晶体结构[中小学堂]

1、第第6章晶体结构章晶体结构 1课堂特制 p6.1 金属单质的晶体结构金属单质的晶体结构 p6.2 惰性气体的晶体结构惰性气体的晶体结构 p6.3 非金属单质的晶体结构非金属单质的晶体结构 p6.4 二元化合物晶体结构二元化合物晶体结构 p6.5 多元化合物的晶体结构 p6.6 硅酸盐的晶体结构 主要教学内容 2课堂特制 p 晶体结构参数 v晶系晶系 v空间群的国际符号空间群的国际符号 v晶胞参数晶胞参数 v晶胞中的分子数晶胞中的分子数 v原子或离子的配位数原子或离子的配位数 v原子或离子的坐标原子或离子的坐标 3课堂特制 p晶体结构图晶体结构图 晶体结构图反映质点在晶胞中的位置和分晶体结构图反

2、映质点在晶胞中的位置和分 布规律，有几种不同的模式：布规律，有几种不同的模式： v 原子原子(离子离子)球体堆积球体堆积 (hard-sphere model) v 化学键联接化学键联接(ball-and-stick model) v 配位多面体配位多面体 (polyhedral model) v 多种方式综合多种方式综合 4课堂特制 p同型结构同型结构 质点种类不同，对应质点排列方式相同，称为同型质点种类不同，对应质点排列方式相同，称为同型 结构。结构。 p典型结构典型结构 在若干种同型结构的晶体中选出一种命名这种结构，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。即为典型结

3、构。 NaCl 型结构型结构 方铅矿（方铅矿（PbS）、方镁石）、方镁石 （MgO）.， Cl Na 5课堂特制 原子之间以金属键结合，结构看成是由等大球紧密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。堆积而成，原子配位数高。 按金属原子堆积方式可分为：按金属原子堆积方式可分为： pA1型：立方最紧密堆积型：立方最紧密堆积 pA2型：立方体心紧密堆积型：立方体心紧密堆积 pA3型：六方最紧密堆积型：六方最紧密堆积 6.1 金属单质的晶体结构 6课堂特制 p 等轴晶系，原子呈立方最紧密堆积，属等轴晶系，原子呈立方最紧密堆积，属A1型。型。 a 具有铜型结构的有具有铜型结

4、构的有Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、 Fe、Al、Sc、Ca、Sr等单质晶体。等单质晶体。 Cu型结构 p空间群空间群Fm3m pa=0.3608nm，CN=12，Z=4。 pCu坐标：坐标： 0,0,0；1/2,1/2,0; 1/2, 0,1/2; 0, 1/2,1/2. 7课堂特制 p 等轴晶系，等轴晶系，原子成立方体心紧密堆积，属原子成立方体心紧密堆积，属A2型，型， 属属-Fe型结构的有型结构的有W、Mo、Li、Na、K、Rb、Cs、 Ba等等。 a -Fe型 p空间群为空间群为Im3m pa=0.2860nm，CN=8，Z=2 p Fe坐标：坐标：0，0，0；1/2，1/2，1

5、/2 8课堂特制 p 六方晶系，原子成六方最紧密堆积，属六方晶系，原子成六方最紧密堆积，属A3型。型。 属属Os型结构的有型结构的有Mg、Zn、Rh、Sc、Gd、Y、Cd等。等。 Os型 c X Y U 1/21/2 1/2 p 空间群为空间群为P6/mmc p a=0.2712nm，c=0.4314nm， p CN=12，Z=2。 9课堂特制 单原子存在，有全充满的电子层，低温下以范德华单原子存在，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。力凝聚成晶体。原子作等大球紧密堆积。 HeHe属属 A3 A3 型结构型结构 其余惰性气体氖其余惰性气体氖(Ne)(Ne)、氩

6、、氩(Ar)(Ar)、氪、氪(Kr)(Kr)、氙、氙(Xe)(Xe)、 均属于均属于 A1 A1 型。型。 6.2 惰性气体的晶体结构 10课堂特制 p 原子之间多以共价键结合。原子之间多以共价键结合。 p 原子配位数一般符合原子配位数一般符合CN = 8-NCN = 8-N规则。规则。 p N N：非金属原子在元素周期表中的族数。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非金属单质的晶体结构 11课堂特制 p等轴晶系。碳原子之间以共价键结合，每个碳等轴晶系。碳原子之间以共价键结合，每个碳 原子周围有原子周围有4个碳原子，形成四面体配位。个碳原子，形成四面体配位。 金刚石型

7、 p 碳原子位于晶胞的角顶和面心，以及相间的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。个小立方体的中心。 p 空间群空间群 Fd3m p a=0.3570nm p CN=4，Z=8 13课堂特制 1/2 1/2 1/2 1/2 3/4 3/4 1/4 1/4 1/2 滑移滑移(b+c) /4 滑移滑移 (a+c) /4 金刚石型结构中的d滑移面 p C原子坐标：原子坐标： 0,0,0； ； 1/2,1/2,0; 1/2, 0,1/2; 0, 1/2,1/2 1/4,1/4,1/4; 3/4, 3/4,1/4; 3/4, 1/4,3/4; 1/4,3/4,3/4 14课堂特制

8、石墨的结构石墨的结构sp2杂化杂化 p六方晶系，六方晶系，层状结构，层内每个层状结构，层内每个C与与3个个C连接，连接， 形成六方环状网层；上层六方网环的碳原子有一形成六方环状网层；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) 上层上层(B) 下层下层(A)c 0.1427nm 0.3355nm 0.6708nm 16课堂特制 底层：底层： 中层：中层： 顶层：顶层： 2H石墨的晶胞划分石墨的晶胞划分 X Y U 1/2 17课堂特制 底层底层 中间层中间层顶层顶层 石墨的晶胞包括三层，底层石墨的晶

9、胞包括三层，底层C C原子的位置与顶层原子的位置与顶层 相同，中间层不同。相同，中间层不同。 18课堂特制 底层：底层： 中层：中层： 顶层：顶层： X Y U 1/2 p空间空间群群P63/mmc， pa=0.246nm，c=0.6708nm，Z=4。 19课堂特制 p6.4.1 AX型晶体结构 p6.4.2 AX2型晶体结构 p6.4.3 A2X3型晶体结构 6.4 二元化合物晶体结构 20课堂特制 化合物类型化合物类型典型结构典型结构 二元二元 化合物化合物 AX型型CsCl NaClZnS AX2型型CaF2TiO2FeS2-SiO2 A2X3型型 Al2O3 多元多元 化合物化合物

10、ABX3型型CaCO3CaTiO3 AB2X4型型MgAl2O4 21课堂特制 p阴阳离子电价相同，数量比例为阴阳离子电价相同，数量比例为1:1。 p主要有主要有 NaCl型、型、 CsCl型、型、 ZnS型等。型等。 6.4.1 AX型晶体结构型晶体结构 22课堂特制 p 等轴晶系，等轴晶系，结构可以看成是结构可以看成是Cl-作立方最紧密作立方最紧密 堆积，堆积，Na+充填所有的八面体空隙。充填所有的八面体空隙。 NaCl型 Cl Na p空间群空间群Fm3m p ao=0.5628nm。CN=6，Z=4 p AX型化合物中，型化合物中，r+/r-=0.4140.732时多为时多为NaCl

11、型结构。型结构。 23课堂特制 p 属于属于NaCl型结构的二元化合物有：型结构的二元化合物有： v 卤化物卤化物(AX)， v A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+ v X=F-、Cl-、Br-。 。 v 硫化物硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+ v 硒化物硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+ v 碲化物碲化物 (ATe ), A= Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2 v 碳化物（碳化物（AC），）， A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Th v 氮化物氮化物(AN), A=Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Np

12、、Pu、 Th、U v 氧化物氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+ v 氢化物氢化物 (AH), A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+ 24课堂特制 p 等轴晶系，等轴晶系， CsCl结构可以看成是由结构可以看成是由Cl-的立方原始格子的立方原始格子 和和Cs+的立方原始格子套叠而成，一套点阵位于另一套点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。阵晶胞的中心。 CsCl型 p AX型化合物中，型化合物中，r+/r-0.732时，多为时，多为CsCl型结构。型结构。 p空间群空间群Pm3m， pa=0.411nm，CN=8，Z=1。

13、 29课堂特制 p属于这种结构型的有属于这种结构型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、 ThTe、TlCl、TlBr、NH4Cl、NH4Br、NH4I等。等。 在后三种晶体中，在后三种晶体中，NH4+可看作是一个简单的阳可看作是一个简单的阳 离子。离子。 30课堂特制 p等轴晶系，结构可以看成是等轴晶系，结构可以看成是S2-作立方最紧密堆作立方最紧密堆 积，积，Zn+充填充填1/2的四面体空隙。的四面体空隙。 -ZnS型 Zn S p 空间群空间群F43m， p a=0.540nm， p CN=4 p Z=4 p结构稳定于结构稳定于r+/r-=0.414-0.225。 31课堂特制 p具

14、有闪锌矿型结构的有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。等。 32课堂特制 主要包括氧化物和氟化物等，典型结构：主要包括氧化物和氟化物等，典型结构： p萤石（萤石（CaF2）型）型 p金红石（金红石（TiO2）型）型 6.4.2 AX2型晶体结构型晶体结构 33课堂特制 萤石（CaF2）型 Ca 2+ F - p 等轴晶系等轴晶系 p 空间群空间群Fm3m, p a=0.545nm，Z=4。

15、p F- ：CN=4，四面体配位，四面体配位， p Ca2+ ： CN=8，立方体配位，立方体配位 p萤石型结构的稳定范围为萤石型结构的稳定范围为 r r+ +/r/r- -0.7320.732。 34课堂特制 pCa2+离子位于立方面心晶胞的八个角顶和每一个面的离子位于立方面心晶胞的八个角顶和每一个面的 中心，中心，F-位于单位晶胞所等分的八个小立方体的中心。位于单位晶胞所等分的八个小立方体的中心。 也可以看成也可以看成Ca2+成立方紧密堆积，氟离子充填所有四成立方紧密堆积，氟离子充填所有四 面体空隙。面体空隙。 35课堂特制 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2

16、1/2 1/2 1/2 1/2 Ti O p结构的稳定范围结构的稳定范围： r+/r-=0.7320.380 TiOTiO6 6 八面体共棱连接成平行八面体共棱连接成平行C C轴的链，链间共角顶连接。轴的链，链间共角顶连接。 -石英（石英（SiO2）型结构）型结构 三方晶系，空间群：三方晶系，空间群：P312或或P322；Z=3。 SiO4四面体四面体以角顶相联，形成以角顶相联，形成围绕围绕3次螺旋次螺旋 轴轴(31和和32)的螺旋状链。的螺旋状链。Si：CN=4，O：CN=2。 SiO4四面体四面体 围绕围绕c轴的螺旋状链轴的螺旋状链 39课堂特制 链连接形成的格架链连接形成的格架 40课堂

17、特制 -石英平行（石英平行（0001）的结构）的结构 41课堂特制 -石英平行（0001）的结构 空间群P642，ao=0.501nm，co=0.547nm。 42课堂特制 -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 43课堂特制 赤铜矿（赤铜矿（Cu 2 O）型结构）型结构 赤铜矿的晶体结构 等轴晶系，空间群为等轴晶系，空间群为Pn3m，a0=0.426nm，Z=2。 等效点的坐标为；等效点的坐标为；O2- 是是 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。 44课堂特制

18、黄铁矿（黄铁矿（FeS2）型结构）型结构 等轴晶系，空间群等轴晶系，空间群Pa3，a=0.547nm。 Fe2+和和S22-的配位数均为的配位数均为6。 黄铁矿(FeS2) 的结构模型 45课堂特制 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，且共面的棱比非共八面体共面连接，且共面的棱比非共 面的棱要长，说明面的棱要长，说明Fe-S键以共价键为主。键以共价键为主。 46课堂特制 6.4.3 A2X3