晶格的基本概念性质PPT课件.ppt

1 1晶体的基本概念与性质 1 2晶体的宏观对称性 1 3晶体的对称分类 1 4晶体定向和晶面指数 1 6晶体结构的基本特征 1 7晶体化学基础 第一章结晶学基础 1 本章教学目的要求 1掌握空间点阵 晶格 晶系 晶胞等概念 2学会晶向与晶面指数的标定 3了解典型离子化合物与共价化合物的晶体结构 4熟悉硅酸盐晶体结构特点 2 一晶体的基本概念二晶体的基本性质 1 1晶体的基本概念与性质 3 晶体 非晶体 内部结构显著不同 性质显著不同 人们最开始认识晶体是从观察外部形态开始的 把具有天然的而不是经人工加工的规律的几何外形固体称为晶体 如 石英 锆石英 食盐 但许多物质 虽然不具有明显的规则多面体外形 却具有晶体性质 也就是说 这种规则的多面体并不能反映晶体的实质 它只是晶体内部某种本质因素的规律性在外表上的一种反映 直到上世纪初 1912年劳厄 德国的物理学家 第一次成功茯得晶体对X射线的衍射线的图案 才使研究深入到晶体的内部结构 才从本质上认识了晶体 证实了晶体内部质点空间是按一定方式有规律地周期性排列的 4 一 晶体的基本概念 晶体的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 5 二 晶体的空间点阵结构 格子构造 一 晶体结构提到某种材料的结构时 首先指的是组成这个材料的质点 原子或离子 在空间排列的方式 不同的排列方式构成了不同的结构 举例加以说明 铁电晶体 亚硝酸盐钠 NaNO2晶体二元图形 6 由图可知 1 晶体结构有一基本单元 2 晶体比喻一块花布 基本单元是一朵花 结构基元 在晶体结构中 这个质点 原子或离子 组成的基本单元 基本单元组成 一个原子 或离子 一个包含着几个原子的分子 几个同种类原子或几个分子的复杂原子团组成 图1 2NaNO2 亚硝酸钠 晶体二元图形 7 注意 对任何理想晶体内 结构基元中质点间的关系在整个晶体中都是一样的 如NaNO2结构基元由NaNO2分子组成 其关系在整个晶体结构中都相同 划分结构基元原则 结构基元应该包括整个晶体中所有的不等同原子 不包括完全等同原子 等同 不仅属于同一元素的原子 还包括其周围的物理化学环境及几何环境也应该相同 8 上图解释划分原则 O N Na为不同原子 是不等同点 两个氧原子也是不等同点 环境不同 连接其它原子方向不同 把这4个原子划为一个结构基元 再扩大就会出现等同原子不行 从图中可看出周期性规律 结构基元在空间不同方向每隔一定距离就出现 a 3 55 b 5 56 c 5 38 这一特点称晶体重复性 晶体结构 内部质点 离子 原子 分子 在三维空间作周期性重复排列而构成 所有晶体都与NaNO2晶体一样 周期性重复排列 为研究各种千变万化的晶体结构中的一些共同规律 有必要对晶体进行处理 9 二 空间点阵 空间格子 1 科学抽象方法 对晶体结构进行处理 就是进行一种科学的几何抽象 即 把晶体结构中任何一套等同点化成一个个没有重量和尺度没有任何物理意义的几何点 称结点 这些结点在空间排列的几何图形称晶体空间点阵 如 亚硝酸钠晶体结构 二维 如图 前面 抽象结果 抽任一套等同点Na 抽O原子或N原子结果相同 10 任何实际晶体必须也只能有一种空间点阵 又如NaCl晶体结构经抽象得到空间点阵 图1 3NaCl晶体结构 11 2 空间点阵几何要素 1 结点 空间格子中的点 只有几何意义的几何点 在实际晶体中 代表等同点 其位置为同种质点占据 12 2 行列 行列 结点在直线上的排列 如图 相邻结点间的距离a为结点间距 结点在直线上按某一矢量作周期性重复排列形成的行列叫直线点阵 在同一列中结点间距相等 不同方向一般结点间距不等 13 3 面网 结点在平面上的分布 面网上单位面积内结点的数目称面网密度 一般相互平行的面网 其面网密度相同 而不相互平行的面网 面网密度不等 平面点阵 直线点阵在二维方向按一定规律排列而成 14 2019 12 29 15 三组不共面的行列就可以决定一个空间格子 空间格子被划分成无数平行叠置的平行六面体 平行六面体 空间格子的最小单位 又称单位空间格子 4 平行六面体 16 小结几个重要概念 1 晶体结构 晶体内部质点在三维空间作周期性重复排列构成 2 空间点阵 空间格子 从理想晶体结构中抽象出来 相当于晶体结构中结构基元的结点在三维空间作周期性重复排列的几何图形 3 单位平行六面体 能代表整个空间点阵全部特点的最小单位 17 几个重要概念 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体 或晶体是具格子构造的固体 晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点 空间点阵中的阵点 称为结点 18 三 晶体的基本性质 1 均一性 在任一部位上都具有相同的性质例如 不同部位测量密度应该完全相同 在相应方向上的光学 电学 热学等性能也完全相同 19 2 各向异性 这是指晶体物理性质各向异性 事实一 晶体具有解理面 事实二 平行石英的c轴入射的单色光不产生双折射 而沿其他方向入射的单色光会产生双折射 晶体的各向异性是晶体区别于非晶体的重要特征 20 3 自限性 含义 指晶体具有自发地形成封闭的凸凹几何多面体的特征 是晶体内部原子的规律排列在晶体宏观形态上的反映 晶面角守恒定律 尽管同一种晶体其外形可能不同 但相应的两晶面之间的夹角总是不变的 21 晶面角守恒定律 图示 理想石英晶体 人造石英 实验事实 1 mm两面夹角为60 0 2 mR两面夹角为38 13 3 Mr两面夹角为38 13 22 4 对称性 由微观的原子组成宏观的固体 大部分有着非常完美的结构 其完美程度令人吃惊 原子的分布按照严格的次序排列 有序排列的原子集合为晶体 除了原子有序排列的晶体 对于单晶体 在整个范围内原子排列的有序的 对于多晶体 在各晶粒范围内 原子是有序排列的 23 5 具有最低内能和固定熔点 实验表明 从气态 液态或非晶态过渡到晶态都要放热 反之 从晶态转变为非晶态 液态或气态时都要吸热 表明相同的热力学条件下 与同种化学成分的气体 液体或非晶体比 晶体的内能为最小 而且相同的热力学条件下 具有相同化学成分的晶体与非晶体比晶体是稳定的 而非晶体不稳定 有自发转变为晶体的趋势 24 具有固定熔点 在固体熔化过程中 晶体具有固定的熔点 而非晶体没有 非晶体的熔化过程是随着温度的升高而逐渐完成 如石英晶体的熔点是1470 硅单晶的熔点是1420 25 小结 上面晶体所具有的基本性质 非晶