第九章 晶体结构 - 无机化学(中山大学)无机化学基本原理.pptVIP

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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

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