晶胞 Crystallography
第一章 晶体结构
属于NaCl型结构的二元化合物有： 卤化物(AX)， A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+ … X=F-、Cl-、Br-。
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第一章 晶体结构
Y X
[TiO6]八面体共棱连接成平行c轴的链， 链间共角顶连接
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第一章 晶体结构
⑶ α-石英（SiO2）型结构
三方晶系，空间群：P312或P322； Z=3。 [SiO4]四面体以角顶相联，形成围绕3 次螺旋轴(31和32)的螺旋状链。Si： CN=4，O：CN=2。 Crystallography
第一章 晶体结构
碳原子除了位于晶胞的角顶和面心之 外，若将晶胞等分为8个小立方体，在 相间的小立方体的中心还存在着碳原 子。
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第一章 晶体结构
结构可以看成是由C-C四面体共顶连接 而成。
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第一章 晶体结构
金刚石的类型
晶格中N和B常替代C。N含量一般为 0.001% ~0.25%。按照N的含量将经金 刚石划分为不同类型/
Graphite Crystal
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第一章 晶体结构
石墨的主要性能及用途：




耐高温性：熔点3580℃。石墨坩埚、耐火砖 等。 润滑性：用作润滑剂，在-200-2000℃下有 极高的滑动速度。 导电性：电极、电刷、电池、碳棒、碳管等。 化学稳定性：油漆、油墨、橡胶、塑料填料。

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第一章 晶体结构
铜的晶体结构
Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、 Ca、Sr等单质晶体具有铜型结构
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第一章 晶体结构
元素单质的晶体结构
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第一章 晶体结构
1.金属单质的晶体结构
典型的金属单质晶体，原子之间以金属键 结合，结构看成是由等大球紧密堆积而 成，原子配位数高。
第一章 晶体结构
⑴ 萤石（CaF2）型结构
等轴晶系，空间群Fm3m, ao=0.545nm，Z=4。F-为四面体配位， CN=4；Ca2+为立方体配位，CN=8。 萤石型结构的稳定范围为r+/r->0.732。
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第一章 晶体结构
Ca 2+
F-
萤石(CaF2)型结构
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第一章 晶体结构
氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、 Ti2+、Sn2+、Pb2+ 氢化物 (AH), A=Li+、Na+、K+、Ru+、 Cs+…

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第一章 晶体结构
硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、 Ba2+、Mg2+… 硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、 Ba2+、Mg2+… 碲化物 (ATe ), A= Ca2+、Sr2+、Ba2+、 Ti2…
第一章 晶体结构
具有闪锌矿型结构的有CaF、CuCl、 CuBr、CuI、BeV、BeS、CdS、 HgS、BeSe、BeTe、ZnSe、ZnTe、 CdTe、MgTe、AlP、GaP、AlAs、 GaAs、AlSb、InSb、BaS、BN、 SiC、BeB等。
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第一章 晶体结构
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第一章 晶体结构
⑶闪锌矿（α-ZnS）型结构
等轴晶系，空间群 F 4 3m ao=0.540nm， Z=4。CN=4 结构稳定于r+/r-=0.414－0.225的范围。
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第一章 晶体结构
Zn2+
S 2-
闪锌矿（α-ZnS）型结构
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第一章 晶体结构
Ⅰ型 (含N) Ⅰa型：N为N2、N3 、N n， 98%的天然无色--黄色钻石属于此类。 Ⅰb 型：N为孤N， 多数合成钻石属于此类。 Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝 模、砂轮、钻头等。
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第一章 晶体结构
Ⅱ型（基本不含N） Ⅱa型：不含B，自然界少见，导热 很好。主要作为人造卫星、宇宙飞船、 远程导弹等的红外激光器的窗口材料。 Ⅱb型：含少量B，为半导体，天然蓝 色钻石多为此类型。
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第一章 晶体结构
CsCl的立方原始晶胞
CsCl 结构可以看成是由 Cl- 的立方原始格子和 Cs+ 的立方原始格子套叠而成，一套点阵位于另一套 点阵晶胞的中心，两种离子的配位数CN均为8。
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第一章 晶体结构
属于这种结构型的有 CsBr 、 CsI 、 RbCl 、 ThCl 、 ThTe 、 TlCl 、 TlBr 、 NH4Cl 、 NH4Br 、 NH4I 等 。 在 后 三 种 晶 体 中 ， NH4+可看作是一个简单的阳离子。
c 0.4314 1.59 a 0.2712
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第一章 晶体结构
属Os型结构的有Mg、Zn、Rh、Sc、 Gd、Y、Cd等。
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第一章 晶体结构
Os的晶体结构
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第一章 晶体结构
2.非金属单质的晶体结构
原子之间多以共价键结合。原子配位 数一般符合CN = 8-N规则。 N：非金属原子在元素周期表中的族 数。
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第一章 晶体结构
⑵石墨（C）的晶体结构
六方晶系，空间群P63/mmc， ao=0.246nm，co=0.680nm，Z=4。
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第一章 晶体结构
上层(B)
下层(A)
2H石墨的晶体结构
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第一章 晶体结构
0.3354nm 0.6708nm 0.1427nm 0.2456nm
第一章 晶体结构
S2-位于立方晶胞的8个角顶和每一个面 的面心，若把单位晶胞分成8个小立方 体，Zn2+占据其中相间四个的中心位 置。
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第一章 晶体结构
结构也可以看成是S2-作立方最紧密堆 积，Zn+充填1/2的四面体空隙。将Zn、 S换成C即为金刚石结构。
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第一章 晶体结构
结构按金属原子堆积方式可分为： A1型：立方最紧密堆积 A2型：立方体心紧密堆积 A3型：六方最紧密堆积

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第一章 晶体结构
⑴铜的晶体结构
属A1型，空间群Fm3m， 立方最紧密堆积，立方面心格子, ao=0.3608nm，CN=12，Z=4。
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第一章 晶体结构
Graphite Crystal
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第一章 晶体结构
AFM的逊原子分辨能力 Subatomic resolution by AFM First experimental image showing internal Crystallography atomic structures.
第一章 晶体结构
1.7
典型晶体结构
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第一章 晶体结构
主要教学内容
元素单质的晶体结构 无机化合物的晶体结构 硅酸盐的晶体结构
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第一章 晶体结构
同型结构 质点的种类不同，对应质点的排列方 式相同，称为同型结构。 典型结构 在若干种同型结构的晶体中选出一种 命名这种结构，即为典型结构。
第一章 晶体结构
a
α-Fe晶体结构模型
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第一章 晶体结构
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第一章 晶体结构
⑶Os的晶体结构
六方晶系，空间群为P6/mmc， 六方最紧密堆积，六方原始格子， ao=0.2712nm，co=0.4314nm， CN=12，Z=2。 c 2
a 3 6 1.63