1-3 典型晶体结构

Crystallography第一章晶体结构Crystallography1.7典型晶体结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography主要教学内容元素单质的晶体结构无机化合物的晶体结构硅酸盐的晶体结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography同型结构质点的种类不同，对应质点的排列方式相同，称为同型结构。典型结构在若干种同型结构的晶体中选出一种命名这种结构，即为典型结构。Crystallography第一章晶体结构Crystallography铜的晶体结构Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等单质晶体具有铜型结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography元素单质的晶体结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography1.金属单质的晶体结构典型的金属单质晶体，原子之间以金属键结合，结构看成是由等大球紧密堆积而成，原子配位数高。Crystallography第一章晶体结构Crystallography结构按金属原子堆积方式可分为：A1型：立方最紧密堆积A2型：立方体心紧密堆积A3型：六方最紧密堆积Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑴铜的晶体结构属A1型，空间群Fm3m，立方最紧密堆积，立方面心格子,ao=0.3608nm，CN=12，Z=4。Crystallography第一章晶体结构Crystallography铜的立方面心晶胞aCrystallography第一章晶体结构Crystallography具有铜型结构的有Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等单质晶体。Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑵α-Fe的晶体结构属A2型，空间群为Im3m，铁原子成立方紧密堆积，立方体心格子。ao=0.2860nm，CN=8，Z=2。属α-Fe型结构的有W、Mo、Li、Na、K、Rb、Cs、Ba等。Crystallography第一章晶体结构Crystallographyα-Fe晶体结构模型aCrystallography第一章晶体结构CrystallographyCrystallography第一章晶体结构Crystallography⑶Os的晶体结构六方晶系，空间群为P6/mmc，六方最紧密堆积，六方原始格子，ao=0.2712nm，co=0.4314nm，CN=12，Z=2。63.1632ac59.12712.04314.0acCrystallography第一章晶体结构Crystallography属Os型结构的有Mg、Zn、Rh、Sc、Gd、Y、Cd等。Crystallography第一章晶体结构CrystallographyOs的晶体结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography2.非金属单质的晶体结构原子之间多以共价键结合。原子配位数一般符合CN=8-N规则。N：非金属原子在元素周期表中的族数。Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑴金刚石的晶体结构等轴晶系，空间群Fd3m，ao=0.3570nm，CN=4，Z=8。Crystallography第一章晶体结构Crystallography金刚石的立方面心晶胞结构中每个碳原子周围有4个碳原子，形成四面体配位，碳原子之间以共价键结合。Crystallography第一章晶体结构Crystallography碳原子除了位于晶胞的角顶和面心之外，若将晶胞等分为8个小立方体，在相间的小立方体的中心还存在着碳原子。Crystallography第一章晶体结构Crystallography结构可以看成是由C-C四面体共顶连接而成。Crystallography第一章晶体结构Crystallography金刚石的类型晶格中N和B常替代C。N含量一般为0.001%~0.25%。按照N的含量将经金刚石划分为不同类型/Crystallography第一章晶体结构CrystallographyⅠ型(含N)Ⅰa型：N为N2、N3、Nn，98%的天然无色--黄色钻石属于此类。Ⅰb型：N为孤N，多数合成钻石属于此类。Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝模、砂轮、钻头等。Crystallography第一章晶体结构CrystallographyⅡ型（基本不含N）Ⅱa型：不含B，自然界少见，导热很好。主要作为人造卫星、宇宙飞船、远程导弹等的红外激光器的窗口材料。Ⅱb型：含少量B，为半导体，天然蓝色钻石多为此类型。Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑵石墨（C）的晶体结构六方晶系，空间群P63/mmc，ao=0.246nm，co=0.680nm，Z=4。Crystallography第一章晶体结构Crystallography2H石墨的晶体结构上层(B)下层(A)Crystallography第一章晶体结构Crystallography0.6708nm0.2456nm0.3354nm0.1427nm2H石墨的晶体结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography石墨具有典型的层状结构，每层由碳原子排列形成六方环状网，上层六方网环的碳原子有一半对着下层六方网环的中心。Crystallography第一章晶体结构Crystallography层内每一个碳原子都与三个碳原子相连，间距是0.1427nm。层间碳原子的间距为0.3355nm。因此石墨层间键的强度比层内的弱。Crystallography第一章晶体结构CrystallographyGraphiteCrystalCrystallography第一章晶体结构CrystallographyAFM的逊原子分辨能力SubatomicresolutionbyAFMFirstexperimentalimageshowinginternalatomicstructures.Crystallography第一章晶体结构Crystallography由AFM显示的2H石墨中的碳原子RevealingthehiddenatomingraphitewithAFMshowingallatomswithinthehexagonalgraphiteunitcells.Crystallography第一章晶体结构CrystallographyGraphiteCrystalCrystallography第一章晶体结构Crystallography石墨的主要性能及用途：耐高温性：熔点3580℃。石墨坩埚、耐火砖等。润滑性：用作润滑剂，在-200-2000℃下有极高的滑动速度。导电性：电极、电刷、电池、碳棒、碳管等。化学稳定性：油漆、油墨、橡胶、塑料填料。Crystallography第一章晶体结构Crystallography无机化合物的晶体结构Crystallography第一章晶体结构Crystallography二元无机化合物晶体1.AX型晶体阴阳离子电价相同，比例为1:1。主要有NaCl型、CsCl型、ZnS型等。Crystallography第一章晶体结构Crystallography(1)氯化钠（NaCl）型结构等轴晶系，空间群Fm3m，立方面心格子。ao=0.5628nm。CN=6，Z=4。AX型化合物中，r+/r-=0.414－0.732时多为NaCl型结构。Crystallography第一章晶体结构CrystallographyNaCl的立方面心晶胞Crystallography第一章晶体结构Crystallography属于NaCl型结构的二元化合物有：卤化物(AX)，A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+…X=F-、Cl-、Br-。Crystallography第一章晶体结构Crystallography氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+氢化物(AH),A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+…Crystallography第一章晶体结构Crystallography硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+…硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+…碲化物(ATe),A=Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2…Crystallography第一章晶体结构Crystallography碳化物（AC），A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Th…氮化物(AN),A=Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Np、Pu、Th、U…过渡金属元素的氧化物。Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑴CsCl型等轴晶系，空间群Pm3m，a=0.411nm，CN=8，Z=1。AX型化合物中，r+/r-0.732时，多为CsCl型结构。Crystallography第一章晶体结构CrystallographyCsCl结构可以看成是由Cl-的立方原始格子和Cs+的立方原始格子套叠而成，一套点阵位于另一套点阵晶胞的中心，两种离子的配位数CN均为8。CsCl的立方原始晶胞Crystallography第一章晶体结构Crystallography属于这种结构型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、ThTe、TlCl、TlBr、NH4Cl、NH4Br、NH4I等。在后三种晶体中，NH4+可看作是一个简单的阳离子。Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑶闪锌矿（α-ZnS）型结构等轴晶系，空间群ao=0.540nm，Z=4。CN=4结构稳定于r+/r-=0.414－0.225的范围。m34FCrystallography第一章晶体结构Crystallography闪锌矿（α-ZnS）型结构Zn2+S2-Crystallography第一章晶体结构CrystallographyS2-位于立方晶胞的8个角顶和每一个面的面心，若把单位晶胞分成8个小立方体，Zn2+占据其中相间四个的中心位置。Crystallography第一章晶体结构Crystallography结构也可以看成是S2-作立方最紧密堆积，Zn+充填1/2的四面体空隙。将Zn、S换成C即为金刚石结构。Crystallography第一章晶体结构Crystallography具有闪锌矿型结构的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、BeV、BeS、CdS、HgS、BeSe、BeTe、ZnSe、ZnTe、CdTe、MgTe、AlP、GaP、AlAs、GaAs、AlSb、InSb、BaS、BN、SiC、BeB等。Crystallography第一章晶体结构Crystallography结构型配位数r+/r-CsCl80.732NaCl60.732－0.414ZnS40.414－0.225Crystallography第一章晶体结构Crystallography⒉AX2型主要包括氧化物和氟化物等，典型结构：萤石（CaF2）型金红石（TiO2）型α-石英（SiO2）型Crystallography第一章晶体结构Crystallography⑴萤石（CaF2）型结构等轴晶系，空间群Fm3m,ao=0.545nm，Z=4。F-为四面体配位，CN=4；Ca2+为立方体配位，CN=8。萤石型结构的稳定范围为r+/r-0.732。Crystallography第一章晶体结构CrystallographyCa2+F-萤石(CaF2)型结构Crystallography第一章晶体结构CrystallographyCa2+离子位于立方面心晶胞的八个角顶和每一个面的中心，F-位于单位晶胞所等分的八个小立方体的中心。也可以看成Ca2