第一章晶体结构第一节几何结晶学基本概念-长春理工大学

第一章 晶体结构

【教学目的】了解晶体结构，掌握晶体基本概念及性质，对称性，紧密堆积原理，典型结构类型等。

【教学内容】晶体的基本概念及性质、晶体的宏观对称性、布拉维点阵与晶系、点阵几何元素的表示法、微观对称和空间群、结晶化学原理、典型结构类型硅酸盐晶体结构。

【教学重点】晶体的对称性、布拉维点阵、晶体的配位及鲍林规则、硅酸盐晶体结构。

【教学方法及手段】多媒体课件展示图、表

第一节 几何结晶学基本概念

一、 晶体的定义

1、定义

晶体是内部质点在三维空间作有规则的周期性重复排列的固体，是具有格子构造的固体。晶体的这一定义表明，不论晶体的组成如何不同，也不论其表观是否具有规则的几何外形，晶体的共同特征是内部质点在三维空间按周期性的重复排列。不具备这一特征的物体就不是晶体。

2、空间点阵（空间格子）

在三维空间按周期性重复排列的几何点的集合称为空间点阵（空间格子）。空间点阵（空间格子）中的结点是抽象的几何点并非实际晶体中的质点。

阵点或结点：空间点阵中的几何点称为阵点或结点。

等同点：同一套空间格子中的结点叫等同点。

实际晶体是由组成晶体的离子或原子去占据一套或几套穿插在一起的空间格子的结点位置而构成。实际晶体的内部质点是有实际内容的原子或离子。

实际晶体中化学组成相同、结晶化学环境相同的质点占据的结点构成一套等同点。所谓结晶化学环境相同是指质点周围在相同方位上离开相同距离有相同的质点。

晶体中有几套空间格子就有几套等同点，判断晶体中有几套空间格子的方法是看晶体中有几套等同点。

NaCl晶体有2套空间格子，Na+ 离子和Cl-离子各构成一套空间格子。

CsCl晶体有2套空间格子，Cs+ 离子和Cl-离子各构成一套空间格子。

晶体有3套空间格子,Ca2+离子构成一套空间格子；F-离子 CaF

2

有两套空间格子。

3、晶体的性质：

结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。 二、晶系：

根据晶体的对称性，将晶体分为三大晶族、七大晶系。

高级晶族：立方晶系（等轴晶系）

中级晶族：六方晶系、三方晶系（菱方晶系）、四方晶系（正方晶系）

低级晶族：斜方晶系（正交晶系）、单斜晶系、三斜晶系

三、 晶胞

晶胞是晶体中重复出现的最小结构单元，它包含了整个晶体的特点。对应于七大晶系，晶胞形状有七种。

四、空间格子的类型：（14种布拉维空间格子）

以等同点为基准取晶胞，根据七大晶系，晶胞的形状共有7种。等同点在晶胞的位置可以有以下几种：

1.原始式：等同点占据晶胞的各个角顶

2.体心式：等同点占据晶胞的各个角顶和体心

3.面心式：等同点占据晶胞的各个角顶和面心

4.底心式：等同点占据晶胞的各个角顶和上下底面中心

根据某一套等同点为基准所取晶胞的形状和该套等同点在晶胞中的位置可以判断该套等同点构成的空间格子类型，共有十四种空间格子类型，通常称为十四种布拉维空间格子（布拉维空间点阵）。晶胞种类 等同点在晶胞的位置

立方晶胞 原始式 体心式 面心式

六方晶胞 底心式

三方晶胞 原始式

四方晶胞 原始式 体心式

斜方晶胞 原始式 体心式 面心式 底心式

单斜晶胞 原始式 体心式

三斜晶胞 原始式

如：①NaCl晶体是由一套Na+离子立方面心格子和一套Cl-离子立方面心格子穿插而成。

②CsCl晶体是由一套Cl-离子立方原始格子和一套Cs+离子立方原始格子穿插而成。

③立方ZnS（闪锌矿）晶体是由一套S2-离子立方面心格子和一套Zn2+离子立方面心格子穿插而成。

（萤石）晶体是由一套Ca2+离子立方面心格子和两套F-离 ④CaF

2

子立方面心格子穿插而成。

（金红石）晶体是由两套Ti4+离子四方原始格子和四套O2- ⑤TiO

2

离子四方原始格子穿插而成。

第二节 晶体化学基础

一、晶体中键的形式：

1. 典型键型

化学键：原子或离子结合成为分子或晶体时，相邻原子或离子间的强烈的吸引作用称为化学键。

分子键：分子间较弱的相互作用力。

电负性（X）可衡量电子转移的情况，因而可用来判断化学键的键型。

原子的X越大，越易得到电子，X 大于2，呈非金属性；

原子的X越小，越易失去电子，X小于2，呈金属性。

化学键的类型：

离子键：凡是X值相差大的不同种原子作用形成离子键。X值小的原子易失电子形成正离子，X值大的原子易得电子形成负离子。如：碱土金属与氧原子结合。离子键无饱和性和方向性。

共价键：凡是X值较大的同种或不同种原子组成共价键。共价

键有饱和性和方向性。

金属键：凡是X值都较小的同种或不同种原子组成金属键，被给出的电子形成自由电子气，金属离子浸没其中。金属键无饱和性和方向性。

分子键的类型：

范德华键：分子间由于色散、诱导、取向作用而产生的吸引力的总和。

氢键：X—H…Y，可将其归入分子键。

氢键键键力 > 范德华键键力

一般的情况下各种键的强度顺序如下：

共价键最强，离子键很强，金属键较强，三种化学键的键力远大于分子键，分子键中氢键的键力大于范德华键。

2.键型的过渡性

凡是X值有相当差异、但差异并不过大的原子之间形成离子键和共价键之间的过渡键型。如：Si-O键（共价键和离子键成份各占50%）。

依据鲍林公式计算过渡键型中离子键占的百分数P：

P=1-exp[-1/4（x

A -x

B

）2]