第3讲晶体结构.docVIP

2011年襄阳四中高中化学奥林匹克竞赛辅导资料 第三讲 晶体结构与结晶化学 【竞赛要求】 晶胞。原子坐标。晶格能。晶胞中原子数或分子数的计算及化学式的关系。分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。配位数。晶体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型，如NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS）、萤石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等。点阵的基本概念。晶系。宏观对称元素。十四种空间点阵类型。 【知识梳理】 第一部分 基本概念和基本结构 一、晶体的定义 晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。晶体内部原子或分子按周期性规律排列的结构，是晶体结构最基本的特征。一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断。 二、晶体的性质 ⑴均匀性；一个晶体的各个部分宏观性质都是一样的。因为晶体内质点是周期性重复排列的，其任何一部分在结构上都是相同的，因而由结构决定的一切性质都是相同的。例如化学成分，密度等。 ⑵各向异性；晶体对光、电、磁、热以及抵抗机械和化学作用在各个方向上是不一样的（等轴系晶体除外）。如：石墨的导电率不同方向差别很大，垂直方向为层平行方向1/104。兰晶石硬度，AA方向莫氏硬度4.5，BB方向7，食盐晶体抗张强度，对角线方向最大，垂直晶面方向最小。晶体的各向异性是区别于物质其它状态最本质性质。 ⑶自范性；晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发地成长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面体。这一特征称之为晶体的自范性。F+V=E+2 其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱 ⑷有明显确定的熔点；晶体在熔化时必须吸收一定的熔融热才能转变为液态(同样在凝固时放出同样大小的结晶热)，见晶体加热曲线：随时间增加，温度升高，T0时，晶体开始熔解，温度停止上升，此时所加的热量，用于破坏晶体的格子构造，直到晶体完全熔解，温度才开始继续升高 图1.1 固体的加热曲线 ⑸有特定的对称性；晶体的宏观性质在不同方向上有规律重复出现的现象称为晶体的对称性。晶体的对称性反映在晶体的几何外形和物理性质两个方面。实验表明,晶体的许多物理性质都与其几何外形的对称性相关。 ⑹使X射线产生衍射。 三、晶体的点阵理论 由X射线衍射实验表明，晶体是由在空间有规律地重复排列的微粒（原子、分子、离子）组成的，晶体中微粒的有规律地重复排列———晶体的周期性、不同品种的晶体内部结构不同，但内部结构在空间排列的周期性是共同的。 为了讨论晶体周期性,不管重复单元的具体内容,将其抽象为几何点（无质量、无大小、不可区分),则晶体中重复单元在空间的周期性排列就可以用几何在空间排列来描述。 晶体的分类：金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体。 1、点阵：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。 用点阵的性质来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论. 平移：所有点阵点在同一方向移动同一距离且使图形复原的操作。 点阵的严格定义:按连接任意两点的向量进行平移后能复原的一组点叫点阵。 构成点阵的条件：①点阵点数无穷大；②每个点阵点周围具有相同的环境；③平移后能复原。 2、直线点阵（一维点阵）;在直线上等距离排列的点——直线点阵 由聚乙炔、直线排列的等径圆球可以抽取出直线点阵。 · · · · · · · · |←—a—→| |←———b———→| |←————c————→| 沿向量等平移都能使图形复原。 直线点阵中连接任意两相邻阵点的向量称素向量（又称基本向量）。上图中为素向量,称为复向量。 3．平面点阵;所有点阵点分布在一个平面上 素单位：平行四边形只含一个点阵点 复单位：平行四边形含多个点阵点 4．空间点阵（三维点阵）所有阵点分布在三维空间上。 空间点阵按照确定的平行六面体单位连线划分，获得一套直线网格，称为空间格子或晶格。 5．正当单位（正当格子） 对平面点阵按选择的素向量和用两组互不平行的平行线组（过点阵点，等间距），把平面点阵划分成一个个的平行四边行，可得到平面格子。 由于素向量的选取有多种形式，所以一个平面点阵可得到多种平面格子。 平面格子中的每一个平行四边形称为一个单位。 四边形顶点上的阵点，对每个单位的贡献为1/4 四边形边上的阵点，对每个单位的贡献为1/2 四边形内的阵点，对每个单位的贡