结构化学第八章.ppt

1、第八章 晶体的点阵结构和晶体的性质,8.1.1 晶体结构的特征,晶体的概念,晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列 构成的固体物质。,岩石,蔗糖（白砂糖）,8.1 晶体结构的周期性和点阵,玻璃体在固体中，有些是非晶物质，如玻璃、松香、 明胶等，在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构规律 ，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷液体，称为玻璃 体。,松香,玻璃,明胶,晶体和玻璃体的结构差异,简答题：晶体的性质,（1）均匀性。一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。,（2）各向异性。在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。,（3）自发地形成多面体外形。晶体在生长过程中自发地形成晶 面

2、，晶面相交成为晶棱会聚成顶点，从而出现具有多面体外姓 的特点。,（4）晶体具有明显确定的熔点。晶体具有周期性结构，各个部 分都按同一方式排列。当温度升高，热振动加剧，晶体开始融化 时，各部分需要同样的温度，因而有一定的熔点。,（5）晶体的对称性。晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特 定的对称性。,（6）晶体对X射线的衍射。晶体结构的周期大小和X射线的波长 相当，可作为三维光栅，使X射线产生衍射。,食盐晶体和石墨晶体的各向异性,晶体的熔化曲线,8.1.2 点阵和结构基元,定义：,点阵是一组无限的点，连接其中任意两点可得一向量，将各 个点按此向量平移能使它复原，凡满足这条件的一组点称为点阵 。（注

3、意）,结构基元点阵结构中每个点阵点所代表的具体内容，包括原 子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构，称为 晶体的结构基元（structural motif）,晶体结构的表示,一维周期排列的结构,一维周期排列的结构及其 点阵（黑点代表点阵点） （a）Cu（b）石墨 （c）Se（d）NaCl（e） 伸展聚乙烯,二维周期下点阵和结构基元,二维周期排列的结构及其点阵（黑点代表点阵点） （a）NaCl（b）Cu（c）石墨（d）B(OH)3,三维周期排列的结构,三维周期排列的结构及其点阵(黑点代表点阵点) (a)Po,(b) CsCl,(c) Na,(d)Cu(e)Mg,(f)金刚石(g)Na

4、Cl(h)石墨,为什么金属钋、金属铜和金属钠的结构基元是1个原子 ，而金属镁和金刚石却是2个原子？,8.1.3 点阵单位,8.1.4 晶体的缺陷,定义：实际的晶体都是近似的空间点阵式的结构，实际晶体有一定 的大小，晶体中多少都存在一定的缺陷。晶体中一切偏离理想的点 阵结构都称为晶体缺陷。,晶体缺陷的简单分类,常见的晶体缺陷,8.2 晶体结构的对称性,8.2.1 晶体的对称元素和对称操作,晶体的内部结构具有一定的对称性，可用一组对称元 素组成的对称元素系描述。,晶体结构最基本的特点是具有空间点阵结构。,晶体的点阵结构使晶体的对称性和分子的对称性有差别。,分子结构和点阵结构对称元素和对称操作的差异

5、,旋转轴轴次的证明,螺旋轴和滑移面,高轴次螺旋轴,空间点群（本书不要求）,8.2.2 晶胞,名词： 晶胞按照晶体内部结构的周期性，划分出一个个大小和 形状完全一样的平行六面体，以代表晶体结构的基本重复单位， 叫晶胞。,划分原则： （i）尽可能反映晶体内部结构的对称性，为此对各晶系的晶胞参 数加以限制，凡符合这限制条件的晶胞称为正当晶胞； （ii）尽可能划得小一些。,晶胞的两要素： （i）晶胞的大小和形状，即晶胞参数a，b，c，； （ii）晶胞内部各个原子的坐标位置，即原子的坐标参数（x，y， z）。,8.2.3 晶系,32个点群 14个空间点阵 7个晶系 230个空间群,立方晶系 六方晶系 四

6、方晶系 三方晶系 正交晶系 单斜晶系 三斜晶系,14个空间点阵型,8.2.4 晶体的空间点阵型式,8.2.5 晶体学点群（ 32个）,8.2.6点阵点、直线点阵和平面点阵的指标,当空间点阵选择某一点阵点为坐标原点，选择3个不相平 行的单位矢量a，b，c后，该空间点阵就按确定的平行六面体 进行划分，单位的大小形状就已确定。这时点阵中每一点阵点 都可用一定的指标标记它。而一组直线点阵或某个晶棱的方向 也可用数字符号标记。一组平面点阵或晶面也可用一定的数字 指标标记。,1.点阵点指标uvw,空间点阵中某一点阵点的坐标，可作从原点至该点的矢量 r，并将r用单位矢量a，b，c表示，若,则该点阵点的指标为

7、uvw。,2.直线点阵指标或晶棱指标uvw,晶体点阵中的每一组直线点阵的方向，用记号uvw表示， 其中u，v，w为3个互质的整数。直线点阵uvw的取向与矢量 uavbwc平行。,3.平面点阵指标或晶面指标（hkl）（研究生考试经常考）,（100），（110），（111）三种晶面的点阵中的取向,和z轴平行的各组点 阵面在投影中的取向,4.平面间距d(hkl)（研究生考试的考点，需要记公式）,8.3 空间群及晶体结构的表达（自学）,8.4 晶体的衍射,晶体的周期性结构使晶体能对X射线、中子流、电子流等 产生衍射效应，形成X射线衍射法、中子衍射法和电子衍射法 。这些衍射法能获得有关晶体结构可靠而精确的数据，其中最 重要的是X射线衍射法。,8.4.1 X射线的产生及其性质,X射线是波长范围在约110000pm的电磁波。用于测定 晶体结构的X射线，波长为50250pm。,X射线的产生,8.4.2 衍射的方向,晶体的X射线衍射的两要素：（i）衍