材料中的晶体结构PPT课件
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2.材料中的晶体结构
在晶体结构中,一般将原子或离子看成具 有一定大小的球体。球体间作紧密堆积。 等大球体、不等大球体
原子(离子)有效半径:
1
2.1纯金属的晶体结构
典型金属的晶体结构 面心立方(A1或f.c.c) 体心立方(A2或b.c.c) 密排六方(A3或h.c.p)
2
面心立方 f.c.c
16
h.c.p结构中的间隙
对于c/a=1.633 ,在原子半径相同条件 下间隙大小与f.c.c相同。
只是间隙中心的位置有所不同。
17
原子的堆垛方式
h.c.p中 {0001}的堆垛顺序: ABAB… f.c.c中 {111}的堆垛顺序:ABCABC …
18
多晶型(同素异构)转变
概念: 特点:
小的正离子填充空隙 A是2价离子、B是4价离子;
A是1价离子、B是5价离子;
54
②MgAl2 O4 尖晶石
晶体结构 立方晶系 Z=8 O2- 作立方紧密堆积,面心立方格子 二价阳离子A填充于1/8四面体间隙 三价阳离子B填充于1/2八面体间隙
48
(7)α-Al2O3 (刚玉)型 (A2B3型)
刚玉晶体属 CN(+)=
CN(-)= Z=2 配位多面体为
49
(7)刚玉型
考虑电价平衡,八面体间隙正离子只占 2/3。
Al3+离子的分布有一定规律 。 属于刚玉型结构的晶体有:
50
(8)复合氧化物结构
① CaTiO3 钙钛矿 (ABO3 ) ② MgAl2 O4 尖晶石 (AB2 O4 )
40
(4)α-ZnS (纤锌矿)型 (六方ZnS) (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=2 配位多面体
41
(4)纤锌矿型
描述: 属于纤锌矿型结构的晶体有:
42
(5)CaF2(萤石)型
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=4
(AB2型)
43
9
间隙的种类
10
间隙的大小
11
f.c.c结构中的间隙
12
f.c.c结构中的间隙
wenku.baidu.com 正八面体间隙 位置: 数目:
正四面体间隙 位置: 数目:
大小: 大小:
13
b.c.c结构中的间隙
14
b.c.c结构中的间隙
扁八面体间隙 位置: 数目: 大小:
四面体间隙 位置: 数目:大小:
15
h.c.p结构中的间隙
内容: 静电键强度 S=Z/n 离子配位数与电价关系:
Z Z CN() CN()
26
(3)第三规则 连接规则(能量规则)
内容: 一般规律:四面体, 连接;八面体,
连接;立方体, 连接。
27
(3)第三规则
28
(4)第四规则 连接规则
内容: 多种阳离子存在,其配位多面体尽可能
互不相连,若连,共 。
配位多面体为 面体
33
(1)NaCl型
描述: ① 八面体以 方式连接而成。 ② ③ Cl-按 密堆积,Na+位于
间隙中。
34
(1)NaCl型
属于NaCl型结构的晶体有: 不同的是晶体的 参数不相同。
35
(2)CsCl型 (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=1 配位多面体为
22
(3)配位多面体
23
离子晶体的结构规则 —鲍林规则
鲍林提出了五条规则,成功地解释了大 多数离子晶体结构,其规则也就是决定 结构单元自身特性及结构单元之间连接 方式地规则。
24
(1)第一规则 负离子配位多面体规则
内容: r 0=r++r- r+/r- → CN(+)
25
(2)第二规则 静电价规则
CNf.c.c = 12 CNb.c.c = 8 CNh.c.p = 12 (c/a=1.633)
Kf.c.c = 74% Kb.c.c = 68% Kh.c.p = 74% (c/a=1.633)
8
间隙
四面体间隙、八面体间隙: 在分析晶体结构的间隙时,要明确间隙
的种类、大小、位置、数目。
29
(5)第五规则 节省规则
内容: 在一个均匀结构中,不同 的配位多
面体很难有效地堆积在一起。
30
典型的离子晶体结构
对晶体结构的描述通常使用以下三种方法: ① ② ③
31
(1)NaCl型 (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=4
晶系 立方
32
(1)NaCl型
19
2.2离子晶体的结构
(1)离子半径 有效半径: 离子半径的大小并非绝对的,同一离子随着
价态和配位数的变化而变化。
20
(2)配位数CN
涉及正负离子 。 正、负离子的配位数多少与离子半径之
比有关 r+/r-。
21
(3)配位多面体
配位多面体: 配位多面体是离子晶体的基本结构单元。 了解晶体结构: r+/r-→ CN(+) → 配位多面体 → 结构特点
51
① CaTiO3 钙钛矿
晶体结构 立方晶系(高温时) Z=4 Ca2+ 面心立方的角顶 CN(Ca2+)=12 O2- 面心立方的面心 CN (O2- )= 6 Ti4+ 填充1/4八面体间隙 CN (Ti4+ )= 6
52
① 钙钛矿
53
① 钙钛矿
存在大的正离子 大的正离子、负离子一起形成密堆结构,
3
体心立方 b.c.c
4
密排六方 h.c.p
5
点阵常数
晶胞的棱边长度a、b、c ,原子半径为r,则
afcc = 2 2 r
abcc =
4 3
3
r
ahcp = 2r (c/a=1.633)
6
晶胞原子数N
N的概念: 计算方法: Nfcc= 4 Nbcc= 2
Nhcp= 6
7
配位数CN和致密度K
(5)萤石型
配位多面体为
44
(5) 萤石型
萤石结构中,存在
机制。
反萤石结构:
属于萤石型结构的晶体有:
属于反萤石结构的晶体有:
45
(6)TiO2 (金红石)型(AB2型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=2
46
(6)金红石型
配位多面体为
47
(6)金红石型
描述: 属于金红石型结构的晶体有:
36
(2)CsCl型
描述:
① 立方体以
连接。
②
③ Cl-按 堆积 ,Cs+占据 间隙。
属于CsCl型结构的晶体有:
37
(3)β-ZnS (闪锌矿)型 (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=4
38
(3)闪锌矿型
配位多面体为
39
(3)闪锌矿型
描述: ① ② 见书 ③ 属于闪锌矿型结构的晶体有:
在晶体结构中,一般将原子或离子看成具 有一定大小的球体。球体间作紧密堆积。 等大球体、不等大球体
原子(离子)有效半径:
1
2.1纯金属的晶体结构
典型金属的晶体结构 面心立方(A1或f.c.c) 体心立方(A2或b.c.c) 密排六方(A3或h.c.p)
2
面心立方 f.c.c
16
h.c.p结构中的间隙
对于c/a=1.633 ,在原子半径相同条件 下间隙大小与f.c.c相同。
只是间隙中心的位置有所不同。
17
原子的堆垛方式
h.c.p中 {0001}的堆垛顺序: ABAB… f.c.c中 {111}的堆垛顺序:ABCABC …
18
多晶型(同素异构)转变
概念: 特点:
小的正离子填充空隙 A是2价离子、B是4价离子;
A是1价离子、B是5价离子;
54
②MgAl2 O4 尖晶石
晶体结构 立方晶系 Z=8 O2- 作立方紧密堆积,面心立方格子 二价阳离子A填充于1/8四面体间隙 三价阳离子B填充于1/2八面体间隙
48
(7)α-Al2O3 (刚玉)型 (A2B3型)
刚玉晶体属 CN(+)=
CN(-)= Z=2 配位多面体为
49
(7)刚玉型
考虑电价平衡,八面体间隙正离子只占 2/3。
Al3+离子的分布有一定规律 。 属于刚玉型结构的晶体有:
50
(8)复合氧化物结构
① CaTiO3 钙钛矿 (ABO3 ) ② MgAl2 O4 尖晶石 (AB2 O4 )
40
(4)α-ZnS (纤锌矿)型 (六方ZnS) (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=2 配位多面体
41
(4)纤锌矿型
描述: 属于纤锌矿型结构的晶体有:
42
(5)CaF2(萤石)型
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=4
(AB2型)
43
9
间隙的种类
10
间隙的大小
11
f.c.c结构中的间隙
12
f.c.c结构中的间隙
wenku.baidu.com 正八面体间隙 位置: 数目:
正四面体间隙 位置: 数目:
大小: 大小:
13
b.c.c结构中的间隙
14
b.c.c结构中的间隙
扁八面体间隙 位置: 数目: 大小:
四面体间隙 位置: 数目:大小:
15
h.c.p结构中的间隙
内容: 静电键强度 S=Z/n 离子配位数与电价关系:
Z Z CN() CN()
26
(3)第三规则 连接规则(能量规则)
内容: 一般规律:四面体, 连接;八面体,
连接;立方体, 连接。
27
(3)第三规则
28
(4)第四规则 连接规则
内容: 多种阳离子存在,其配位多面体尽可能
互不相连,若连,共 。
配位多面体为 面体
33
(1)NaCl型
描述: ① 八面体以 方式连接而成。 ② ③ Cl-按 密堆积,Na+位于
间隙中。
34
(1)NaCl型
属于NaCl型结构的晶体有: 不同的是晶体的 参数不相同。
35
(2)CsCl型 (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=1 配位多面体为
22
(3)配位多面体
23
离子晶体的结构规则 —鲍林规则
鲍林提出了五条规则,成功地解释了大 多数离子晶体结构,其规则也就是决定 结构单元自身特性及结构单元之间连接 方式地规则。
24
(1)第一规则 负离子配位多面体规则
内容: r 0=r++r- r+/r- → CN(+)
25
(2)第二规则 静电价规则
CNf.c.c = 12 CNb.c.c = 8 CNh.c.p = 12 (c/a=1.633)
Kf.c.c = 74% Kb.c.c = 68% Kh.c.p = 74% (c/a=1.633)
8
间隙
四面体间隙、八面体间隙: 在分析晶体结构的间隙时,要明确间隙
的种类、大小、位置、数目。
29
(5)第五规则 节省规则
内容: 在一个均匀结构中,不同 的配位多
面体很难有效地堆积在一起。
30
典型的离子晶体结构
对晶体结构的描述通常使用以下三种方法: ① ② ③
31
(1)NaCl型 (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=4
晶系 立方
32
(1)NaCl型
19
2.2离子晶体的结构
(1)离子半径 有效半径: 离子半径的大小并非绝对的,同一离子随着
价态和配位数的变化而变化。
20
(2)配位数CN
涉及正负离子 。 正、负离子的配位数多少与离子半径之
比有关 r+/r-。
21
(3)配位多面体
配位多面体: 配位多面体是离子晶体的基本结构单元。 了解晶体结构: r+/r-→ CN(+) → 配位多面体 → 结构特点
51
① CaTiO3 钙钛矿
晶体结构 立方晶系(高温时) Z=4 Ca2+ 面心立方的角顶 CN(Ca2+)=12 O2- 面心立方的面心 CN (O2- )= 6 Ti4+ 填充1/4八面体间隙 CN (Ti4+ )= 6
52
① 钙钛矿
53
① 钙钛矿
存在大的正离子 大的正离子、负离子一起形成密堆结构,
3
体心立方 b.c.c
4
密排六方 h.c.p
5
点阵常数
晶胞的棱边长度a、b、c ,原子半径为r,则
afcc = 2 2 r
abcc =
4 3
3
r
ahcp = 2r (c/a=1.633)
6
晶胞原子数N
N的概念: 计算方法: Nfcc= 4 Nbcc= 2
Nhcp= 6
7
配位数CN和致密度K
(5)萤石型
配位多面体为
44
(5) 萤石型
萤石结构中,存在
机制。
反萤石结构:
属于萤石型结构的晶体有:
属于反萤石结构的晶体有:
45
(6)TiO2 (金红石)型(AB2型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=2
46
(6)金红石型
配位多面体为
47
(6)金红石型
描述: 属于金红石型结构的晶体有:
36
(2)CsCl型
描述:
① 立方体以
连接。
②
③ Cl-按 堆积 ,Cs+占据 间隙。
属于CsCl型结构的晶体有:
37
(3)β-ZnS (闪锌矿)型 (AB型)
晶体结构 点阵类型 CN(+)=
CN(-)= Z=4
38
(3)闪锌矿型
配位多面体为
39
(3)闪锌矿型
描述: ① ② 见书 ③ 属于闪锌矿型结构的晶体有: