第九章 晶体结构 - 无机化学（中山大学）无机化学基本原理.pptVIP

第九章 晶体结构 (Crystal Structure) 固体 solids 无定形体: 玻璃、沥青、石蜡…… 9.1 晶体的特征 9.2 晶体的基本类型及其结构 9.3 离子的极化 9.1 晶体的特征 一、宏观特征 （一）规则外形（指天然或从溶液中生长的晶体，未经人工加工）； （二）固定熔点 （三）各向异性：导热、导电、膨胀系数、折射率等物理性质。 作为对比：无定形体（玻璃、沥青、石蜡等）冷却凝固时无规则外形、无固定熔点、物理性质是各向同性。 9 .1 晶体的特征(续) 二、结构特征（微观） 晶体夹角守恒定律： 一个确定的晶体的表面夹角（ ? ， ? ， ? ，简称晶角）保持不变，不管其形成条件和宏观外形是否有缺陷。 晶胞参数(点阵常数): (教材p.208图9-1) 3个边长（a，b，c) 3个晶面夹角（?，?，?) ? : b 、c 边夹角 ? : a、c 边夹角 ? : a、b 边夹角 三、晶体7个晶系和14种晶格（点阵） 7个晶系和14种晶格（点阵） 立方 四方 正交 六方 三方 (右) 单斜 三斜 7个晶系(续) 单斜 三斜 六方 四、晶体的内部结构 （一）晶格（Crystal lattice）（几何概念） ? 指组成晶体的质点（原子、分子、离子、原子团等）在空间作有规则的周期性排列所组成的格子。 ? 共14种晶格（见上），分属于7个晶系。 （二）晶胞（Cell） ? 能表达晶体结构的最小重复单位。 换言之：胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶体。 （三）结点 ? 晶格结构中固定的点。 五、晶体结构的实验测定:  X-射线衍射分析 (原理见: 教材p.211) Sir William (Henry) Bragg 1915 Nobel Prize in Physics 晶体XRD衍射测定示意图 从DNA晶体的XRD衍射条纹推断出DNA的双螺旋结构 (1950年代初) 9.2 晶体的基本类型及其结构 按占据晶格结点在质点种类及质点互相间作用力划分为4类。(教材p.212, 图9-8) 晶格类型 例 占据结点的质点 质点间作用力 金属晶体 Na, Fe 金属原子、阳离子 金属键 （不含自由电子） 离子晶体 NaCl, CaF2 阴离子、阳离子 离子键 原子晶体 金刚石, Si, SiC 原子 共价键 分子晶体 N2, H2O, CO2 分子 范德华力(可能有氢键) 一、金属晶体 表9-1 金属晶体的4种晶格 (教材p.213 – 215) 一、金属晶体（续） （一）堆积方式 1. 简单立方堆积 (simple cubic packing)：A.A 2. 体心立方堆积 (body-centered cubic packing): AB.AB 3. 面心立方密堆积 (face-centered cubic packing): ABC.ABC 4. 六方密堆积 (hexagonal close packing): AB.AB (A层六角形， B层三角形，不同于体心立方堆积中的正方形) 简单立方堆积 体心立方堆积  A.A AB.AB 面心立方密堆积ABC-ABC排列堆积 六方密堆积： AB-AB 排列堆积A层六角形，B层三角形，不同于体心立方堆积中的正方形（教材p. 213, 图9-10）。A层与B层之间存在两种类型的空隙，即四面体空隙及八面体空隙。 简单立方（左）和体心立方（右）解剖图 面心立方解剖图 （二）空间利用率计算 例1：求面心立方晶胞的空间利用率 解：晶胞边长为d，原子半径为r. 据勾股定理： d 2 + d 2 = (4r)2 d = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目： 8 ? 1/8 + 6 ? ? = 4 ? % = (4 ? 4/3 ?r 3) / d 3 = (4