晶体结构和晶体缺陷

920 992 3.2 770 801 2.5 733 747 <2.5 683 662 <2.5 4147 2800 5.5 3557 2576 4.5 3360 2430 3.5 3091 1923 3.3
按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
晶系
立方晶系
三方晶系 四方晶系 六方晶系 正交晶系
单斜晶系 三斜晶系
边长
a=b=c
a=b=c a = b≠c a = b≠c a≠b≠c a≠b≠c a≠b≠c
夹角
α=β=γ= 900
α=β=γ≠900 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ= 1200 α=β=γ= 900
NaCl 型 离子晶体
NaF NaCl NaBr NaI MgO CaO SrO BaO
Z1 Z2 r+ r-
U 熔点 硬度
/pm /pm /kJ·mol-1 /oC
1 1 95 136 1 1 95 181 1 1 95 195 1 1 95 216 2 2 65 140 2 2 99 140 2 2 113 140 2 2 135 140
晶体结构和晶体缺陷
晶体
非晶体
晶体结构和晶体缺陷
晶体与非晶体的区别
晶体
非晶体
规则几何外形
无定形
确定的熔点
无确定的熔点
各向异性
各向同性
对X射线的衍射效应 无
对称性
无
晶体结构和晶体缺陷
将晶体内的微粒视为几何上的点, 这些点所 组成的几何构型称为晶格(crystal lattice) 。而微 粒所占有的位置称为晶格结点( lattice point)。
r/r 0.414
NaCl晶体:
晶体结构和晶体缺陷
r/r 0.414理想的稳定结构(NaCl)
r+/r- < 0.414
r+/r- > 0.414
晶体结构和晶体缺陷
离子半径比与配位数的关系
r / r 0.225 → 0.414 0.414 → 0.732 0.732 → 1.00
配位数 4 6 8
晶胞中离子的个数: Cl- :811个 8 晶体结构和晶体缺陷
ZnS型(立方型)
晶格: 面心立方
配位比: 4:4
(红球－Zn2+ ,
绿球－S2-)
Zn2+ :4个
晶胞中离子的个数:
S2- :61814个
2 晶体结构和晶体缺陷
8
半径比(r+/r-)规则: 其中一层横截面:
(4r)2 2(2r 2r)2 令r 1
晶体结构和晶体缺陷
3.晶体类型
(wk.baidu.com) 离子晶体 离子晶体(ionic crystal)：正、负离子交
替排列在晶格结点上，相互间以离子键结合 而构成的晶体。
特征结构：配位数高，晶体中没有独立 的分子存在。离子在晶体中采取紧密堆积方 式。 阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。 规则：阴阳离子相互接触稳定；
第三层与 第一层不是对 齐的，有错位， 以ABCABC… 方式排列。
晶体结构和晶体缺陷
配位数：12
(3)体心立方堆积:(boyd centered cubic packing,bcc)
立方体的 中心和8个顶角 各为一个球占 据。
配位数：8
晶体结构和晶体缺陷
密堆积结构中存在许多空隙 四面体空隙
八面体空隙
构型 ZnS 型 NaCl 型 CsCl 型
晶体结构和晶体缺陷
晶格能U (lattice energy)：在标准状态下， 由离子晶体变为气态的正、负离子时所吸收 的能量。单位：kJ·mol-1
晶格能可用于衡量晶体离子键的强弱 例如：NaCl(s) △rHm Na+ (g) + Cl- (g)
△ rHm78k6Jmo-1l U 78k6Jmo-1l
晶胞(Unit cell)：晶体的最小重复单元， 通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。
晶体结构和晶体缺陷
晶胞的两个要素：
(1)晶胞的大小与形状：
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。
晶体结构和晶体缺陷
(2) 晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶 胞中的相对位置。
晶体结构和晶体缺陷
影响晶格能的因素： ① 离子的电荷(晶体类型相同时)
Z↑,U↑ 例:U(NaCl)<U(MgO) ② 离子的半径(晶体类型相同时)
R↑,U↓ 例:U(MgO)>U(CaO)
特征物性：有较高的熔点、硬度，是电的 良导体，但延展性差,较脆。
晶体结构和晶体缺陷
晶格能对离子晶体物理性质的影响
配位数大，稳定。
晶体结构和晶体缺陷
三种典型的离子晶体
NaCl型
晶格: 面心立方 配位比: 6:6
晶胞中离子的个数:
(红球－Na+ ,
绿球－Cl-)
Na:12114个 Cl:81614个
4
82
晶体结构和晶体缺陷
CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8 (红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
Cs :1个
α=γ= 900, β≠ 900 α≠β≠γ≠ 900
晶体实例
NaCl
Al2O3 SnO2 AgI HgCl2 KClO3 CuSO4·5H2O
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晶体结型构和式晶体。缺陷
晶格的14种型式
简单立方
体心立方
面心立方
简单四方
体心四方
简单六方
晶体结构和晶体缺陷
简单菱形
简单正交 底心正交
体心正交
面心正交
简单单斜
底心单斜
晶体结构和晶体缺陷
简单三斜
单晶(single crystal)：单个晶体构成的物 体。在单晶体中所有晶胞均呈相同的位向。 一般所谓的晶体都是泛指单晶体。
多晶(polycrystals)：由许多晶体(晶粒)构 成的物体。或者说多晶体是由许多取向不同 而随机排布的小晶体组成。
晶体结构和晶体缺陷
2.球的密堆积
(1)六方密堆积:(hexagonal closest packing, hcp)
同层每个 球周围有六个 球，第三层与 第一层对齐， 形成ABAB… 排列方式。
晶体结构和晶体缺陷
配位数：12
(2)面心立方密堆积:(cubic closest packing,ccp)
4.4 晶体结构和晶体缺陷
4.4.1 晶体结构特征和类型 4.4.2 晶体缺陷
晶体结构和晶体缺陷
4.4.1 晶体结构特征和类型
1.晶体结构的特征与晶格理论
晶体(crystal):内部微粒(原子、分子或离子) 在空间按一定规律周期性排列构成的固体。
非晶体(amorphous solid):内部微粒在空间 作无规则排列构成的固体。