物质结构4晶体结构.ppt

4.5 晶体结构,一、晶体的宏观特征,均一性：晶体质地均匀，具有固定的熔点。,自范性：晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸多面体外形，满足欧拉定理。,各向异性：晶体的导热、导电、光的透射、折射、硬度等物理性质常因晶体的取向不同而异。,对称性：晶体的理想外形具有特定的对称性,这是内部结构对称性的反映,二、晶体的微观特征平移对称性：,在晶体的微观空间中，原子呈现周期性的整齐排列。对于理想的完美晶体，这种周期性是单调的、 不变的。在晶体中的任何方向上，每隔一定的距离，总有完全相同的原子排列出现。,三、点阵,晶体的周期性结构使得人们可以把它抽象成“点阵”来研究。将晶体中重复出现的最小单元作为结构基元(各个结构基元相互之间必须是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同)，用一个数学上的点来代表，称为点阵点。整个晶体就被抽象成一组点，称为点阵。,一维周期性结构与直线点阵,二维周期性结构与平面点阵,NaCl晶面,从石墨层抽取出平面点阵,为什么不能将每个C原子都抽象成点阵点？,?,安放点阵点的位置是任意的，但必须保持一致,三维周期性结构与空间点阵,以上每一个原子都是一个结构基元，都可以抽象成一个点阵点,CsCl型晶体结构,四、对称操作和对称元素,对称元素: 旋转轴,对称操作: 旋转,对称操作：不改变图形中任何两点的距离而能使图形复原的操作叫做对称操作； 对称操作据以进行的几何要素叫做对称元素,(1)旋转轴与旋转操作,分子中若存在一条轴线，绕此轴旋转一定角度能使分子复原，就称此轴为旋转轴, 符号为Cn n=360/a,H2O2中的C2,(2)镜面与反映操作,分子中若存在一个平面，将分子两半部互相反映而能使分子复原，则该平面就是镜面，这种操作就是反映。,试找出分子中的镜面,(3) 对称中心与反演操作,分子中若存在一点，将每个原子通过这一点引连线并延长到反方向等距离处而使分子复原，这一点就是对称中心i，这种操作就是反演。,(4)映轴与旋转反映操作 反轴与旋转反演操作,旋转反映或旋转反演都是复合操作，相应的对称元素分别称为映轴Sn和反轴In 。 旋转反映(或旋转反演)的两步操作顺序可以反过来,CH4中的映轴S4与旋转反映操作,五、晶胞：,1. 特征：,平行六面体 完全等同，具有平移性 含有尽可能少的点阵点,2. 晶胞参数,3. 布拉维(O.Bravais)晶系及点阵形式,立方(c)晶系,a = b = c =90,立方简单(cP),立方体心(cI),立方面心(cF),四方(t)晶系,a = b c =90,四方简单(tP),四方体心(tI),六方(h)晶系,a = b c =90，=120,六方简单(hP),正交(o)晶系,abc =90,正交简单(oP),正交体心(oI),正交面心(oF),正交底心(oC),单斜(m)晶系,abc =90，90,单斜简单(mP),单斜底心(mC),三斜(a)晶系,abc 90,三斜简单(aP),菱方(R)晶系,a=b=c =90,六、晶胞中原子的坐标原子坐标(分数坐标),晶胞中原子P 的位置用向量OP=xa+yb+zc代表。x、y、z就是分数坐标，它们永远不会大于1。(若取值为1，相当于平移到另一个晶胞，与取值为0无差别，1即是0),0,0,0, 确定坐标系, 所需写出的坐标组数等于晶胞内净含的原子数,立方面心晶胞净含4个原子，所以写出4组坐标即可:,所有顶点原子： 0，0，0 (前)后面心原子： 0，1/2，1/2 左(右)面心原子： 1/2，0，1/2 (上)下面心原子： 1/2，1/2，0,0,0,0,0, 1/2, 1/2,1/2, 0, 1/2,1/2, 1/2 ,0,NaCl型晶体,原子的分数坐标： A: 0 0 0 0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0 B: 1/2 0 0 0 1/2 0 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2,立方ZnS型晶体,原子的分数坐标 A： 0