第2章晶体结构-1

1、Zhengzhou University of Light Industry1第二章第二章 典型晶体结构典型晶体结构2.1 2.1 单质晶体结构单质晶体结构2.2 2.2 二元化合物的晶体结构二元化合物的晶体结构2.3 2.3 多元化合物的晶体结构多元化合物的晶体结构2.4 2.4 硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构Zhengzhou University of Light Industry22.1 2.1 单质晶体结构单质晶体结构一、金属晶体的结构一、金属晶体的结构 典型金属的晶体结构最为简单，常见的有典型金属的晶体结构最为简单，常见的有面心立方面心立方、体心立方体心立方和和密排六方密排六方三种。

2、三种。 Zhengzhou University of Light Industry3fcc面心立方结构面心立方结构A1 bcc体心立方结构体心立方结构A2hcp密排六方结构密排六方结构A3Zhengzhou University of Light Industry41 1、晶胞中原子数（、晶胞中原子数（n n）面心立方结构面心立方结构 n = 8n = 8* *1/8 + 6 1/8 + 6 * * 1/2 = 4 1/2 = 4体心立方结构体心立方结构 n = 8n = 8* *1/8 + 1 =21/8 + 1 =2密排六方结构密排六方结构 n = 12n = 12* *1/6 +21/

3、6 +2* *1/2 +3 = 61/2 +3 = 6fccbcchcpZhengzhou University of Light Industry52 2、原子半径、原子半径 （r r） 设金属原子半径为设金属原子半径为r r，根据几何学关系求出三种典型金，根据几何学关系求出三种典型金属晶体结构的点阵常数与属晶体结构的点阵常数与r r之间的关系之间的关系：面心立方结构：点阵常数为面心立方结构：点阵常数为a=b=ca=b=c，且，且 2a=4r2a=4r体心立方结构：点阵常数为体心立方结构：点阵常数为a=b=ca=b=c，且，且 3a=4r3a=4r密排六方结构：点阵常数为密排六方结构：点阵常

4、数为a=bca=bc，且，且 a=2ra=2r （若把原子假设为等径刚球，则（若把原子假设为等径刚球，则c/a=1.633）fccbcchcpZhengzhou University of Light Industry6理想密排六方晶胞中的理想密排六方晶胞中的轴比轴比c/ac/aZhengzhou University of Light Industry7 晶体类型晶体类型 A1(fcc) A2(bcc) A3(hcp) 配配 位位 数数 12 8（8+6） 12（6+6） 空间利用率空间利用率 74 % 68% 74%3 3、配位数（、配位数（CNCN）和空间利用率（）和空间利用率（PCPC

5、） fccbcchcp注：体心立方结构的配位数为注：体心立方结构的配位数为8 8（最近邻原子相距（最近邻原子相距3 a/23 a/2），），此外还有此外还有6 6个相距为个相距为a a的次近邻原子，有时也将之列入其内，故的次近邻原子，有时也将之列入其内，故有时记为（有时记为（8+68+6）。）。 密排六方结构中，只有当密排六方结构中，只有当c/a=1.633c/a=1.633时其配位数为时其配位数为1212。如。如果果c/a1.633c/a1.633，则有，则有6 6个最近邻原子（同一层个最近邻原子（同一层6 6个原子）和个原子）和6 6个个次近邻原子（上、下层的各次近邻原子（上、下层的各3

6、3个原子），故其配位数应记为个原子），故其配位数应记为（6+6).6+6).Zhengzhou University of Light Industry84 4、晶体结构中的间隙、晶体结构中的间隙 fccfccZhengzhou University of Light Industry9bccbcc不对称间隙不对称间隙Zhengzhou University of Light Industry10hcphcp 图中实心圆圈代表金属原子，令其半径为图中实心圆圈代表金属原子，令其半径为r rA A；空心圆圈代表；空心圆圈代表间隙，令其半径为间隙，令其半径为r rB B。r rB B实质上是表示能放

7、入间隙内的小球的实质上是表示能放入间隙内的小球的最大半径。最大半径。Zhengzhou University of Light Industry11晶体类型晶体类型四面体空隙四面体空隙八面体空隙八面体空隙数量数量大小大小数量数量大小大小fcc80.225r40.414rbcc120.291r60.154r 0.633r hcp120.225r60.414rZhengzhou University of Light Industry12面心立方点阵中的空隙大小Zhengzhou University of Light Industry13 金刚石是碳的一种结晶形式，其中每个碳原子均有金刚石是碳的

8、一种结晶形式，其中每个碳原子均有4 4个个等距离（等距离（0.154nm0.154nm）的最近邻原子，全部按共价键结合。）的最近邻原子，全部按共价键结合。二、其它典型单质晶体结构二、其它典型单质晶体结构1 1、金刚石的结构、金刚石的结构Zhengzhou University of Light Industry14 晶体结构属于复杂的面晶体结构属于复杂的面心立方结构，碳原子除按通心立方结构，碳原子除按通常的常的fccfcc排列外，立方体内还排列外，立方体内还有有4 4个原子，它们的坐标分别个原子，它们的坐标分别为为1/4 1/4 1/41/4 1/4 1/4，3/4 3/4 3/4 3/4 1

9、/41/4，3/4 1/4 3/43/4 1/4 3/4，1/4 3/4 1/4 3/4 3/43/4，相当于晶内其中，相当于晶内其中4 4个不个不相邻四面体间隙中心的位置。相邻四面体间隙中心的位置。故晶胞内共含故晶胞内共含8 8个原子。个原子。Zhengzhou University of Light Industry15 2、石墨的结构、石墨的结构 石墨是一种层状晶体石墨是一种层状晶体 ，在，在层面内的三个结合键是共价键，层面内的三个结合键是共价键，与层面垂直方向还应有一个电与层面垂直方向还应有一个电子子, ,形成金属键形成金属键 ，层面之间又，层面之间又是靠很弱的范德华力结合在一是靠很弱

10、的范德华力结合在一起起 。由于键合情况的区别，使。由于键合情况的区别，使得石墨与金刚石有完全不同的得石墨与金刚石有完全不同的性能性能 ，石墨层片之间非常容易，石墨层片之间非常容易运动运动 ，沿层片方向，石墨是一，沿层片方向，石墨是一种良导体。种良导体。Zhengzhou University of Light Industry16学习要求：学习要求： 重点掌握三种典型的单质金属晶体结构，重点掌握三种典型的单质金属晶体结构，并会从晶胞中的原子个数、原子半径、配位数与并会从晶胞中的原子个数、原子半径、配位数与空间利用率这几方面进行结构分析。空间利用率这几方面进行结构分析。Zhengzhou University of Light Industry17作业：作业： P70 13补补1：金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为：金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74