02第二章-晶体结构-基础-结合力和结合能-140903

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D: [211]
在四方晶系中,晶面(110)与晶棱[110]相互( C)。
A: 正交
B: 平行
C: 斜交
D: A或B
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2.2 晶体中质点的结合力与结合能
2.2.1 晶体中质点间的结合力
(1)晶体中键 的类型
(略讲)
范德华键(分子键):通过“分子力”而产生的键合。
葛生力(Keesen force)或定向作用力: 发生在极性分子与极性分子间;
分子力
德拜力(Debye force)或诱导作用力:发 生在极性分子与非极性分子之间;
伦敦力(London force)或分散作用力 (色散力):发性在非极性分子与 非极性分子之间。
氢键 氢原子核与极性分子 弱 有方向性和饱和性
间的库仑引力
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(2)晶体中离子键、共价键比例的估算
1 离子键(%)=1 exp[ 4 ( X A
X B )2 ]
式中:XA、XB为A、B元素的电负性值。如:SiO2 离子键成分约45%,有的书中说47%。
(1)选坐标轴“一般标记为X(a)轴、 Y(b)轴、Z(c)轴”。三个坐标 轴的交点应位于晶体的中心。选坐 标轴不同任意的,一般选对称轴或 平行于晶棱的直线等。对于不同的 晶系的晶体,有不同的选择结晶轴 的方法。每两个坐标轴之间的交角 称为轴角,通常α=b∧c、β= c∧a、γ=a∧b。
(2)决定坐标轴的轴单位。
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晶向与晶面的关系
在立方晶系中,同指数的晶面和晶向之间有 严格的对应关系,即同指数的晶向与晶面相互垂 直,也就是说[hkl]晶向是(hkl)晶面的法向。
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晶体结构是指晶体中原子或分子的排列情况,由空 间点阵+结构基元构成。空间点阵是把晶体结构中 原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点 之后,描述晶体结构的周期性和对称性的图像。
晶体结构的基本特征:
1)不同的晶体其格子构造的形状、质点的种类和数目,
以及质点在空间分布的对称性等是有区别的;
2)共同的规律性:内部质点在三维空间按周期性的重复
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2.1.10.2 晶面指数
结晶学中经常用 用(hkl)来表示一 组平行晶面,称为 晶面指数(晶面称 号)。数字hkl是晶 面在三个坐标轴 (晶轴)上截距的 倒数的互质整数比。
晶面指数为 (321)
(ler,1939年)
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晶面指数如何来确定?
z 1. 选取原点, x、y、z轴
2 2. 写出截距,避免0截距
(3 3 2 ) 3. 取截距的倒数
y 3
(1/3 1/3 1/2 )
3
4. 倒数通分后去分母 (2/6 2/6 3/6 ) (2 2 3)
列顺序依次与a轴、b轴、d轴、c轴相对应,其中a、b、 d三轴间夹角为120o,c轴与它们垂直。它们之间的关系
1
为:i=-(h+k)。 晶向指数和晶向族指数分别用[uvtw]和〈uvtw〉来表 示。其中t=-(u+v)。
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平面点阵划分平等四边形的几种不同方式 (A)具L44P的平面点阵 (B)具L22P的平面点阵
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2.1.5 结晶学指数
2.1.10.1 晶体定向
晶面间距与晶面指数的关系:
晶面间距是现代测试中一个重要的参数。在
简单点阵中,通过晶面指数(hkl)可以方便地计
算出相互平行的一组晶面之间的距离d。计算公式
见表1-2。 表1-2 不同晶系的晶面间距
晶系 晶面间距
立方
1 d2
h2
k2 a2
l2
正方
1
h2 k 2
l2
d2
a2
c2
六方
( ) 1
选择平行六面体时要遵循如下原则:
(1)所选平行六面体(即教材中所说单元) 的对称性应表示出整个空间点阵的对称性;
(2)在不违反对称的条件下,棱与棱之间的 直角关系为最多;
(3)在遵循前二者的条件下,所选平行六面 体的体积为最小;
(4)当交角不为直角时,在遵循前三条的前 提下,应选择结点间距小的行列作为平行六面体 的棱,且棱间交角接近于直角的平行六面体。
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选择坐标轴(晶轴)的原则: A、符合晶体所固有的对称性,因此,选择晶轴首先 要选择对称轴和对称面法线的方向,若没有对称轴和 对称面,则平行晶棱选取; B、在上述前提下,应尽可能使晶轴垂直或趋近于垂 直,并使轴单位趋近于相等。
4 h2 hk k 2
l2
d2
3
a2
c2
斜方
1
h2
k2
l2
d2
a2
b2
c2
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某一晶面在a、b、c三个结晶轴上的截距分别为a、2b、
2c,该晶面的晶面指数为( B )。
A: (122)
B: (211)
C: [122]
化学键: (主价键 或强键力)
离子键(ionic bond) 共价键(covalent
bond) 金属键(metallic
bond)。
范德华键(Van der Waal
物理键:
bond)
(次价键 氢键(hydrogen bond)。
或弱键力)
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Chapter 2 晶体结构(Crystal structure)
什么是晶体? 晶体结构分几个层次? 晶体的本质是什么? 晶体的组成-结构-性质之间有何
关系及其制约规律?
材料-晶体
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本章内容
2.1 结晶学基础 2.2 晶体中质点的结合力与结合能 2.3 晶体中质点的堆积 2.4 单质晶体结构 2.5 无机化合物结构 2.6 硅酸盐晶体结构
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2.1 结晶学基础
掌握概念;
2.1.1 晶体的基本概念
学会表征晶
2.1.2 空间点阵
面、晶向;
2.1.3 晶体的基本性质
2.1.4 晶体的宏观对称(略)
其余了解。
2.1.5 对称要素的组合和对称型(略)
2.1.6 晶体的对称分类(略)
空间点阵 由哪些要素构成 呢?
图2.1 NaCl晶体结构
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几个术语:结点(等同点)、空间点阵、 行列、结点间距、面网、空间格子。
结点间距
结点间距
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2.1.7 晶体结构的基本特征
2.1.8 十四种布拉维格子
2.1.9 晶胞
2.1.10 结晶学指数
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2.1.1 晶体的基本概念 定义:
A、内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体; B、晶体是具有格子构造的固体; C、离子、原子或分子按一定的空间结构排列所组成的
排列。
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2.1.4 晶胞
晶胞是晶体结构中的 平行六面体单位,其 形状大小与对应的空 间格子中的单位平行 六面体一致。
特别注意:晶胞则由实 在的具体质点所组成。 而单位平行六面体只 是几何图形和质点。
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固体,其质点在空间的分布具有周期性和对称性。 (因而,晶体具有规则的几何外形)
Diamond ZrO2
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特征:
1)自范性:晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外 形能力的性质,又称为自限性;
2)均一性:指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征 ;
B C N O F Ne
钠11 镁12
铝13 硅14 磷15 硫16 氯17 氩18
Na Mg IIIB IVB VB VIB VIIB
VIII
IB IIB Al Si P S Cl Ar
钾19 钙20 钪21 钛22 钒23 铬24 锰25 铁26 钴27 镍28 铜29 锌30 镓31 锗32 砷33 硒34 溴35 氪36
键合 强弱 最强

较强 较弱
形成晶体的特点
无方向性键、高配位数、高 熔点、高强度、低膨胀系数、 塑性较差、固态不导电、熔 态离子导电
有方向性键、低配位数、高 熔点、高强度、高硬度、低 膨胀系数、塑性较差、即使 在熔态也不导电
无方向性键、结构密堆、配 位数高、塑性较好、有光泽、 良好的导热导电性
无方向性键、结构密堆、低 熔点、绝缘
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氢键:指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较
小的原子(OC、oNva、leFn等t )相结合所形成的键。
Semiconductors
氢键具有饱和合力的性质分成以上5种晶体类 型M。et但all对ic 大多数晶体来说,结合S力ec的on性da质ry 是 属于Me综ta合ls 性的。复Io合nic材料中更Ce为ra复mi杂cs 。an如d g层lasses 状硅酸盐矿物、石墨等。
3)各向异性:在晶体的不同方向上具有不同的性质; 4)对称性:指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位
置上有规律地出现,也称周期性; 5)最小内能和最大稳定性。
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2.1.2 空间点阵
空间点阵:由一系列在 三维空间按周期性排列 的几何点构成。
x
注意:1. 为避免0截距,原点在 晶面外;2. 晶面与晶轴平行,截距 为∞,该指数为零;3. 截负端时, 上加Sc横hoo线l of;ma4t.er截ials距Sci越enc大e an、d e指ngin数eer越ing小。
六方晶系的晶面指数
六方晶系的晶胞是边长为a,高为c的六方棱柱体。
四轴定向:晶面符号一般写为(hkil),指数的排
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作用力来源

离子 原子得、失电子后形 键 成负、正离子,正负
离子间的库仑引力
共价 相邻原子价电子各处 键 于相反的自旋状态,
原子核间的库仑引力
金属 自由电子气与正离子 键 实之间的库仑引力
分子 原子间瞬时电偶极矩 键 的感应作用
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电负性高
IA
氢1
电负性低
O
氦2
H IIA 锂3 铍4
元素周期表
He IIIA IVA VA VIA VIIA 硼 5 碳 6 氮 7 氧 8 氟 9 氖10
Li Be
Periodic Table of Elements
离子键:正、负离子依靠静电库仑力而产生的键合。 离子键的特点是没有方向性和饱和性。
共价键:原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠 而产生的键合。共价键的特点是具有方向性、 饱和性。
金属键:失去最外层电子(价电子)的原子实和自由 电子组成的电子云之间的静电库仑力而产生的 结合。无方向性与饱和性。
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行列
面网
Notice
同一晶体中可以 有几套格子,沿 有一定方向平移, 可以得到重合的 一套格子。
空间格子
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2.1.3 晶体结构的特点
✓ 空间点阵是从几何角度建立的一种空间构造,其结点周 围的环境都是相同的。而晶体结构中质点(原子、分子、 离子或分子团)周围的环境不一定都是相同的。
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