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第6章晶体结构 1 6 1金属单质的晶体结构6 2惰性气体的晶体结构6 3非金属单质的晶体结构6 4二元化合物晶体结构6 5多元化合物的晶体结构6 6硅酸盐的晶体结构 主要教学内容 2 晶体结构参数 晶系空间群的国际符号晶胞参数晶胞中的分子数原子或离子的配位数原子或离子的坐标 3 晶体结构图 晶体结构图反映质点在晶胞中的位置和分布规律 有几种不同的模式 原子 离子 球体堆积 hard spheremodel 化学键联接 ball and stickmodel 配位多面体 polyhedralmodel 多种方式综合 4 同型结构质点种类不同 对应质点排列方式相同 称为同型结构 典型结构在若干种同型结构的晶体中选出一种命名这种结构 即为典型结构 NaCl型结构方铅矿 PbS 方镁石 MgO 5 原子之间以金属键结合 结构看成是由等大球紧密堆积而成 原子配位数高 按金属原子堆积方式可分为 A1型 立方最紧密堆积A2型 立方体心紧密堆积A3型 六方最紧密堆积 6 1金属单质的晶体结构 6 等轴晶系 原子呈立方最紧密堆积 属A1型 具有铜型结构的有Au Ag Pb Ni Co Pt Fe Al Sc Ca Sr等单质晶体 Cu型结构 空间群Fm3ma 0 3608nm CN 12 Z 4 Cu坐标 0 0 0 1 2 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 1 2 7 等轴晶系 原子成立方体心紧密堆积 属A2型 属 Fe型结构的有W Mo Li Na K Rb Cs Ba等 Fe型 空间群为Im3ma 0 2860nm CN 8 Z 2Fe坐标 0 0 0 1 2 1 2 1 2 8 六方晶系 原子成六方最紧密堆积 属A3型 属Os型结构的有Mg Zn Rh Sc Gd Y Cd等 Os型 c X Y U 1 2 1 2 1 2 空间群为P6 mmca 0 2712nm c 0 4314nm CN 12 Z 2 9 单原子存在 有全充满的电子层 低温下以范德华力凝聚成晶体 原子作等大球紧密堆积 He属A3型结构其余惰性气体氖 Ne 氩 Ar 氪 Kr 氙 Xe 均属于A1型 6 2惰性气体的晶体结构 10 原子之间多以共价键结合 原子配位数一般符合CN 8 N规则 N 非金属原子在元素周期表中的族数 6 3非金属单质的晶体结构 11 Carbon 1s2s2p1s2 sp3 C C Cangle 109o28 金刚石的结构 sp3杂化 共价键covalentbond 杂化 金刚石型 12 等轴晶系 碳原子之间以共价键结合 每个碳原子周围有4个碳原子 形成四面体配位 金刚石型 碳原子位于晶胞的角顶和面心 以及相间的4个小立方体的中心 空间群Fd3ma 0 3570nmCN 4 Z 8 13 滑移 b c 4 滑移 a c 4 金刚石型结构中的d滑移面 C原子坐标 0 0 0 1 2 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 1 21 4 1 4 1 4 3 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 3 4 14 Carbon 1s2s2p1s2 sp2 2p 共价键covalentbond 杂化 石墨的结构 sp2杂化 石墨 2H C 15 六方晶系 层状结构 层内每个C与3个C连接 形成六方环状网层 上层六方网环的碳原子有一半对着下层六方网环的中心 层的重复规律为ABAB 石墨 2H C 上层 B 下层 A 0 1427nm 0 3355nm 0 6708nm 16 2H石墨的晶胞划分 17 底层 中间层 顶层 石墨的晶胞包括三层 底层C原子的位置与顶层相同 中间层不同 18 空间群P63 mmc a 0 246nm c 0 6708nm Z 4 19 6 4 1AX型晶体结构6 4 2AX2型晶体结构6 4 3A2X3型晶体结构 6 4二元化合物晶体结构 20 21 阴阳离子电价相同 数量比例为1 1 主要有NaCl型 CsCl型 ZnS型等 6 4 1AX型晶体结构 22 等轴晶系 结构可以看成是Cl 作立方最紧密堆积 Na 充填所有的八面体空隙 NaCl型 空间群Fm3mao 0 5628nm CN 6 Z 4AX型化合物中 r r 0 414 0 732时多为NaCl型结构 23 属于NaCl型结构的二元化合物有 卤化物 AX A Li Na K Ru Ag X F Cl Br 硫化物 AS A Pb2 Ca2 Mn2 Ba2 Mg2 硒化物 ASe A Pb2 Ca2 Mn2 Ba2 Mg2 碲化物 ATe A Ca2 Sr2 Ba2 Ti2 碳化物 AC A Ti Zr Hf V Nb Ta Th 氮化物 AN A Sc Y Ti Zr V Nb Cr Np Pu Th U 氧化物 AO A Sr2 Ba2 Ca2 Ti2 Sn2 Pb2 氢化物 AH A Li Na K Ru Cs 24 化学式为 NaCI CI 典型结构分析 25 结构描述 1 立方晶系 a 0 563nm Z 4 2 Na CI 离子键 NaCI为离子晶体 3 CN CN 6 4 CI 离子按立方最紧密堆积方式堆积 Na 离子充填于全部八面体空隙 Na 离子的配位数是6 构成Na Cl八面体 NaCI结构是由Na Cl八面体以共棱的方式相连而成 Na 离子位于面心格子的结点位置上 Cl 离子也位于另一套这样的格子上 即后一个格子与前一个格子相距1 2晶棱的位移 典型结构分析 26 2020 1 9 27 NaCl结构 NaCl6 八面体的连接方式 典型结构分析 28 4CI 0 0 0 0 0 0 4Na 0 0 0 0 0 0 5 立方面心格子CI Na 各一套 6 同结构晶体有 MgO CaO SrO BaO FeO CoO 石盐 典型结构分析 结点的坐标为 CI 29 等轴晶系 CsCl结构可以看成是由Cl 的立方原始格子和Cs 的立方原始格子套叠而成 一套点阵位于另一套点阵晶胞的中心 CsCl型 AX型化合物中 r r 0 732时 多为CsCl型结构 空间群Pm3m a 0 411nm CN 8 Z 1 30 属于这种结构型的有CsBr CsI RbCl ThCl ThTe TlCl TlBr NH4Cl NH4Br NH4I等 在后三种晶体中 NH4 可看作是一个简单的阳离子 31 等轴晶系 结构可以看成是S2 作立方最紧密堆积 Zn 充填1 2的四面体空隙 ZnS型 空间群F43m a 0 540nm CN 4Z 4 结构稳定于r r 0 414 0 225 32 具有闪锌矿型结构的有CaF CuCl CuBr CuI BeV BeS CdS HgS BeSe BeTe ZnSe ZnTe CdTe MgTe AlP GaP AlAs GaAs AlSb InSb BaS BN SiC BeB等 33 主要包括氧化物和氟化物等 典型结构 萤石 CaF2 型金红石 TiO2 型 6 4 2AX2型晶体结构 34 萤石 CaF2 型 等轴晶系空间群Fm3m a 0 545nm Z 4 F CN 4 四面体配位 Ca2 CN 8 立方体配位 萤石型结构的稳定范围为r r 0 732 35 Ca2 离子位于立方面心晶胞的八个角顶和每一个面的中心 F 位于单位晶胞所等分的八个小立方体的中心 也可以看成Ca2 成立方紧密堆积 氟离子充填所有四面体空隙 36 空间群 P42 mnm晶体结构 四方晶系 a 0 459nm c 0 296nm Z 2格子类型 四方原始格子 Ti4 位于结点位置 体心的属另一套格子 O2 处在一些特殊位置上 质点坐标 Ti4 0 0 0 1 2 1 2 1 2 O2 x x 0 x x 0 1 2 x 1 2 x 1 2 1 2 x 1 2 x 1 2 金红石 TiO2 型 37 晶体结构 O2 可看成是变形六方密堆积 Ti4 离子填充1 2的八面体空隙配位数 CN 6 CN 3多面体 TiO6 八面体连接方式 Ti O八面体以共棱方式连接成链 链与链之间以共顶方式相连 与金红石结构相同的晶体有 SnO2 PbO2 MnO2 MoO2 WO2 MnF2 MgF2 VO2 结构的稳定范围 r r 0 732 0 380 38 TiO6 八面体共棱连接成平行C轴的链 链间共角顶连接 39 石英 SiO2 型结构三方晶系 空间群 P312或P322 Z 3 SiO4 四面体以角顶相联 形成围绕3次螺旋轴 31和32 的螺旋状链 Si CN 4 O CN 2 SiO4 四面体 围绕c轴的螺旋状链 40 链连接形成的格架 41 石英平行 0001 的结构 42 石英平行 0001 的结构空间群P642 ao 0 501nm co 0 547nm 43 石英晶体沿一个二次轴受压后正负电荷重心分离 产生表面电荷 44 赤铜矿 Cu2O 型结构 赤铜矿的晶体结构 等轴晶系 空间群为Pn3m a0 0 426nm Z 2 等效点的坐标为 O2 是0 0 0 1 2 1 2 1 2 Cu 1 4 1 4 1 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 1 4 3 4 3 4 1 4 45 黄铁矿 FeS2 型结构等轴晶系 空间群Pa3 a 0 547nm Fe2 和S22 的配位数均为6 黄铁矿 FeS2 的结构模型 46 黄铁矿可以看成是由氯化钠晶体结构演变而来 即Fe2 取代Na1 S22 取代Cl 哑铃状对硫S22 的轴向与1 8晶胞的小立方体对角线的方向相同 但是彼此不相切割 Fe S 0 225nm S S 0 217nm FeS6 八面体共面连接 且共面的棱比非共面的棱要长 说明Fe S键以共价键为主 47 6 4 3A2X3型晶体结构 三方晶系 结构中氧离子作近似六方最紧密堆积 铝离子占据2 3的八面体空隙 AlO6 八面体在平行 0001 方向上共棱成层 沿Z轴方向共面相连 48 三方晶系 空间群R3c a 0 477nm c 1 304nm Al3 CN 6 O2 CN 4 Z 6 6 4