常見(jiàn)九種典型的晶體結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)九種典型的晶體結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共90頁(yè)。1金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu)(1)立方面心結(jié)構(gòu)：空間群：Fm3m,相當(dāng)于等大球立方最緊密堆積。屬于該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有：鋁、銅、金、銀、鉑、鉛等單質(zhì)。第二頁(yè)，共90頁(yè)。(2)六方結(jié)構(gòu)：空間群：P63/mmc，相當(dāng)于等大球六方最緊密堆積。屬于該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有：Os、Ru、Re、Zn等單質(zhì)。第三頁(yè)，共90頁(yè)。(3)立方體心結(jié)構(gòu)：空間群：Im3m，為非最緊密堆積方式。屬于該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有：T、V、W、La、Ce、Pr、Nd、Yb、Eu、Ti、U、Ba、Sr、K、Na、Ca、Mg等單質(zhì)。第四頁(yè)，共90頁(yè)。值得指出的是，部分元素的單質(zhì)可以在不同條件下形成不同的結(jié)構(gòu)，或者可以有不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)共存。如單質(zhì)鐵：α-鐵（Iron-alpha）

---（奧氏體）--立方體心γ-鐵（Iron-gama）--（馬氏體）--立方面心ε-鐵（Iron-

Epsilon）

--六方結(jié)構(gòu)第五頁(yè)，共90頁(yè)。第六頁(yè)，共90頁(yè)。2氯化銫(CsCl)結(jié)構(gòu)空間群：Pm3m，立方原始格子。第七頁(yè)，共90頁(yè)。陰離子分布在晶胞的8個(gè)角頂，陽(yáng)離子充填在其所形成的立方體空隙中。立方體共面連接。第八頁(yè)，共90頁(yè)。具有該結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有：KCl,NaCl,TiCl,RbF,CsN,NbN,NbO,AgI,TiTh等物質(zhì)。第九頁(yè)，共90頁(yè)。第十頁(yè)，共90頁(yè)。3CaI2結(jié)構(gòu)空間群：P-3m，三方原始格子。第十一頁(yè)，共90頁(yè)。在單位晶胞中，陽(yáng)離子分布在8個(gè)角頂，陰離子分布中由上下各3個(gè)陽(yáng)離子構(gòu)成的正三方柱中，并間隔地在上半部的中心和下半部的中心。第十二頁(yè)，共90頁(yè)。第十三頁(yè)，共90頁(yè)。第十四頁(yè)，共90頁(yè)。第十五頁(yè)，共90頁(yè)。因此，該結(jié)構(gòu)也可以理解為：陰離子做六方最緊密堆積，陽(yáng)離子填充在間隔一層的全部八面體空隙中。第十六頁(yè)，共90頁(yè)。具有該種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)主要有：VCl2,PbI2,GeI2,PtO2,ToBr2,RhTe2,TiS2,TiSe2,TiTe2,SnS2,MnI2,NiTe2,PdTe2,PtS2,CdI2,MgI2,CaI2,CoBr2,FeBr2,FeI2,ZrS2,ZrSe2,MnBr2等。具有反CaI2結(jié)構(gòu)的物質(zhì)有：Ag2F，B2O，Ni2C第十七頁(yè)，共90頁(yè)。第十八頁(yè)，共90頁(yè)。4螢石結(jié)構(gòu)空間群：Fm3m，立方面心結(jié)構(gòu)。Ca分布于晶胞的角頂及面心；F分布在晶胞8等分之后每個(gè)小立方體的中心。第十九頁(yè)，共90頁(yè)。

螢石結(jié)構(gòu)可以理解為：Ca2+

做立方最緊密堆積，F(xiàn)-充填在其中全部的四面體孔隙中。N個(gè)球最緊密堆積有2N個(gè)四面體空隙，所以Ca:F=1:2，故得其分子式為CaF2。第二十頁(yè)，共90頁(yè)。

螢石晶胞中存在平行于（111）面的離子堆積層，因此，螢石具有{111}完全解理。

第二十一頁(yè)，共90頁(yè)。陽(yáng)離子配位四面體的連接：共棱聯(lián)結(jié)形成的螢石結(jié)構(gòu)。晶胞中由8個(gè)[FCa4]共棱連接而成，而且四面體的每根棱都被共用了。第二十二頁(yè)，共90頁(yè)。陰離子配位立方體：全部共棱形成螢石結(jié)構(gòu)。[CaF8]配位立方體沿3維方向相間排列而成。第二十三頁(yè)，共90頁(yè)。第二十四頁(yè)，共90頁(yè)。反螢石型結(jié)構(gòu)球鍵圖陽(yáng)離子四面體配位陰離子立方體配位第二十五頁(yè)，共90頁(yè)。反螢石型結(jié)構(gòu)可看作：陰離子做立方最緊密堆積，陽(yáng)離子充填在全部的四面體空隙中。第二十六頁(yè)，共90頁(yè)。結(jié)構(gòu)類型物質(zhì)名稱螢石型結(jié)構(gòu)螢石(CaF2)氯化鍶(SrCl2)氯化鋇(BaCl2)氟化鉛(PbF2)反螢石型結(jié)構(gòu)氧化鉀(K2O)氧化鈉(Na2O)氧化鋰(Li2O)第二十七頁(yè)，共90頁(yè)。第二十八頁(yè)，共90頁(yè)。第二十九頁(yè)，共90頁(yè)。5石鹽結(jié)構(gòu)空間群：Fm3m，立方面心格子。第三十頁(yè)，共90頁(yè)。具有NaCl型結(jié)構(gòu)的部分物質(zhì)。表9.4與石鹽等結(jié)構(gòu)的物質(zhì)氯化物碳化物氮化物氧化物氟化物溴化物硫化物氯化鉀(KCl)氯化銣(RbCl)碳化鈦(TiC)碳化釩(VC)碳化鋯(ZrC)氮化釩(VN)氮化鈦(TiN)氮化鋯(ZrN)氮化鈧(ScN)氮化銪(EuN)氧化鎂(MgO)氧化鈷(CoO)氧化鎳(NiO)氧化錳(MnO)氟化鋰(LiF)氟化銀(AgF)溴化鈉(NaBr)溴化鉀(KBr)溴化銣(RbBr)硫化錳(MnS)方鉛礦(PbS)第三十一頁(yè)，共90頁(yè)。第三十二頁(yè)，共90頁(yè)。第三十三頁(yè)，共90頁(yè)。第三十四頁(yè)，共90頁(yè)。第三十五頁(yè)，共90頁(yè)。第三十六頁(yè)，共90頁(yè)。(111)(200)(220)第三十七頁(yè)，共90頁(yè)。6閃鋅礦結(jié)構(gòu)

空間群F-43m，立方面心格子。Zn分布于晶胞的角頂及面心。如果把晶胞8等分，S分布于間隔的小立方體的中心。第三十八頁(yè)，共90頁(yè)。閃鋅礦的晶體結(jié)構(gòu)：球鍵圖(左)、配位多面體連接圖(右)第三十九頁(yè)，共90頁(yè)。

結(jié)構(gòu)中，S2-和Zn2+配位數(shù)都是4，配位多面體都是四面體。四面體共角頂相聯(lián)。第四十頁(yè)，共90頁(yè)。

從圖可看出，[SZn4]四面體（[ZnS4]四面體也是一樣）共角頂聯(lián)成的四面體基元層與[111]方向垂直。

由于S2-和Zn2+都呈配位四面體，所以閃鋅礦只用一種配位多面體結(jié)構(gòu)形式表達(dá)(S和Zn互換是一樣的)。如果將閃鋅礦結(jié)構(gòu)中的Zn和S都變成C，則結(jié)構(gòu)變成金剛石結(jié)構(gòu)（Fd3m）。第四十一頁(yè)，共90頁(yè)。物質(zhì)類型物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱氯化物氯化銅(CuCl)碳化物碳化硅(SiC)氮化物氮化硼(BN)氮化鎵(Ga)磷化物磷化硅(SiP)磷化硼(BP)磷化鋁(AlP)磷化銦(InP)硫化物硫化鎘(CdS)硫化錫(SnS)毒砂(HgS)氧化物氧化鎘(CdO)氧化鈷(CoO)砷化物砷化鎵(GaAs)砷化銦(InAs)硒化物硒化汞(HgSe)硒化錳(MnSe)蹄化物蹄化鋁(AlSb)蹄化銦(InSb)具有閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)第四十二頁(yè)，共90頁(yè)。第四十三頁(yè)，共90頁(yè)。7金剛石結(jié)構(gòu)等軸晶系，空間群Fd3m。立方面心結(jié)構(gòu)。金剛石的晶體結(jié)構(gòu)中，碳原子分布在角頂和面心，以及把晶胞八等分之后，半數(shù)交替的小立方體中心。第四十四頁(yè)，共90頁(yè)。

金剛石的晶體結(jié)構(gòu)可以看成是半數(shù)的C作立方最緊密堆積(藍(lán)球)，另外一半C相間地充填在其中的四面體孔隙中(紅球)而構(gòu)成的。

第四十五頁(yè)，共90頁(yè)。該晶體是典型的原子晶體，每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與四個(gè)碳原子形成強(qiáng)的共價(jià)鍵，鍵長(zhǎng)為0.155nm，鍵角為109°28′16″，即C的配位數(shù)4，配位多面體是四面體。碳－碳配位四面體在三維空間共角頂相聯(lián)，形成最堅(jiān)強(qiáng)的晶體結(jié)構(gòu)。第四十六頁(yè)，共90頁(yè)。

如果金剛石晶胞沿一個(gè)L3立起來(lái)，金剛石似乎顯示出層狀結(jié)構(gòu)特征，雖然不是很特征，但金剛石的確平行{111}存在中等解理。

由于C-C鍵的鍵能大（347kJ/mo），價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，使得晶體中沒(méi)有自由電子，所以金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的固體，熔點(diǎn)高達(dá)3550℃。

第四十七頁(yè)，共90頁(yè)。金剛石及其等結(jié)構(gòu)物質(zhì)比較物質(zhì)名稱金剛石單晶硅鍺α錫化學(xué)式CSiGeSn

a0/nm0.35670.54310.56230.6489H10765D/g/cm33.512.3365.475.77顏色無(wú)色黑色淡灰色白色熔點(diǎn)(℃)35501410958937主要用途超硬材料半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料焊錫材料特點(diǎn)由左至右，物質(zhì)的共價(jià)鍵性逐步變?nèi)醯谒氖隧?yè)，共90頁(yè)。第四十九頁(yè)，共90頁(yè)。8鈣鈦礦結(jié)構(gòu)空間群：Pm3m，立方面心結(jié)構(gòu)。Ca-角頂，O-面心，Ti-體心。第五十頁(yè)，共90頁(yè)。第五十一頁(yè)，共90頁(yè)。[TiO6]八面體共角頂連接，Ca填充在其間的空隙中，Ca為12次配位。第五十二頁(yè)，共90頁(yè)。5)具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的物質(zhì)SrTiO3BaTiO3NaNbO3NaTaO3NaWO3LaVO3CeVO3CaSnO3BaZrO3CsZrO3CsPbO3KFeF3KCoF3KZnF3PbCsCl3第五十三頁(yè)，共90頁(yè)。更有意義的是具有鈣鈦礦衍生結(jié)構(gòu)的物質(zhì)如PbTiO3第五十四頁(yè)，共90頁(yè)。(1)Pb-O鍵長(zhǎng)不相等。中間的4個(gè)為2.80A，下面的4個(gè)為2.51A，上面的4個(gè)為3.24A第五十五頁(yè)，共90頁(yè)。(2)[TiO6]八面體中，Ti亦不在中心位置。第五十六頁(yè)，共90頁(yè)。以上兩個(gè)原因?qū)е戮w的對(duì)稱降低，由原來(lái)的立方原始格子降低為四方原始格子。空間群Pm3mP4mm。從而晶體具有了極性(具有極軸)，這是導(dǎo)致其鐵電性的最根本原因。第五十七頁(yè)，共90頁(yè)。第五十八頁(yè)，共90頁(yè)。（Spinel），AB2O4 (MgAl2O4)空間群Fd3m。立方面心結(jié)構(gòu)。8尖晶石結(jié)構(gòu)Mg:8a:0.50.50.5Al:16d:0.1250.1250.125O:32e:0.2640.2640.264第五十九頁(yè)，共90頁(yè)。結(jié)構(gòu)中，O2-作立方最緊密堆積，陽(yáng)離子A(二價(jià))占據(jù)1/8的四面體空隙，[AO4]四面體在結(jié)構(gòu)中間隔地成層分布，在同一層內(nèi)，臨近的四面體的頂點(diǎn)相互反向；第六十頁(yè)，共90頁(yè)。陽(yáng)離子B(三價(jià))占據(jù)1/2的八面體空隙，形成[BO6]八面體，[BO6]八面體亦成層分布。間隔性地，一個(gè)層的八面體全部被占據(jù)，一個(gè)層的半數(shù)八面體被占據(jù)，后者和[AO4]四面體同層。在[111]方向，由[BO6]八面體單純構(gòu)成的層與由[AO4]四面體和[BO6]八面體共同組成的層交替排列形成了尖晶石結(jié)構(gòu)。第六十一頁(yè)，共90頁(yè)。

尖晶石通式是A2＋B3＋2O4，表示二價(jià)陽(yáng)離子A占據(jù)了晶胞四面體空隙，三價(jià)陽(yáng)離子B占據(jù)八面體空隙，此即尖晶石結(jié)構(gòu)，代表是尖晶石（MgAl2O4）。當(dāng)結(jié)構(gòu)中的四面體空隙被B3＋占據(jù)，而八面體空隙則被B3＋和A2＋各占一半，即有分子式B3＋(A2＋B3＋)2O4時(shí)，這種結(jié)構(gòu)叫做反尖晶石結(jié)構(gòu)，代表物質(zhì)磁鐵礦（Fe3＋(Fe2＋Fe3＋)2O4）。當(dāng)結(jié)構(gòu)中四、八面體孔隙被A2＋和B3＋無(wú)序占據(jù)時(shí)，叫混合尖晶石結(jié)構(gòu)，代表晶相是鎂鐵礦（Fe,Mg)3O4。第六十二頁(yè)，共90頁(yè)。Fe3O4VMn2O4NiAl2O4NiGa2O4Co3S4TiZn2O4γ-Fe2O3LiTi2O4

CoAl2O4MgGa2O4NiCo2S4VZn2O4MnFe2O4MnTi2O4

ZnAl2O4MnGa2O4Fe2SiO4SnMg2O4MgFe2O4ZnCr2O4Co3O4ZnIn2S4Ni2SiO4TiMg2O4TiFe2O4CoCr2O4GeCo2O4MgIn2O4Co2SiO4WNa2O4LiMn2O4CuMn2O4VCo2O4CuV2S4Mg2SiO4

CdIn2O4具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的部分物質(zhì)第六十三頁(yè)，共90頁(yè)。LiMn2O4鋰電材料第六十四頁(yè)，共90頁(yè)。第六十五頁(yè)，共90頁(yè)。

9層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)第六十六頁(yè)，共90頁(yè)。

四面體層（T）和八面體層（O）T層

[SiO4]共3個(gè)角頂成六方網(wǎng)層，第4個(gè)角頂(活性氧)朝向同一方向；在六方網(wǎng)孔中心、與活性氧同高度處存在一個(gè)OH。半徑1.3A第六十七頁(yè)，共90頁(yè)。

O層兩個(gè)T層活性氧相向、錯(cuò)開(kāi)一定距離做緊密堆積，陽(yáng)離子充填八面體孔隙，形成O層。或：一邊是T層的頂點(diǎn)氧和羥基，另一邊為一層羥基。第六十八頁(yè)，共90頁(yè)。

三八面體型結(jié)構(gòu)和二八面體型結(jié)構(gòu)當(dāng)每個(gè)六方網(wǎng)孔下的3個(gè)八面體空隙（一共是-6價(jià)）被三個(gè)（二價(jià)）陽(yáng)離子充填時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)稱作三八面體型結(jié)構(gòu)；當(dāng)3個(gè)八面體空隙被兩個(gè)（三價(jià)）陽(yáng)離子充填時(shí)，則結(jié)構(gòu)稱作二八面體型結(jié)構(gòu)。

第六十九頁(yè)，共90頁(yè)。

三八面體結(jié)構(gòu)的O層每個(gè)配位離子被三個(gè)八面體共用，分給每個(gè)八面體陽(yáng)離子-1/3價(jià)，6個(gè)總和為-2價(jià)。因此每個(gè)八面體樣子只能為+2價(jià)。第七十頁(yè)，共90頁(yè)。

每個(gè)配位離子被兩個(gè)八面體共用，分給每個(gè)八面體樣子-1/2價(jià)電荷，6個(gè)共-3價(jià)，因此八面體陽(yáng)離子為+3價(jià)。二八面體結(jié)構(gòu)的O層第七十一頁(yè)，共90頁(yè)。

結(jié)構(gòu)單元層及基本類型T層和O層的不同堆積方式構(gòu)成了層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽的結(jié)構(gòu)單元層：1∶1型（TO型）：1層T層和1層O層，代表礦物是高嶺石。

2∶1型（TOT型）：2層T層夾1層O層，代表礦物是滑石。第七十二頁(yè)，共90頁(yè)。

層間域結(jié)構(gòu)單元層之間的空間叫層間域。層間域可以完全空置，也可以被其它物質(zhì)充填，如離子，分子，水和有機(jī)物等?；Y(jié)構(gòu)云母結(jié)構(gòu)第七十三頁(yè)，共90頁(yè)。

高嶺石(kaolinite)

八面體陽(yáng)離子在每層占據(jù)同樣的位置。7.17-7.20A第七十四頁(yè)，共90頁(yè)。0.000.652.223.374.307.17第七十五頁(yè)，共90頁(yè)。按實(shí)際離子半徑得到的1:1層型結(jié)構(gòu)7.17-7.20A實(shí)際上高嶺石的層間域是沒(méi)有空隙的。第七十六頁(yè)，共90頁(yè)。八面體表面離子分布：第七十七頁(yè)，共90頁(yè)。

四面體片層間的表面離子分布第七十八頁(yè)，共90頁(yè)。實(shí)際高