第九讲 晶体化学简介.ppt

1、第9章：晶体化学导论。在讨论晶体结构的几何规律时，晶体结构中的点被认为是几何点。但这些点是各种元素的原子、离子和分子，它们是晶体的化学成分。晶体化学：研究化学成分与晶体结构之间的关系，进一步讨论化学成分、晶体结构与晶体形状、性能、形成和变化条件之间的关系。第一，最紧密堆积原理，在晶体结构中，粒子倾向于尽可能相互靠近以占据最小的空间；它们之间的力是平衡的，从而使内能最小化，并使晶体保持在最稳定的状态。由于化学键和金属键在离子晶格和金属晶格中的方向性和饱和性，内部的粒子原子或离子可视为具有一定体积的球体；因此，从几何角度来看，金属原子或离子的相互结合可以看作是球体的紧密堆积，所以可以用球体的紧密堆

2、积原理来分析。在最接近的六边形和立方体填料中，空隙的类型和数量是相同的。一个球体周围分布着6个八面体空隙和8个四面体空隙，但两个最接近的填料的空隙分布规律不同。在最接近的六边形填料中，相同类型的空隙上下相对，中间有一个对称平面；在最紧凑的立方体中，相同类型的空隙上下交错，中间没有对称平面。根据六个八面体空隙和八个四面体空隙分布在一个球体周围，一个八面体空隙由六个球体组成，一个四面体空隙由四个球体组成的数值关系，我们可以计算出由n个球体最接近的堆积形成的八面体空隙的数量是n，四面体空隙的数量是2n。配位数和配位多面体在晶体结构中，原子和离子以某种方式与周围的原子和离子接触。每个原子或离子周围最近

3、的不同数目的原子或离子的数目称为原子或离子的配位数。以原子或离子为中心，将原子或离子的中心以配位关系连接起来的多面体称为配位多面体。配位多面体有多种形式，晶体结构通常可以看作是由配位多面体组成的结构系统。3、化学键和晶格类型，各种晶体，当内部粒子之间的键相同时，往往表现出一系列共同的物理性质；当键不同时，这些物理性质的特征明显不同。通常，我们根据键性质的异同将晶体结构划分为不同的晶格类型，也就是说，如果晶体结构中的键力在一定的键性质下占主导地位，我们将它划分为相应的晶格类型。对应于四种基本键类型，离子键、共价键、金属键和分子键，以及氢键作为一种特殊的化学键形式，晶格类型可分为五种类型。4.典型

4、结构分析：如果不同晶体的相应粒子以相同的方式排列，我们称它们的结构为同型。在这些同型结构中，这种结构通常被称为典型结构，其中一种晶体是其代表。如岩盐、方铅矿、方镁石等。我们将其命名为以氯化钠晶体为代表的-氯化钠型结构，即氯化钠型结构是一种典型的结构，而方铅矿、方镁石等晶体具有氯化钠结构。在分析晶体结构时，典型结构可以起到典型的作用，从而为分析晶体结构提供了一种简单的方法。例如，如果我们可以将一些在几何特征上类似于典型结构的晶体结构与典型结构进行比较，我们可以使用典型结构来描述和阐明这些晶体结构，只需要一点必要的补充说明。这些晶体结构可以被认为是一些典型结构的所谓衍生结构。，氯化钠结构，5。同构

5、的概念晶体结构中的一些粒子(原子、离子或分子)被其他类似的粒子所取代，这只能使晶格常数变化很小，但结构形式不变。这种现象称为同构，同构混合物也称为同构混合晶体，它是一种固溶体。所谓的固溶体是指在固体条件下将一种组分溶解在另一种组分中形成的均匀固体。它可以通过粒子的置换形成“替代固溶体”(即同构的混合晶体)；通过某种粒子侵入其他种类粒子的晶格间隙，也有可能形成“侵入性固溶体”。可以看出，同构混合晶体不是固溶体的整体，但固溶体通常被认为是同构混合晶体的同义词。根据相互替代粒子的相同或不同电价，分别称为等价同构和异价同构。前者如上所述，例如，在钠长石和钙长石中，影响同构的因素形成同构取代，一方面，它

6、取决于取代粒子本身的性质，如原子、离子半径、电价、离子类型、化学键等。另一方面，它也取决于外部条件，如温度、压力、介质条件等。6.同质多晶现象具有相同化学组成的物质在不同的物理和化学条件(温度、压力和介质)下形成具有不同结构的晶体的现象称为同质多晶现象。这些具有不同结构的晶体被称为这种成分的同质多晶变体。7、变形现象(crystal transformation ),在化学式中属于同一类型的化合物，其化学成分的规律性变化而引起晶体结构形态的明显和规律性变化的现象称为变形现象。晶体结构中原子和离子的半径和极化性质的一系列差异是类型变化的主要原因。以二价金属的无水碳酸盐矿物为例。离子半径小于0.1

7、毫米的二价阳离子Mg 2、Co 2、Zn 2、Fe 2和Mn 2形成方解石菱镁矿、菱镁矿、菱锌矿和菱镁矿，它们都具有方解石(CaCO3)型结构。随着阳离子半径的变化，由它们形成的晶体的菱形1011的面角略有变化。然而，离子半径大于0.1nm的二价阳离子Sr _ 2、Ba _ 2、Pb _ 2分别形成属于正交体系的文石(CaCO3)结构。随着离子半径的变化，由它们形成的晶体的正交柱面角也略有变化。然而，在不同条件下，离子半径接近0.1纳米的二价阳离子Ca 2可以分别形成三角体系的方解石和正交体系的文石。这一系列组成和结构的变化被称为变异系列。多态性是一种元素或化合物存在于两层或多层结构中的现象。这些晶体结构的结构单元层基本相同，但它们的堆叠顺序不同，因此可以形成不同的多型。多态性可以看作是一维同质多态性的一种特殊形式。晶体结构的有序和无序的概念当两个(或更多)原子或离子占据晶体结构中