材料中的晶體結(jié)構(gòu)

材料中的晶體結(jié)構(gòu)第1頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu)典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)面心立方（A1或f.c.c）體心立方（A2或b.c.c）密排六方（A3或h.c.p）

第2頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月面心立方f.c.c第3頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月體心立方b.c.c第4頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月密排六方h.c.p第5頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月點(diǎn)陣常數(shù)

晶胞的棱邊長度a、b、c，原子半徑為r，則afcc＝rabcc

＝rahcp＝2r(c/a=1.633)第6頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月晶胞原子數(shù)NN的概念：計(jì)算方法：Nfcc=4Nbcc=2Nhcp=6第7頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月配位數(shù)CN和致密度KCNf.c.c＝12CNb.c.c＝8CNh.c.p＝12（c/a＝1.633）Kf.c.c

＝74％Kb.c.c

＝68％

Kh.c.p

＝74％（c/a=1.633）第8頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月間隙四面體間隙、八面體間隙：在分析晶體結(jié)構(gòu)的間隙時(shí)，要明確間隙的種類、大小、位置、數(shù)目。

第9頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月間隙的種類第10頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月間隙的大小第11頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月f.c.c結(jié)構(gòu)中的間隙第12頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月f.c.c結(jié)構(gòu)中的間隙正八面體間隙位置：數(shù)目：大?。?/p>

正四面體間隙位置：數(shù)目：大?。旱?3頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月b.c.c結(jié)構(gòu)中的間隙第14頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月b.c.c結(jié)構(gòu)中的間隙扁八面體間隙位置：數(shù)目：大?。核拿骟w間隙位置：數(shù)目：大?。旱?5頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月h.c.p結(jié)構(gòu)中的間隙第16頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月h.c.p結(jié)構(gòu)中的間隙對(duì)于c/a＝1.633，在原子半徑相同條件下間隙大小與f.c.c相同。只是間隙中心的位置有所不同。第17頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月原子的堆垛方式h.c.p中{0001}的堆垛順序：ABAB…f.c.c中{111}的堆垛順序：ABCABC…第18頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

多晶型（同素異構(gòu)）轉(zhuǎn)變概念：特點(diǎn)：第19頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2離子晶體的結(jié)構(gòu)（1）離子半徑有效半徑：離子半徑的大小并非絕對(duì)的，同一離子隨著價(jià)態(tài)和配位數(shù)的變化而變化。第20頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）配位數(shù)CN涉及正負(fù)離子。正、負(fù)離子的配位數(shù)多少與離子半徑之比有關(guān)r+/r-。第21頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）配位多面體配位多面體：配位多面體是離子晶體的基本結(jié)構(gòu)單元。了解晶體結(jié)構(gòu)：

r+/r-→CN(+)→配位多面體→結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第22頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）配位多面體第23頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則—鮑林規(guī)則鮑林提出了五條規(guī)則，成功地解釋了大多數(shù)離子晶體結(jié)構(gòu)，其規(guī)則也就是決定結(jié)構(gòu)單元自身特性及結(jié)構(gòu)單元之間連接方式地規(guī)則。第24頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)第一規(guī)則負(fù)離子配位多面體規(guī)則內(nèi)容：r0＝r+＋r-r+/r-→CN（+）第25頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)第二規(guī)則靜電價(jià)規(guī)則

內(nèi)容：靜電鍵強(qiáng)度S=Z/n離子配位數(shù)與電價(jià)關(guān)系：第26頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)第三規(guī)則連接規(guī)則（能量規(guī)則）內(nèi)容：一般規(guī)律：四面體，

連接；八面體，

連接；立方體，

連接。第27頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）第三規(guī)則第28頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)第四規(guī)則連接規(guī)則

內(nèi)容：多種陽離子存在，其配位多面體盡可能互不相連，若連，共

。第29頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)第五規(guī)則節(jié)省規(guī)則內(nèi)容：在一個(gè)均勻結(jié)構(gòu)中，不同

的配位多面體很難有效地堆積在一起。第30頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的離子晶體結(jié)構(gòu)

對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的描述通常使用以下三種方法：①②③

第31頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）NaCl型（AB型）晶體結(jié)構(gòu)

晶系點(diǎn)陣類型

立方CN（+）＝

CN（-）＝Z＝4第32頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）NaCl型配位多面體為

面體第33頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）NaCl型描述：①八面體以

方式連接而成。②③Cl－按

密堆積，Na＋位于

間隙中。第34頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）NaCl型屬于NaCl型結(jié)構(gòu)的晶體有：不同的是晶體的

參數(shù)不相同。第35頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）CsCl型（AB型）晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣類型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝1配位多面體為第36頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）CsCl型描述：①立方體以

連接。②③Cl－按

堆積，Cs＋占據(jù)

間隙。屬于CsCl型結(jié)構(gòu)的晶體有：第37頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）β－ZnS（閃鋅礦）型

（AB型）晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣類型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝4第38頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）閃鋅礦型配位多面體為第39頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）閃鋅礦型描述：①②見書③屬于閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體有：第40頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）α－ZnS（纖鋅礦）型

（六方ZnS）（AB型）晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣類型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝2配位多面體第41頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）纖鋅礦型描述：

屬于纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體有：第42頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）CaF2（螢石）型（AB2型）晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣類型CN（+）＝

CN（-）＝

Z＝4第43頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）螢石型配位多面體為第44頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）螢石型螢石結(jié)構(gòu)中，存在

機(jī)制。反螢石結(jié)構(gòu)：屬于螢石型結(jié)構(gòu)的晶體有：屬于反螢石結(jié)構(gòu)的晶體有：第45頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）TiO2

（金紅石）型（AB2型）晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣類型CN（+）＝

CN（-）＝Z＝2第46頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）金紅石型配位多面體為第47頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）金紅石型描述：屬于金紅石型結(jié)構(gòu)的晶體有：第48頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（7）α－Al2O3

（剛玉）型

（A2B3型）剛玉晶體屬CN（+）＝

CN（-）＝Z＝2配位多面體為第49頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（7）剛玉型考慮電價(jià)平衡，八面體間隙正離子只占2/3。Al3＋離子的分布有一定規(guī)律。屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的晶體有：第50頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（8）復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)①CaTiO3

鈣鈦礦（ABO3

）②MgAl2O4

尖晶石（AB2O4

）第51頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月①CaTiO3

鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)立方晶系(高溫時(shí))Z=4Ca2+面心立方的角頂CN（Ca2+）＝12O2-面心立方的面心CN（O2-

）＝6Ti4+

填充1/4八面體間隙CN（Ti4+

）＝6第52頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月①鈣鈦礦第53頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月①鈣鈦礦存在大的正離子大的正離子、負(fù)離子一起形成密堆結(jié)構(gòu)，小的正離子填充空隙A是2價(jià)離子、B是4價(jià)離子；

A是1價(jià)離子、B是5價(jià)離子；第54頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月②MgAl2O4

尖晶石晶體結(jié)構(gòu)立方晶系Z=8O2-作立方緊密堆積，面心立方格子二價(jià)陽離子A填充于1/8四面體間隙三價(jià)陽離子B填充于1/2八面體間隙第55頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月②MgAl2O4

尖晶石第56頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月②MgAl2O4尖晶石八面體共棱連接，八面體與四面體共頂連。第57頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月②MgAl2O4

尖晶石正型尖晶石反型尖晶石A是2價(jià)離子、B是3價(jià)離子；

A是4價(jià)離子、B是2價(jià)離子。第58頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月方解石（CaCO3）型結(jié)構(gòu)三方晶系NaCl晶格演變而成還可以文石結(jié)構(gòu)（正交晶系）存在。第59頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月金剛石結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CN＝4與金剛石結(jié)構(gòu)相同的有：第60頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月金剛石結(jié)構(gòu)第61頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月石墨的結(jié)構(gòu)六方晶系碳原子成層狀排列。每一層中碳原子成六方環(huán)狀排列，每個(gè)碳原子與三個(gè)相鄰碳原子之間的距離相等，碳原子之間是共價(jià)鍵。層與層之間的碳原子以分子鍵相連。

第62頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體是構(gòu)成地殼的主要礦物。硅酸鹽晶體種類繁多，是陶瓷、耐材、水泥、玻璃等工業(yè)的主要原料。第63頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)硅酸鹽晶體中，除了Si和O以外，組成中還有：各種陽離子附加陰離子結(jié)晶水和吸附水硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的。第64頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)單元是：Si4+離子之間不存在直接的鍵，鍵的連接是通過O2-離子實(shí)現(xiàn)的。

Si-O-Si或Si-O-M-O-Si鍵第65頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月

硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氧橋：硅氧四面體最多可形成4個(gè)氧橋。硅酸鹽結(jié)構(gòu)中的Al3＋離子與O2－離子即可形成鋁氧四面體，也可形成鋁氧八面體。第66頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月硅酸鹽結(jié)構(gòu)分類按照[SiO4]在空間的組合情況，將其分為：島狀、組群狀、鏈狀、層狀、架狀結(jié)構(gòu)。第67頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）島狀結(jié)構(gòu)[SiO4]以孤立狀態(tài)存在，之間沒有共用的氧。Si:O＝典型的硅酸鹽有：鎂橄欖石(Mg2Si2O4)、鋯英石(ZrSiO4)第68頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）組群狀結(jié)構(gòu)[SiO4]通過共用氧（橋氧）相連，形成2、3、4、6個(gè)硅氧四面體組群。組群之間由其它陽離子按一定的配位形式連接。第69頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）組群狀結(jié)構(gòu)第70頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）組群狀結(jié)構(gòu)雙四面體Si:O=1:3.5

三方環(huán)、四方環(huán)、六方環(huán)Si:O=1:3典型硅酸鹽有：

Si:O=1:3.5硅鈣石(Ca3Si2O7)

鎂方柱石(Ca2MgSi2O7)Si:O=1:3綠寶石Be3Al2

[Si6O18]

堇青石Al3(Mg,Fe)2[Si5AlO18]第71頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）鏈狀結(jié)構(gòu)大量[SiO4]通過橋氧共頂連接成在一維方向無限延伸的鏈鏈與鏈之間通過其它陽離子按一定配位關(guān)系連接起來有兩種形式：第72頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）鏈狀結(jié)構(gòu)

Si:O＝1:3Si:O＝1:2.75第73頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）鏈狀結(jié)構(gòu)單鏈[SiO4]彼此共用兩個(gè)頂點(diǎn)，連接成無限長鏈。四面體其余2個(gè)氧離子仍具有-1價(jià)（活性氧），與鏈間的金屬陽離子相維系。典型為輝石族礦物：透輝石CaMg[Si2O6]

頑火輝石Mg2[Si2O6]第74頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）鏈狀結(jié)構(gòu)雙鏈?zhǔn)怯蓛蓚€(gè)單鏈平行連接而成，或者看成是單鏈通過一個(gè)鏡面反映成雙而得。典型為角閃石族礦物：透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2第75頁，課件共80頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）層狀結(jié)構(gòu)底面在同一個(gè)平面的[SiO4]，通過在平面上共頂連接而成的具有六角對(duì)稱的[SiO4]層。Si:O＝1:2.5自由氧一般和2價(jià)、3價(jià)陽離子相連，構(gòu)成八面體。八面體有兩種方式連成六邊形網(wǎng)絡(luò)：

二