晶体结构2.ppt

1、金属键的特点：没有方向性和饱和性。,4.7 金属晶体和等径球密堆积,金属原子在晶体中总是趋于密堆积的结构。,金属晶体中最常见的结构型式：,堆积密度大；,原子的配位数高；,能充分利用空间的那些结构。,单质金属晶体可以看成是等径球的密堆积。,堆积的方式主要有三种：,立方面心最密堆积；,六方最密堆积；,立方体心密堆积。,1、立方面心最密堆积,堆积方式,第一层：A层,1,2,3,4,5,6,第二层：B层,堆积方式：ABCABC, 即每三层重复一次, 这种结构称为A1 (或A1)型, 从中可以取出立方面心晶胞;,垂直于密置层观察(俯视图),平行于密置层观察(侧视图),A1最密堆积形成立方面心(cF)晶胞

2、,ABCABC堆积立方面心晶胞的选取,配位数：12,晶胞参数：=900 a=b=c,原子的分数坐标(0,0,0)(1/2,0,1/2) (1/2,1/2,0)(0,1/2,1/2),空间利用率,空间利用率=晶胞中原子的体积/晶胞体积,A1的晶胞中含有4个圆球（4个原子）；,a,a,空间利用率为：,2、六方最密堆积,堆积方式：,ABABAB,堆积方式： ABABAB, 即每两层重复一次, 称为A3 (或A3)型, 从中可取出六方晶胞。,A3最密堆积形成六方晶胞,配位数：12,晶胞参数：=900 1200 a=bc,原子的分数坐标(0,0,0)(1/3,2/3,1/2),空间利用率,A3的晶胞中含

3、有2个圆球（2个原子）；,晶胞中原子的体积:,2r,h/2,晶胞的体积=Sh,空间利用率为：,=74.05%,3、立方体心密堆积（A2）,堆积方式：,称为A2 型, 从中可取出立方体心晶胞。,配位数：8,晶胞参数：=900 a=b=c,原子的分数坐标(0,0,0)(1/2,1/2,1/2),空间利用率,原子在体对角线上紧密接触。,空间利用率为：,(110),4、金刚石型密堆积（A4）,堆积方式：,称为A4 型, 从中可取出金刚石结构的晶胞。,配位数：4,晶胞参数：=900 a=b=c,原子的分数坐标：,(0,0,0)(1/2,0,1/2) (1/2,1/2,0)(0,1/2,1/2),(1/4

4、,1/4,1/4)(3/4,1/4,3/4) (3/4,3/4,1/4)(1/4,3/4,3/4),空间利用率,A4的晶胞中含有8个原子；,晶胞中原子的体积:,原子在体对角线的1/4处上紧密接触。,(110),空间利用率为：,小结: 几种典型的金属单质晶体结构,4.8 离子晶体和Pauling规则,离子键的特点：没有方向性和饱和性。,离子晶体的结构也可按照密堆积结构讨论。,离子晶体的结构：不等径球的密堆积 。,负离子（大球）：等径球密堆积；,正离子（小球）：填充在大球形成的空隙中。,Pauling,Linus Carl Pauling USA 1901 1994 諾貝爾化學獎（1954年） 諾

5、貝爾和平獎（1962年）,Pauling,鲍林的其中46本研究笔记本 /specialcollections/rnb/,1、Pauling第一规则：配位多面体规则,每个正离子周围形成负离子的配位多面体，,其中正负离子间距取决于正负离子的半径和，,正离子的配位数取决于正负离子的半径比。,配位数与半径比的关系,三配位的正三角形空隙,堆积方式：三个大球堆积成正三角形。,半径比范围：,当 时，正负接触，负负接触。,当 时，正负接触，负负不接触。,当 时，正离子填入正四面体空隙。,四配位的正四面体空隙,堆积方式：四个大球堆积成正四面体。,半径比范围：,当

6、 时，正负接触，负负接触。,当 时，正负不接触，负负接触。,四配位,三配位,六配位的正八面体空隙,堆积方式：六个大球堆积成正八面体。,半径比范围：,八配位的立方体空隙,堆积方式：八个大球堆积成立方体。,半径比范围：,当 时，正负接触，负负接触。,离子半径比与配位数的关系,2、Pauling第二规则：电价规则,在一个稳定的离子型化合物结构中，每一个负离子的电价，等于或近似等于该负离子邻近正离子的各个静电强度的总和。,第二规则要解决的问题是：配位多面体的一个顶点可以被几个配位多面体共用.,实例：硅酸盐,硅氧四面体,四面体的一个顶点应被两个而不是多个硅氧四面体共用。,单 链 状 阴 离 子,双 链

7、状 阴 离 子,3、Pauling第三规则：配位多面体共用顶点、共用棱、共用面的规则,在一个稳定的离子型化合物结构中，共用棱，特别是共用面均会使化合物结构的稳定性降低。,第 三 规 则 图 解,硅氧四面体模型,两个四面体共用顶点 设正-正离子距离为1单位,两个四面体共用棱 正-正离子距离减为0.58单位,两个四面体共用面 正-正离子距离减为0.33单位,4、常见的负离子堆积方式和堆积形成的空隙,离子晶体中常见的负离子堆积形式：,（1）立方面心最密堆积（A1)；,（2）六方最密堆积（A3）；,（3）简单立方堆积。,立方面心最密堆积A1,密置双层,所形成的空隙类型：,所形成的空隙数：,A,G球参与

8、形成8个正四面体空隙和6个正八面体空隙。,完全属于A球的正八面体空隙数：,完全属于A球的正四面体空隙数：,A1堆积中球数（负离子个数）:八面体空隙数:四面体空隙数=1:1:2.,A,六方最密堆积A3,A3堆积中球数（负离子个数）:八面体空隙数:四面体空隙数=1:1:2.,空隙位置与A1堆积的不同。,简单立方密堆积,形成立方体空隙。,简单立方堆积中球数（负离子个数）:立方体空隙数:=1:1.,5、离子晶体结构的两种描述,（1）晶胞的描述；,（2）离子堆积的描述。,实例：NaCl型晶体结构,晶胞的描述：,（1）晶胞的形状和大小,=900 a=b=c,（2）晶胞中原子的分数坐标,化学组成比 n+/n

9、-=1:1,A: 81/8 +61/2 = 4,B: 1+12 1/4 = 4,n+/n-=1 : 1,结构型式: NaCl型,负离子堆积方式:立方面心堆积,正负离子配位数之比 CN+/CN- =6:6,CN+=6,CN-=6,正八面体空隙 （CN+=6）,正离子所占空隙种类: 正八面体,正八面体空隙 位置,正四面体空隙 位置,正离子所占空隙分数：1,正离子所占空隙分数即空隙占有率。,空隙占有率已占据的空隙数/形成的总的空隙数,实例： CsCl型晶体结构,晶胞的描述：,（1）晶胞的形状和大小,=900 a=b=c,（2）晶胞中原子的分数坐标,A: 0 0 0 B: 1/2 1/2 1/2,实例

10、：立方ZnS型晶体结构,晶胞的描述：,（1）晶胞的形状和大小,=900 a=b=c,（2）晶胞中原子的分数坐标,A： 0 0 0 0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0,B: 1/4 1/4 3/4 1/4 3/4 1/4 3/4 1/4 1/4 3/4 3/4 3/4,实例：CaF2型晶体结构,晶胞的描述：,（1）晶胞的形状和大小,=900 a=b=c,（2）晶胞中原子的分数坐标,A: B: 0 0 0 1/4 1/4 1/4 1/4 1/4 3/4 0 1/2 1/2 3/4 1/4 1/4 3/4 1/4 3/4 1/2 0 1/2 1/4 3/4 1/4 1/4 3/4 3/4 1/2 1/2 0 3/4 3/4 1/4 3/4 3/4 3/4,实例：六方ZnS型晶体结构,晶胞的描述：,（1）晶胞的形状和大小,=900 1200 a=bc,（2）晶胞中原子的分数坐标,A： 0 0 0 2/3 1/3 1/2 B: 0 0 5/8 2/3 1/3 1/8,实例：金红石型晶体结构,晶胞的描述：,（1）晶胞的形状和大小,=900 a=bc,（2）晶胞中原子的分数坐标,A： 0 0 0 1/2 1/2 1/2 B: x x 0 1x 1x 0 1/2x 1/2x 1/2 1/2x 1/2x 1/2,二元离子晶体的六种典