材料科學基礎試驗報告

實驗目的掌握十四種布拉維空間格子（點陣）形式；掌握等大球體的緊密堆積原理；掌握配位多面體的連接情況；掌握幾種常見的無機化合物的晶體結構模型；通過晶體模型觀察，理解同質多晶現(xiàn)象；理解晶體的結構與性質之間的關系。實驗內容觀察十四種布拉維點陣；觀察球體的緊密堆積；觀察不等大球體緊密堆積中，陽離子和陰離子的位置關系；分析配位四面體和配位八面體共頂、共面、共棱連接的情況；觀察石墨和金剛石的晶體結構模型；觀察氯化鈉、氯化銫、金紅石、螢石的晶體結構；觀察硅酸鹽晶體結構中硅氧四面體的連接情況。觀察結果記錄繪出十四種布拉維格子；敘述球體的緊密堆積過程；描述配位四面體和配位八面體共頂、共面、共棱連接的情況；描述氯化鈉、氯化銫、金紅石、螢石的晶體結構特點；分析金剛石和石墨的晶體結構與其性能的關系。思考題（1）根據晶體的晶格常數，判斷晶體所屬的晶系：

①鎂橄欖石：ａ=4.76?ｂ=10.21?ｃ=5.99?α=β=γ=90°②α-石英：ａ=4.96?ｂ=4.96?ｃ=5.45?α=β=90°γ=120°③鎂方柱石：ａ=7.79?ｂ=7.79?ｃ=5.02?α=β=γ=90°④β-C2S：ａ=5.48?ｂ=9.28?ｃ=6.76?α=γ=90°β=94°33ˊ思考題（2）比較各晶系的對稱特點，判斷下列對稱型屬于哪一晶系：

①L33L23PC②4L33L23PC③L2PC④3L23PC⑤Li63L23P⑥L22P⑦3L44L36L2⑧L44L25PC⑨C（3）試用鮑林規(guī)則，分析氯化鈉的晶體結構。結晶學基礎知識球體緊密堆積原理球體緊密堆積示意圖123456球體堆積第二層最緊密的堆積方式是將球對準1，3，5位。(或對準2，4，6位，其情形是一樣的)123456AB，球體的二維密排等徑球體緊密堆積六方緊密堆積的前視圖ABABA堆積第三層，第一種是將球對準第一層的球。123456每兩層形成一個周期，即ABAB堆積方式，形成六方緊密堆積---ABAB型。配位數12。(同層6，上下層各3)第三層的另一種排列方式，是將球對準第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456123456面心立方緊密堆積的前視圖ABCAABC第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個周期。得到立方緊密積—ABCABC型。

配位數12。(同層6，上下層各3)BCAABCABC形式的堆積，為什么是面心立方堆積？四面體空隙八面體空隙

等徑球體緊密堆積所形成的空隙空隙數量若有n個等大球體作最緊密堆積時，必定有n個八面體空隙和2n個四面體空隙，這一結果對立方緊密堆積和六方緊密堆積均適用。不等大球體的緊密堆積

尺寸相差不大的異號離子同號離子之間的排斥力增大，結構不穩(wěn)定為保持結構穩(wěn)定，異號離子往往排不緊密堆積的形式不等大球體的緊密堆積

尺寸相差大的離子晶體氯化鈉晶體半徑較大的負離子仍按六方或立方緊密堆積方式排列，半徑較小的正離子則按其本身的大小，填充在四面體或八面體空隙中，形成不等大球體的緊密堆積。配位數與配位多面體

陽離子的配位數則取決于陰陽離子的半徑比(a)穩(wěn)定(b)穩(wěn)定(c)不穩(wěn)定陽離子配位數與陰陽離子半徑比關系離子半徑比r+/r-0~0.1550.155~0.2250.225~0.4140.414~0.7320.732~1.00≥1.00配位數2346812配位多面體形狀啞鈴形（直線形）三角形四面體八面體立方體立方八面體實例干冰CO2閃鋅礦β-ZnS

食鹽NaCl

螢石CaF2

自然Au配位多面體的連接方式有1/4屬于該立方體有1/2屬于該立方體完全屬于該立方體有1/8屬于該立方體晶體結構只能形成一種在三維空間無限延伸的大分子金剛石的結構金剛石C石墨的晶體結構石墨C氯化鈉NaClCl–作ＡＢＣＡＢＣ……最緊密堆積,Na+充填在所有八面體空隙中。NaCl晶體中陰、陽離子配位數氯化銫晶體結構氯化銫CSCl螢石螢石晶體結構反螢石型結構

堿金屬元素的氧化物R2O、硫化物R2S、碲化物R2Te、硒化物R2Se等A2X型化合物為反螢石型結構，也稱為反同形體。

反螢石型結構正負離子的位置與螢石結構中的相反，即堿金屬離子占據F-的位置，O2-或其他負離子占據Ca2+的位置。金紅石金紅石晶體結構（a）晶胞結構圖，（b）（001）面上的投影圖①②③④金紅石金紅石結構中［TiO6］八面體及其聯(lián)結方式金紅石結構的單位晶胞CaTiO3（鈣鈦礦型）CaTiO3晶體結構AB2O4