材料中的晶体结构

材料中的晶体结构第1页，课件共80页，创作于2023年2月2.1纯金属的晶体结构典型金属的晶体结构面心立方（A1或f.c.c）体心立方（A2或b.c.c）密排六方（A3或h.c.p）

第2页，课件共80页，创作于2023年2月面心立方f.c.c第3页，课件共80页，创作于2023年2月体心立方b.c.c第4页，课件共80页，创作于2023年2月密排六方h.c.p第5页，课件共80页，创作于2023年2月点阵常数

晶胞的棱边长度a、b、c，原子半径为r，则afcc＝rabcc

＝rahcp＝2r(c/a=1.633)第6页，课件共80页，创作于2023年2月晶胞原子数NN的概念：计算方法：Nfcc=4Nbcc=2Nhcp=6第7页，课件共80页，创作于2023年2月配位数CN和致密度KCNf.c.c＝12CNb.c.c＝8CNh.c.p＝12（c/a＝1.633）Kf.c.c

＝74％Kb.c.c

＝68％

Kh.c.p

＝74％（c/a=1.633）第8页，课件共80页，创作于2023年2月间隙四面体间隙、八面体间隙：在分析晶体结构的间隙时，要明确间隙的种类、大小、位置、数目。

第9页，课件共80页，创作于2023年2月间隙的种类第10页，课件共80页，创作于2023年2月间隙的大小第11页，课件共80页，创作于2023年2月f.c.c结构中的间隙第12页，课件共80页，创作于2023年2月f.c.c结构中的间隙正八面体间隙位置：数目：大小：

正四面体间隙位置：数目：大小：第13页，课件共80页，创作于2023年2月b.c.c结构中的间隙第14页，课件共80页，创作于2023年2月b.c.c结构中的间隙扁八面体间隙位置：数目：大小：四面体间隙位置：数目：大小：第15页，课件共80页，创作于2023年2月h.c.p结构中的间隙第16页，课件共80页，创作于2023年2月h.c.p结构中的间隙对于c/a＝1.633，在原子半径相同条件下间隙大小与f.c.c相同。只是间隙中心的位置有所不同。第17页，课件共80页，创作于2023年2月原子的堆垛方式h.c.p中{0001}的堆垛顺序：ABAB…f.c.c中{111}的堆垛顺序：ABCABC…第18页，课件共80页，创作于2023年2月

多晶型（同素异构）转变概念：特点：第19页，课件共80页，创作于2023年2月2.2离子晶体的结构（1）离子半径有效半径：离子半径的大小并非绝对的，同一离子随着价态和配位数的变化而变化。第20页，课件共80页，创作于2023年2月（2）配位数CN涉及正负离子。正、负离子的配位数多少与离子半径之比有关r+/r-。第21页，课件共80页，创作于2023年2月（3）配位多面体配位多面体：配位多面体是离子晶体的基本结构单元。了解晶体结构：

r+/r-→CN(+)→配位多面体→结构特点第22页，课件共80页，创作于2023年2月（3）配位多面体第23页，课件共80页，创作于2023年2月离子晶体的结构规则—鲍林规则鲍林提出了五条规则，成功地解释了大多数离子晶体结构，其规则也就是决定结构单元自身特性及结构单元之间连接方式地规则。第24页，课件共80页，创作于2023年2月(1)第一规则负离子配位多面体规则内容：r0＝r+＋r-r+/r-→CN（+）第25页，课件共80页，创作于2023年2月(2)第二规则静电价规则

内容：静电键强度S=Z/n离子配位数与电价关系：第26页，课件共80页，创作于2023年2月(3)第三规则连接规则（能量规则）内容：一般规律：四面体，

连接；八面体，

连接；立方体，

连接。第27页，课件共80页，创作于2023年2月（3）第三规则第28页，课件共80页，创作于2023年2月(4)第四规则连接规则

内容：多种阳离子存在，其配位多面体尽可能互不相连，若连，共

。第29页，课件共80页，创作于2023年2月(5)第五规则节省规则内容：在一个均匀结构中，不同

的配位多面体很难有效地堆积在一起。第30页，课件共80页，创作于2023年2月典型的离子晶体结构

对晶体结构的描述通常使用以下三种方法：①②③

第31页，课件共80页，创作于2023年2月（1）NaCl型（AB型）晶体结构

晶系点阵类型

立方CN（+）＝

CN（-）＝Z＝4第32页，课件共80页，创作于2023年2月（1）NaCl型配位多面体为

面体第33页，课件共80页，创作于2023年2月（1）NaCl型描述：①八面体以

方式连接而成。②③Cl－按

密堆积，Na＋位于

间隙中。第34页，课件共80页，创作于2023年2月（1）NaCl型属于NaCl型结构的晶体有：不同的是晶体的

参数不相同。第35页，课件共80页，创作于2023年2月（2）CsCl型（AB型）晶体结构点阵类型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝1配位多面体为第36页，课件共80页，创作于2023年2月（2）CsCl型描述：①立方体以

连接。②③Cl－按

堆积，Cs＋占据

间隙。属于CsCl型结构的晶体有：第37页，课件共80页，创作于2023年2月（3）β－ZnS（闪锌矿）型

（AB型）晶体结构点阵类型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝4第38页，课件共80页，创作于2023年2月（3）闪锌矿型配位多面体为第39页，课件共80页，创作于2023年2月（3）闪锌矿型描述：①②见书③属于闪锌矿型结构的晶体有：第40页，课件共80页，创作于2023年2月（4）α－ZnS（纤锌矿）型

（六方ZnS）（AB型）晶体结构点阵类型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝2配位多面体第41页，课件共80页，创作于2023年2月（4）纤锌矿型描述：

属于纤锌矿型结构的晶体有：第42页，课件共80页，创作于2023年2月（5）CaF2（萤石）型（AB2型）晶体结构点阵类型CN（+）＝

CN（-）＝

Z＝4第43页，课件共80页，创作于2023年2月（5）萤石型配位多面体为第44页，课件共80页，创作于2023年2月（5）萤石型萤石结构中，存在

机制。反萤石结构：属于萤石型结构的晶体有：属于反萤石结构的晶体有：第45页，课件共80页，创作于2023年2月（6）TiO2

（金红石）型（AB2型）晶体结构点阵类型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝2第46页，课件共80页，创作于2023年2月（6）金红石型配位多面体为第47页，课件共80页，创作于2023年2月（6）金红石型描述：属于金红石型结构的晶体有：第48页，课件共80页，创作于2023年2月（7）α－Al2O3

（刚玉）型

（A2B3型）刚玉晶体属CN（+）＝

CN（-）＝Z＝2配位多面体为第49页，课件共80页，创作于2023年2月（7）刚玉型考虑电价平衡，八面体间隙正离子只占2/3。Al3＋离子的分布有一定规律。属于刚玉型结构的晶体有：第50页，课件共80页，创作于2023年2月（8）复合氧化物结构①CaTiO3

钙钛矿（ABO3

）②MgAl2O4

尖晶石（AB2O4

）第51页，课件共80页，创作于2023年2月①CaTiO3

钙钛矿晶体结构立方晶系(高温时)Z=4Ca2+面心立方的角顶CN（Ca2+）＝12O2-面心立方的面心CN（O2-

）＝6Ti4+

填充1/4八面体间隙CN（Ti4+

）＝6第52页，课件共80页，创作于2023年2月①钙钛矿第53页，课件共80页，创作于2023年2月①钙钛矿存在大的正离子大的正离子、负离子一起形成密堆结构，小的正离子填充空隙A是2价离子、B是4价离子；

A是1价离子、B是5价离子；第54页，课件共80页，创作于2023年2月②MgAl2O4

尖晶石晶体结构立方晶系Z=8O2-作立方紧密堆积，面心立方格子二价阳离子A填充于1/8四面体间隙三价阳离子B填充于1/2八面体间隙第55页，课件共80页，创作于2023年2月②MgAl2O4

尖晶石第56页，课件共80页，创作于2023年2月②MgAl2O4尖晶石八面体共棱连接，八面体与四面体共顶连。第57页，课件共80页，创作于2023年2月②MgAl2O4

尖晶石正型尖晶石反型尖晶石A是2价离子、B是3价离子；

A是4价离子、B是2价离子。第58页，课件共80页，创作于2023年2月方解石（CaCO3）型结构三方晶系NaCl晶格演变而成还可以文石结构（正交晶系）存在。第59页，课件共80页，创作于2023年2月金刚石结构结构特点CN＝4与金刚石结构相同的有：第60页，课件共80页，创作于2023年2月金刚石结构第61页，课件共80页，创作于2023年2月石墨的结构六方晶系碳原子成层状排列。每一层中碳原子成六方环状排列，每个碳原子与三个相邻碳原子之间的距离相等，碳原子之间是共价键。层与层之间的碳原子以分子键相连。

第62页，课件共80页，创作于2023年2月2.4硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体是构成地壳的主要矿物。硅酸盐晶体种类繁多，是陶瓷、耐材、水泥、玻璃等工业的主要原料。第63页，课件共80页，创作于2023年2月

硅酸盐晶体的结构特点硅酸盐晶体中，除了Si和O以外，组成中还有：各种阳离子附加阴离子结晶水和吸附水硅酸盐晶体的结构是非常复杂的。第64页，课件共80页，创作于2023年2月

硅酸盐晶体的结构特点基本结构单元是：Si4+离子之间不存在直接的键，键的连接是通过O2-离子实现的。

Si-O-Si或Si-O-M-O-Si键第65页，课件共80页，创作于2023年2月

硅酸盐晶体的结构特点氧桥：硅氧四面体最多可形成4个氧桥。硅酸盐结构中的Al3＋离子与O2－离子即可形成铝氧四面体，也可形成铝氧八面体。第66页，课件共80页，创作于2023年2月硅酸盐结构分类按照[SiO4]在空间的组合情况，将其分为：岛状、组群状、链状、层状、架状结构。第67页，课件共80页，创作于2023年2月（1）岛状结构[SiO4]以孤立状态存在，之间没有共用的氧。Si:O＝典型的硅酸盐有：镁橄榄石(Mg2Si2O4)、锆英石(ZrSiO4)第68页，课件共80页，创作于2023年2月（2）组群状结构[SiO4]通过共用氧（桥氧）相连，形成2、3、4、6个硅氧四面体组群。组群之间由其它阳离子按一定的配位形式连接。第69页，课件共80页，创作于2023年2月（2）组群状结构第70页，课件共80页，创作于2023年2月（2）组群状结构双四面体Si:O=1:3.5

三方环、四方环、六方环Si:O=1:3典型硅酸盐有：

Si:O=1:3.5硅钙石(Ca3Si2O7)

镁方柱石(Ca2MgSi2O7)Si:O=1:3绿宝石Be3Al2

[Si6O18]

堇青石Al3(Mg,Fe)2[Si5AlO18]第71页，课件共80页，创作于2023年2月（3）链状结构大量[SiO4]通过桥氧共顶连接成在一维方向无限延伸的链链与链之间通过其它阳离子按一定配位关系连接起来有两种形式：第72页，课件共80页，创作于2023年2月（3）链状结构

Si:O＝1:3Si:O＝1:2.75第73页，课件共80页，创作于2023年2月（3）链状结构单链[SiO4]彼此共用两个顶点，连接成无限长链。四面体其余2个氧离子仍具有-1价（活性氧），与链间的金属阳离子相维系。典型为辉石族矿物：透辉石CaMg[Si2O6]

顽火辉石Mg2[Si2O6]第74页，课件共80页，创作于2023年2月（3）链状结构双链是由两个单链平行连接而成，或者看成是单链通过一个镜面反映成双而得。典型为角闪石族矿物：透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2第75页，课件共80页，创作于2023年2月（4）层状结构底面在同一个平面的[SiO4]，通过在平面上共顶连接而成的具有六角对称的[SiO4]层。Si:O＝1:2.5自由氧一般和2价、3价阳离子相连，构成八面体。八面体有两种方式连成六边形网络：

二