第23届全国高中化学竞赛教练员课件第4讲：晶体结构与性质（赵波）.pptVIP

晶体的结构与性质 赵 波 南京师范大学化学与环境科学学院 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。” 注意： （1）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； （2）周期性是晶体结构最基本的特征。 二、晶体性质 ⑴均匀性 ⑵各向异性 ⑶自发地形成多面体外形 F+V=E+2 其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱 ⑷有明显确定的熔点 ⑸有特定的对称性 ⑹使X射线产生衍射 三、晶体的点阵结构 概念：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。 结构基元： 在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，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。 晶体结构 = 点阵 + 结构基元 （1）直线点阵 （2）平面点阵 （3）晶胞 空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。相应地，按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。矢量a，b，c的长度a，b，c及其相互间的夹角α，β，γ称为点阵参数或晶胞参数。 晶胞结构图 晶胞 晶胞与晶格 晶胞的划分 对称性 晶系 正当晶胞 正当晶胞 素晶胞：含1个结构基元 复晶胞：含2个以上结构基元 晶胞的二个要素 晶胞的二个基本要素： 一是晶胞大小和形状； 二是晶胞中各原子坐标位置。 晶胞大小和形状可用晶胞参数表示； 晶 胞中原子位置可用分数坐标表示。 原子分数坐标 晶体中原子的坐标参数是以晶胞的3个轴 作为坐标轴，以3个轴的轴长作为坐标轴 单位的: 因为x、y、z  1，所以我们将x、y、z定 义为分数坐标。 晶胞知识要点 晶胞一定是一个平行六面体，其三边长度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。 整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。 划分晶胞要遵循2个原则：一是尽可能反 映晶体内结构的对称性；二是尽可能小。 并置堆砌 整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。 晶胞种质点个数的计算 第二节、晶体结构的对称性 一、晶体的对称性 1 晶系 根据晶体的对称性，按有无某种特征对称元素为标准，将晶体分成7个晶系： 1.立方晶系(c)：在立方晶胞4个方向体对角线上均有三重旋转轴(a=b=c,α=β=γ=90º) 2.六方晶系(h)：有1个六重对称轴(a=b, α=β=90º, γ=120º) 晶系 3. 四方晶系(t)：有1个四重对称轴(a=b, α=β=γ=90º) 4.三方晶系(h)：有1个三重对称轴(a=b, α=β=90º, γ=120º) 5.正交晶系(o)：有3个互相垂直的二重对称轴或2个互相垂直的对称面(α=β=γ=90º) 晶系 6.单斜晶系(m)：有1个二重对称轴或对称面(α=γ=90º) 7.三斜晶系(a)：没有特征对称元素 1 晶系 立方 Cubic a=b=c, ===90° 四方 Tetragonal a=bc, ===90° 正交 Rhombic abc, ===90° 三方 Rhombohedral a=b=c, ==90° a=bc, ==90° =120° 六方 Hexagonal a=bc, ==90°, =120° 单斜 Monoclinic abc ==90°, 90° 三斜 Triclinic abc ===90° 2 空间点阵型式 根据晶体结构的对称性，将点阵 空间的分布按正当单位形状的规定和带心型式进行分类，得到14种型式： ⑻简单六方(hP) ⑼R心六方(hR) ⑽简单四方(tP) ⑾体心四方(tI) ⑿简单立方(cP) ⒀体心立方(cI) ⒁面心立方(cF) ⑴简单三斜(ap) ⑵简单单斜(mP) ⑶C心单斜(mC,mA,mI) ⑷简单正交(oP) ⑸C心正交(oC,oA,oB) ⑹体心正交(oI) ⑺面心正交(oF) 第二部分 晶体结构的密堆积原理 密堆积的定义 密堆积：由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相