常見九種典型的晶體結構課件

1、,常見九種典型的晶體結構,1 金屬單質結構,2 氯化銫結構,3 CaI2結構,4 螢石結構,5 食鹽結構,6 閃鋅礦結構,7 金剛石結構,8 鈣鈦礦結構,9 層狀硅酸鹽結構,1,PPT學習交流,1 金屬單質結構,(1) 立方面心結構：空間群：Fm3m, 相當于等大球立方最緊密堆積。,屬于該結構的物質主要有：鋁、銅、金、銀、鉑、鉛等單質。,2,PPT學習交流,(2) 六方結構：空間群：P63/mmc，相當于等大球六方最緊密堆積。,屬于該結構的物質主要有：Os、Ru、Re、Zn等單質。,3,PPT學習交流,(3) 立方體心結構：空間群：Im3m，為非最緊密堆積方式。,屬于該結構的物質主要有：T、V

2、、W、La、Ce、Pr、Nd、Yb、Eu、Ti、U、Ba、Sr、K、Na、Ca、Mg等單質。,4,PPT學習交流,值得指出的是，部分元素的單質可以在不同條件下形成不同的結構，或者可以有不同的結構狀態(tài)共存。 如單質鐵： -鐵（Iron-alpha） -（奧氏體） -立方體心 -鐵（Iron-gama） -（馬氏體）-立方面心 -鐵（Iron- Epsilon） -六方結構,5,PPT學習交流,6,PPT學習交流,2 氯化銫(CsCl)結構,空間群：Pm3m，立方原始格子。,7,PPT學習交流,陰離子分布在晶胞的8個角頂，陽離子充填在其所形成的立方體空隙中。立方體共面連接。,8,PPT學習交流,具

3、有該結構的物質主要有：KCl, NaCl, TiCl, RbF, CsN, NbN, NbO, AgI, TiTh等物質。,9,PPT學習交流,10,PPT學習交流,3 CaI2結構,空間群：P-3m，三方原始格子。,11,PPT學習交流,在單位晶胞中，陽離子分布在8個角頂，陰離子分布中由上下各3個陽離子構成的正三方柱中，并間隔地在上半部的中心和下半部的中心。,12,PPT學習交流,13,PPT學習交流,14,PPT學習交流,15,PPT學習交流,因此，該結構也可以理解為：陰離子做六方最緊密堆積，陽離子填充在間隔一層的全部八面體空隙中。,16,PPT學習交流,具有該種結構的物質主要有： VCl

4、2, 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結構的物質有： Ag2F，B2O， Ni2C,17,PPT學習交流,18,PPT學習交流,4 螢石結構,空間群：Fm3m，立方面心結構。 Ca分布于晶胞的角頂及面心；F分布在晶胞8等分 之后每個小立方體的中心。,19,PPT學習交流,螢石結構可以理解為：Ca2+ 做立方最緊密堆積，F(xiàn)-充填在其

5、中全部的四面體孔隙中。N個球最緊密堆積有2N個四面體空隙，所以Ca:F= 1:2，故得其分子式為CaF2。,20,PPT學習交流,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。,21,PPT學習交流,陽離子配位四面體的連接：共棱聯(lián)結形成的螢石結構。晶胞中由8個 FCa4共棱連接而成，而且四面體的每根棱都被共用了。,22,PPT學習交流,陰離子配位立方體：全部共棱形成螢石結構。 CaF8配位立方體沿3維方向相間排列而成。,23,PPT學習交流,24,PPT學習交流,反螢石型結構,球鍵圖 陽離子四面體配位 陰離子立方體配位,25,PPT學習交流,反螢石型結構可看作：陰

6、離子做立方最緊密堆積，陽離子充填在全部的四面體空隙中。,26,PPT學習交流,27,PPT學習交流,28,PPT學習交流,29,PPT學習交流,5 石鹽結構,空間群：Fm3m，立方面心格子。,30,PPT學習交流,具有NaCl型結構的部分物質。,表9.4 與石鹽等結構的物質,31,PPT學習交流,32,PPT學習交流,33,PPT學習交流,34,PPT學習交流,35,PPT學習交流,36,PPT學習交流,(111),(200),(220),37,PPT學習交流,6 閃鋅礦結構,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。,38

7、,PPT學習交流,閃鋅礦的晶體結構：球鍵圖(左)、配位多面體連接圖(右),39,PPT學習交流,結構中，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)。,40,PPT學習交流,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構形式表達(S和Zn互換是一樣的)。 如果將閃鋅礦結構中的Zn和S都變成C，則結構變成金剛石結構（Fd3m）。,41,PPT學習交流,具有閃鋅礦型結構的物質,42,PPT學習交流,43,PPT學習交流,7 金剛石結構,等軸晶系，空間群F

8、d3m。立方面心結構。 金剛石的晶體結構中，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。,44,PPT學習交流,金剛石的晶體結構可以看成是半數(shù)的C作立方最緊密堆積(藍球)，另外一半C相間地充填在其中的四面體孔隙中(紅球)而構成的。,45,PPT學習交流,該晶體是典型的原子晶體，每個碳原子都以sp3雜化軌道與四個碳原子形成強的共價鍵，鍵長為0.155nm，鍵角為109 2816，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)，形成最堅強的晶體結構。,46,PPT學習交流,如果金剛石晶胞沿一個L3立起來，金剛石似乎顯示出層狀結構特征，雖然不是很特征

9、，但金剛石的確平行111存在中等解理。,由于C-C鍵的鍵能大（347 kJ/mo），價電子都參與了共價鍵的形成，使得晶體中沒有自由電子，所以金剛石是自然界中最堅硬的固體，熔點高達3550 。,47,PPT學習交流,金剛石及其等結構物質比較,48,PPT學習交流,49,PPT學習交流,8 鈣鈦礦結構,空間群：Pm3m，立方面心結構。 Ca-角頂，O-面心， Ti-體心。,50,PPT學習交流,51,PPT學習交流,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。,52,PPT學習交流,5) 具有鈣鈦礦結構的物質,53,PPT學習交流,更有意義的是具有鈣鈦礦衍生結構的物質,如P

10、bTiO3,54,PPT學習交流,(1) Pb-O鍵 長不相等。 中間的4個為2.80A，下面的4個為2.51A， 上面的4個為3.24A,55,PPT學習交流,(2) TiO6八面體中，Ti亦不在中心位置。,56,PPT學習交流,以上兩個原因導致晶體的對稱降低，由原來的立方原始格子降低為四方原始格子。空間群Pm3m P4mm。從而晶體具有了極性(具有極軸)，這是導致其鐵電性的最根本原因。,57,PPT學習交流,58,PPT學習交流,（Spinel），AB2O4(MgAl2O4) 空間群Fd3m。立方面心結構。,8 尖晶石結構,Mg: 8a: 0.5 0.5 0.5 Al: 16d: 0.12

11、5 0.125 0.125 O: 32e: 0.264 0.264 0.264,59,PPT學習交流,結構中，O2-作立方最緊密堆積，陽離子A(二價)占據(jù)1/8的四面體空隙，AO4四面體在結構中間隔地成層分布，在同一層內，臨近的四面體的頂點相互反向；,60,PPT學習交流,陽離子B(三價)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，一個層的八面體全部被占據(jù)，一個層的半數(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構。,61,PPT學習交流,尖晶石通式是A2B32

12、O4，表示二價陽離子A占據(jù)了晶胞四面體空隙，三價陽離子B占據(jù)八面體空隙，此即尖晶石結構，代表是尖晶石（MgAl2O4）。 當結構中的四面體空隙被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(A2B3)2O4時，這種結構叫做反尖晶石結構，代表物質磁鐵礦 （Fe3(Fe2Fe3)2O4）。 當結構中四、八面體孔隙被A2和B3無序占據(jù)時，叫混合尖晶石結構，代表晶相是鎂鐵礦（Fe, Mg)3O4。,62,PPT學習交流,具有尖晶石型結構的部分物質,63,PPT學習交流,LiMn2O4鋰電材料,64,PPT學習交流,65,PPT學習交流,9 層狀硅酸鹽結構,66,PPT學習交流,四面體層

13、（T）和八面體層（O） T層 SiO4共3個角頂成六方網(wǎng)層，第4個角頂(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OH。,半徑1.3A,67,PPT學習交流,O層 兩個T層活性氧相向、錯開一定距離做緊密堆積，陽離子充填八面體孔隙，形成O層。 或：一邊是T層的頂點氧和羥基，另一邊為一層羥基。,68,PPT學習交流,三八面體型結構和二八面體型結構 當每個六方網(wǎng)孔下的3個八面體空隙（一共是 -6價）被三個（二價）陽離子充填時，整個結構稱作三八面體型結構；當3個八面體空隙被兩個（三價）陽離子充填時，則結構稱作二八面體型結構。,69,PPT學習交流,三八面體結構的O層,每個配位離子被

14、三個八面體共用，分給每個八面體陽離子-1/3價，6個總和為-2價。因此每個八面體樣子只能為+2價。,70,PPT學習交流,每個配位離子被兩個八面體共用，分給每個八面體樣子-1/2價電荷，6個共-3價，因此八面體陽離子為+3價。,二八面體結構的O層,71,PPT學習交流,結構單元層及基本類型 T層和O層的不同堆積方式構成了層狀結構硅酸鹽的結構單元層： 11型（TO型）：1層T層和1層O層，代表礦物是高嶺石。 21型（TOT型）：2層T層夾1層O層，代表礦物是滑石。,72,PPT學習交流,層間域 結構單元層之間的空間叫層間域。層間域可以完全空置，也可以被其它物質充填，如離子，分子，水和有機物等。,

15、滑石結構 云母結構,73,PPT學習交流,高嶺石(kaolinite) 八面體陽離子在每層占據(jù)同樣的位置。,7.17-7.20A,74,PPT學習交流,0.00,0.65,2.22,3.37,4.30,7.17,75,PPT學習交流,按實際離子半徑得到的1:1層型結構,7.17-7.20A,實際上高嶺石的層間域是沒有空隙的。,76,PPT學習交流,八面體表面離子分布：,77,PPT學習交流,四面體片層間的表面離子分布,78,PPT學習交流,實際高嶺土的片狀顆粒：寬2，厚0.1-0.2。 注意上下層面的離子分布及特征。,79,PPT學習交流,蒙皂石族(Smectite),80,PPT學習交流,15A蒙皂石,Ca2+攜帶大量水分子,15A,81,PPT學習交流,5.5-6A,Ca2+攜帶大量水分子,82,PPT學習交流,層電荷的來源,(1) 來源于四面體片的Al-Si替代。這時，與配平電荷的層間陽離子距離較近，稱之為“近電”。 記為 Xt,(2) 來源于八面體片的Mg-Al替代。這時，于配平電荷的層間陽離子距離較遠，稱之為“遠電”。 記為 Xo,83,PPT學習交流,層電荷的分布,84,PPT學習交流,在晶胞所示范圍內，每個單面只有-0.33價的電荷。 平均每個基底氧攜帶電荷約為-0.055價。,85,PPT學習交流,天然蒙皂石的層間主要為Ca2+，要達到電荷平衡，1個Ca2+要