大学有机化学上册Chapter3晶体结构(1)

1、无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-1 晶晶 体体 3-1-1 晶体的宏观特征晶体的宏观特征 3-1-2 晶体的微观特征晶体的微观特征 平移对称性平移对称性无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-1-1 晶体的宏观特征晶体的宏观特征 石英石英硫硫无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal Universit

2、yCollege of Chemistry & Materials Science钠长石钠长石NaAlSi3O8绿柱石绿柱石Be3Al2(SiO3)6无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science钻石 祖母绿无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science固体物质按其中原子排列的有序程度不同分为固体物质按其中原子排列的有序程度不同分为晶体晶体 (cryst

3、al) 无定形物质无定形物质(amorphous solid)单晶体单晶体 (monocrystal)多晶体多晶体 (polycrystal)无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 晶体晶体具有规则的几何构型具有规则的几何构型，这是晶体最明显，这是晶体最明显的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的可能差别，但晶体的晶面角却不会变。晶面角却不会变。晶体的宏观特征：晶体的宏观特征：无机化学无机化学- -晶

4、体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 晶体表现晶体表现各向异性各向异性，例如热、光、电、硬度等例如热、光、电、硬度等常因晶体取向不同而异。常因晶体取向不同而异。 晶体都晶体都有固定的熔有固定的熔点，点，玻璃在加热时却是玻璃在加热时却是先软化，后粘度逐渐小先软化，后粘度逐渐小，最后变成液体。，最后变成液体。m.p.tT无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-1

5、-2 晶体的微观特征晶体的微观特征 平移对称性平移对称性 平移对称性：平移对称性： 在晶体的微观空间中，在晶体的微观空间中，原子呈周期性的原子呈周期性的整齐排列整齐排列。对于理想的完美晶体，这种周。对于理想的完美晶体，这种周期性是单调的，不变的。在期性是单调的，不变的。在晶体中相隔一晶体中相隔一定的距离，总有完全相同的原子排列出现定的距离，总有完全相同的原子排列出现的现象叫做平移对称性。的现象叫做平移对称性。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science无机化学无机化学-

6、-晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science平移对称平移对称无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 非晶态不具有晶体微观结构的平移对称性。非晶态不具有晶体微观结构的平移对称性。(a)(b)晶态与非晶态微观结构对比晶态与非晶态微观结构对比无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry

7、& Materials Science可见，晶体微观空间的原子排列，无论可见，晶体微观空间的原子排列，无论是近程还是远程，都是周期性有序结构是近程还是远程，都是周期性有序结构，而非晶态只是近程有序而远程无序，而非晶态只是近程有序而远程无序，无周期性规律。无周期性规律。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-2 晶胞晶胞 3-2-1 晶胞的基本特征晶胞的基本特征 3-2-2 布拉维系布拉维系 3-2-3 晶胞中原子的坐标与计数晶胞中原子的坐标与计数 3-2-4 素晶

8、胞与复晶胞素晶胞与复晶胞体心晶体心晶 胞、面心晶胞和底心晶胞胞、面心晶胞和底心晶胞 3-2-5 14种布拉维点阵型式种布拉维点阵型式无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-2-1 晶胞的基本特征晶胞的基本特征晶胞晶胞(unit cell)是晶体中最有代表性的重复单元。是晶体中最有代表性的重复单元。（1）晶胞具有平移性）晶胞具有平移性 晶体内部的质点具有周期性重复的规律性晶体内部的质点具有周期性重复的规律性，即整块晶体是由完全等同的晶胞无隙并置地堆，即整块晶体是由完

9、全等同的晶胞无隙并置地堆积而成的。积而成的。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science完全等同：完全等同： 晶胞里晶胞里原子的数目、种类原子的数目、种类；晶胞晶胞的的形状、取向形状、取向、大小、排列完全、大小、排列完全等同。等同。无隙并置：无隙并置： 晶胞与它的比邻晶胞完全晶胞与它的比邻晶胞完全共顶角共顶角、共面共面、共棱共棱，取向一致取向一致，无间隙无间隙，可平移可平移，整个晶体的微观，整个晶体的微观结构不可区别。结构不可区别。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构S

10、ichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 晶体的微观结构是晶体的微观结构是1912年年Laue开始用开始用X-射线射线进行分析。进行分析。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science由不同的组合单元构成不同类型的晶体由不同的组合单元构成不同类型的晶体无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Ma

11、terials Science(2) 晶胞具有相同的顶角、相同的平面和相同晶胞具有相同的顶角、相同的平面和相同的平行棱的平行棱 所谓所谓“相同相同”，包括，包括“化学上相同化学上相同”（原子原子或分子相同或分子相同）和）和“几何上相同几何上相同”（原子排列与取原子排列与取向向），不具有平移性就不是晶胞。），不具有平移性就不是晶胞。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science可以选为晶胞的多面体很多。只要它们可以无可以选为晶胞的多面体很多。只要它们可以无隙并置地充满整个微观

12、空间，即具有平移性，都隙并置地充满整个微观空间，即具有平移性，都可以选用。但应强调指出，若不指明，可以选用。但应强调指出，若不指明，三维的三维的“习用晶胞习用晶胞”都是都是平行六面体平行六面体。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 同一空间点阵可因选取方式不同而得到同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞。不相同的晶胞。晶胞的二个要素晶胞的二个要素 一是晶胞的一是晶胞的大小、型式大小、型式。晶胞的大小、型式由。晶胞的大小、型式由a a、b b、c c三个晶轴

13、三个晶轴及它们间的及它们间的夹角夹角 、 、 所确定。所确定。 另一是另一是晶胞的内容晶胞的内容。由组成。由组成晶胞的原子或分子晶胞的原子或分子及它们在晶胞中的位置所决定。及它们在晶胞中的位置所决定。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-2-2 布拉维系布拉维系 布拉维布拉维晶胞的边长与夹角叫做晶胞参数。晶胞的边长与夹角叫做晶胞参数。 按晶胞参数的差异将晶体分成按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系七种晶系。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan No

14、rmal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science边长边长: a=b=c夹角夹角: = = =900实例实例: Cu , NaCl立方立方无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science边长边长:a=b c夹角夹角: = = =900实例实例: Sn, SnCl2四方四方无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materia

15、ls Science边长边长:a = b c夹角夹角: = =900 =1200实例实例: Mg, AgI六方六方无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science正交正交边长边长:a b c夹角夹角: = = =900实例实例: I2 、HgCl2无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science边长边长:a b c夹角夹角: = =900 900实例实例:

16、S, KClO3单斜单斜无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science边长边长:a b c夹角夹角: 900实例实例: CuSO4.5H2O三斜三斜无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 菱方菱方（三方）（三方）边长边长:a = b=c夹角夹角: = = 90 实例实例: Al2O3, CaCO3, As, Bi无机化学无机化学- -晶体结构晶体

17、结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 注意：注意：空间点阵是晶体中质点排列的几何空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有有14种类型种类型。晶体结构则是晶体中实际质点晶体结构则是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况，（原子、离子或分子）的具体排列情况，它们它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶

18、晶体结构是无限的体结构是无限的。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science此此此此无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-2-3 晶胞原子的坐标与计数晶胞原子的坐标与计数 通常用通常用xa+yb+zc中的中的x，y，z组成的三组数来表组成的三组数来表达晶胞中原子的位置，称为达晶胞中原子的位置，称为原子坐标原子坐标。 晶胞中原子数的计算，可以

19、通过考察晶胞中有晶胞中原子数的计算，可以通过考察晶胞中有几种不同的原子坐标得到（或直接数）。几种不同的原子坐标得到（或直接数）。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-2-4 素晶胞与复晶胞素晶胞与复晶胞素晶胞是晶体微观空间中的最小基本单元。素晶胞是晶体微观空间中的最小基本单元。复晶胞是素晶胞的多倍

20、体。即体心晶胞、面心晶复晶胞是素晶胞的多倍体。即体心晶胞、面心晶胞、底心晶胞。胞、底心晶胞。晶晶胞胞素晶胞素晶胞复晶胞复晶胞体心晶胞体心晶胞面心晶胞面心晶胞底心晶胞底心晶胞3-2-5 14种布拉维点阵型式种布拉维点阵型式无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3-4 离子键理论离子键理论一、离子键理论的基本要点一、离子键理论的基本要点 在离子化合物中，正负离子之间由于静电引在离子化合物中，正负离子之间由于静电引力而互相吸引，当它们充分接近时，离子的外电力而互相吸引，当

21、它们充分接近时，离子的外电子层之间又产生排斥力，当吸引力和排斥力相平子层之间又产生排斥力，当吸引力和排斥力相平衡时，体系的能量最低，正负离子间便形成稳定衡时，体系的能量最低，正负离子间便形成稳定的结合体。的结合体。 这种靠正、负离子的静电引力而形成的化学键叫这种靠正、负离子的静电引力而形成的化学键叫做做离子键离子键。具有离子键的化合物称为。具有离子键的化合物称为离子化合物离子化合物。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science离子键的特征离子键的特征1. 作用力的实质是静

22、电引力作用力的实质是静电引力 q1 ，q2 分别为正负离子所带电分别为正负离子所带电量量 ，r 为正负离子的核间距离。为正负离子的核间距离。122qqFr2. 离子键无方向性和饱和离子键无方向性和饱和性性 可以与任何方向的电性不同的离子相吸引，可以与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以离子键所以离子键无方向性无方向性。 无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 只要是正负离子之间，则彼此吸引；只要空间许只要是正负离子之间，则彼此吸引；只要空间许可，一个离子可以同时和几

23、个电荷相反的离子相吸引，可，一个离子可以同时和几个电荷相反的离子相吸引，因此离子键因此离子键无饱和性。无饱和性。 在在离子晶体离子晶体中，每一个离子周围排列异号离中，每一个离子周围排列异号离子的数目子的数目（配位数）（配位数）是固定的。如是固定的。如NaCl晶体中，晶体中，每个每个Na+周围有周围有6个个Cl ，每个每个Cl 周围也有周围也有6个个Na+。一个离子周围排列异号离子的数目，主要一个离子周围排列异号离子的数目，主要决定于决定于正离子和负离子的半径比（正离子和负离子的半径比（r+/r )，比值比值越大，配位数越大。越大，配位数越大。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan

24、 Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science1.7无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 注意：在离子型化合物中，并不是纯粹的离子注意：在离子型化合物中，并不是纯粹的离子键，仍有部分共价键成分。一般通过离子性百分键，仍有部分共价键成分。一般通过离子性百分数来表示键的离子性大小。数来表示键的离子性大小。 可见，当可见，当阴阳离子的电负性差值为阴阳离子的电负性差值为1.7时时，单键单键约有约有50%

25、的离子性，因此，的离子性，因此，一般把元素电负性差值一般把元素电负性差值大于大于1.7的化合物看作离子结构。的化合物看作离子结构。如如NaCl，Cl和和Na的电负性差值为的电负性差值为2.23。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science注意：注意：离子晶体中没有独立的离子晶体中没有独立的“分子分子”，因此，因此，其其化学式只表示晶体中正负离子数量比，并不化学式只表示晶体中正负离子数量比，并不表示实际分子。表示实际分子。如如 NaCl并不表示并不表示NaCl晶体中存晶体中

26、存在在NaCl分子。分子。二、决定离子化合物性质的因素二、决定离子化合物性质的因素离子的特征离子的特征1. 离子半径离子半径无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science1离子半径概念离子半径概念 将离子晶体中的离子看成将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的是相切的球体，正负离子的核间距核间距 d 是是 r + 和和 r 之和之和 。dr+r - d 值可由晶体的值可由晶体的 X 射线衍射射线衍射实验测定得到，例如实验测定得到，例如 MgO d = 210 pm 。

27、22M gOdrr2 1 0 p m无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science1926 年，哥德希密特年，哥德希密特 ( Goldschmidt ) 用光学方法测得用光学方法测得了了 F 和和 O 2 的半径，分别为的半径，分别为 133 pm 和和 132 pm。 结结合合 X 射线衍射所得的射线衍射所得的 d 值，得到一系列离子半径。值，得到一系列离子半径。 这种半径为这种半径为哥德希密特半径哥德希密特半径 。 1927 年，年，Pauling 把最外层电子到核的距

28、离，定把最外层电子到核的距离，定义为离子半径。义为离子半径。并利用有效核电荷等数据，求出一并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为套离子半径数值，被称为 Pauling 半径半径 。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 在比较半径大小和讨论变化规律时，在比较半径大小和讨论变化规律时，多采用多采用 Pauling 半径半径 。 2离子半径的变化规律离子半径的变化规律a ) 同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数

29、的离子半径增加。数的离子半径增加。 Li + Na + K + Rb + Cs + F Cl Br Mg 2 + Al 3 + K + Ca 2 + c ) 同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。同一元素，不同价态的离子，电荷高的半径小。 如如 Ti 4 + Ti 3 + ； Fe 3 + 9-17 8无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science极化能力的实质是离子作为电场时电场强度的体现。极化能力的实质是离子作为电场时电场强度的体现。 r 小则极化能力强小则极化能力

30、强，因此，因此 Na+ K+ Rb+ Cs +， Li + 的极化能力很大，的极化能力很大，H 的体积和半径均的体积和半径均极小，故极化能力最强。极小，故极化能力最强。 r 相近时，电荷数越高极化能力越强相近时，电荷数越高极化能力越强 。 Mg2+ ( 8e，65 pm ) Fe 2 +，Ni 2 + ( 8 18 ) Ca 2 +，Mg 2 + ( 8 e )（2）变形性的大小）变形性的大小离子可被极化的程度；通常考虑负离子的变形性。离子可被极化的程度；通常考虑负离子的变形性。负离子变形性大的标志负离子变形性大的标志高负电荷高负电荷大半径大半径构型：构型：2，18，18+2 9-17 8无机

31、化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science r 大则变形性大，故阴离子的变形性显得主大则变形性大，故阴离子的变形性显得主要。要。阳离子中只有阳离子中只有 r 相当大的如相当大的如 Hg 2 + ，Pb 2 + ，Ag + 等才考虑其变形性。等才考虑其变形性。 电荷数的代数值越大，变形性越小，电荷数的代数值越大，变形性越小，如如Si 4 + Al 3 + Mg 2 + Na+ ( Ne ) F O 2 电子构型，外层（次外层）电子越多，变形性越大。电子构型，外层（次外层）电子

32、越多，变形性越大。 Na+ Cu+ ； Ca 2 + Cd 2 + 简单离子的变形性简单离子的变形性无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science复杂阴离子变形性小复杂阴离子变形性小SO4 2 ，ClO4 ，NO3 r 虽大，但虽大，但离子对称性高离子对称性高，中心，中心 氧化数又高，拉电子能力强，氧化数又高，拉电子能力强，不易变形。不易变形。 综合考虑，变形性大的有综合考虑，变形性大的有 I，S2，Ag+，Hg2 +，Pb2 + ； 变形性小的有变形性小的有 Be 2 +

33、，Al 3 +，Si 4 +，SO4 2 等。等。（3）附加极化作用）附加极化作用 由于极化作用，使反号离子的变形性增大，由于极化作用，使反号离子的变形性增大，从而使反号离子的极化能力加强，这种从而使反号离子的极化能力加强，这种加强的极加强的极化作用为附加极化作用。化作用为附加极化作用。2. 离子极化对化合物性质的影响离子极化对化合物性质的影响（1）熔点和沸点降低）熔点和沸点降低LiCl 605 +1 -1 0.181NaCl 801 +1 -1 0.181KCl 770 +1 -1 0.181RbCl 718 +1 -1 0.181CsCl 645 +1 -1 0.181 R R ZZ- m

34、.p/IA BeCl2 405 +2 -1 0.181MgCl2 714 +2 -1 0.181CaCl2 782 +2 -1 0.181SrCl2 875 +2 -1 0.181BaCl2 963 +2 -1 0.181 R R ZZ- m.p/IIA 两个序列氯化物晶体的熔沸点变化趋势为何不同？两个序列氯化物晶体的熔沸点变化趋势为何不同？从上到下，阳离子的半径增大，极化力减小，离子键从上到下，阳离子的半径增大，极化力减小，离子键的成分増多；的成分増多；从上到下，离子键的强度如何变化？从上到下，离子键的强度如何变化？无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal Univ

35、ersityCollege of Chemistry & Materials Science键型键型 离子键离子键 混合键混合键 混合键混合键 共价键共价键溶解度溶解度 大大 较大较大 较小较小 小小熔沸点熔沸点 高高 较高较高 较低较低 低低（2）离子化合物的颜色）离子化合物的颜色 离子化合物的颜色规律：离子化合物的颜色规律： 一般情况，如果组成化合物的两种离子都一般情况，如果组成化合物的两种离子都是无色的，则该离子化合物为无色，是无色的，则该离子化合物为无色， 如如NaCl、KNO3；无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege o

36、f Chemistry & Materials Science 如果其中一种离子无色，另一种离子的颜色如果其中一种离子无色，另一种离子的颜色与该化合物的颜色一致！但与该化合物的颜色一致！但离子极化会使离子化离子极化会使离子化合物的颜色与离子的颜色发生偏差。合物的颜色与离子的颜色发生偏差。如如K2CrO4 黄色，与黄色，与CrO42-的颜色一致；的颜色一致；Ag2CrO4 棕红色，与棕红色，与CrO42-的颜色不一致的颜色不一致原因之一：原因之一：Ag+具有较强的极化作用。具有较强的极化作用。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege

37、of Chemistry & Materials Science3.7 原子晶体和分子晶体原子晶体和分子晶体3.7.1 原子晶体（共价晶体）原子晶体（共价晶体）特点：特点：构晶质点：构晶质点：原子；原子；质点间作用力：质点间作用力：共价键；共价键；物理性质：物理性质：熔点高、硬度大；熔点高、硬度大；典型实例：典型实例：金刚石、石英（金刚石、石英（SiO2）、）、金刚砂金刚砂（SiC）等。等。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3.7.2 分子晶体分子晶体特点：特点

38、：构晶质点：构晶质点：分子（极性分子和非极性分子）；分子（极性分子和非极性分子）；质点间作用力：质点间作用力：分子间力（包括氢键）；分子间力（包括氢键）；物理性质：物理性质：低熔点、低沸点、硬度小；低熔点、低沸点、硬度小；典型实例：典型实例：干冰（分子间力）、冰（氢键）。干冰（分子间力）、冰（氢键）。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science3.8 金属晶体金属晶体 根据自由电子模型，在金属中金属离子通过根据自由电子模型，在金属中金属离子通过吸引自由电子联系在一起，形成

39、金属晶体吸引自由电子联系在一起，形成金属晶体 。这就。这就是是金属键。金属键。 金属晶体中原子是以金属晶体中原子是以紧密堆积紧密堆积的形式存在的的形式存在的 。所谓所谓紧密结构紧密结构，就是把金属原子看作一个个等径，就是把金属原子看作一个个等径圆球，则它们将以空间利用率最高的方式排列。圆球，则它们将以空间利用率最高的方式排列。 常见的金属晶格有三种：常见的金属晶格有三种：体心立方晶格，面体心立方晶格，面心立方晶格和六方晶格。心立方晶格和六方晶格。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Material

40、s Science 面心立方和六方晶格面心立方和六方晶格: 配位数为配位数为12，空间利空间利用率为用率为74%左右，是最左右，是最紧密的堆积。紧密的堆积。 体心立方体心立方: 配位数为配位数为8，空间利用率为，空间利用率为68%左右，左右，不是密堆积结构。不是密堆积结构。 金属晶体中金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在离子是以紧密堆积的形式存在的的 。下面用等径刚性球模型来讨论堆积方式。下面用等径刚性球模型来讨论堆积方式。 在一个层中，最紧密的堆积方式，在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球是一个球与周围与周围 6 个球相切，个球相切，在中心的周围形成在中心的周围形成 6 个凹个凹位，将其算

41、为第一层。位，将其算为第一层。无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准将球对准1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其位，其情形是一样的情形是一样的 )123456AB， 对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA第一种是将

42、球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 AB AB 堆积方堆积方式，形成六方紧密堆积式，形成六方紧密堆积。 配位数配位数 12 ， ( 同层同层 6，上下层各上下层各 3 )无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials Science 第三层的第三层的另一种另一种排排列方式，列方式，是将球对准第是将球对准第一层的一层的 2，4，6 位位，不不同于同于 AB 两层的位置两层的位置，这是这是 C 层。层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 无机化学无机化学- -晶体结构晶体结构Sichuan Normal UniversityCollege of Chemistry & Materials