[其它课程]00晶体结构.ppt
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1、晶体的结构与性质,第一部分 基本概念和基本结构,刘朝兴,化学第一次课,重晶石 BaSO4,莹石 CaF2,胆矾 CuSO45H2O,食盐 NaCl,黄铁矿,萤 石,水晶,绿色鱼眼石,菱锰矿,图片2,晶体是真正意义的固体,在宏观上,晶体有别于橡胶、玻璃、琥珀、树脂等非晶态的最普遍的本质特征是它的“自范性”:,即:晶体能够自发地呈现封闭的规则凸多面体的外形。,配制明矾饱和溶液,在容器中央挂一条线,浸入溶液的线段悬一小块明矾晶体(晶种),尽量保持恒温令溶液慢慢挥发,数天后,会发现线端的晶种长大了,呈现八面体外形。,一、晶体的定义,“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。”
2、注意:(1)一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的,而非由外观判断;(2)周期性是晶体结构最基本的特征。,二、晶体性质,均匀性各向异性自发地形成多面体外形 其中,F-晶面,V-顶点,E-晶棱有明显确定的熔点有特定的对称性使X射线产生衍射,F+V=E+2,直线点阵,可以发现,相隔一定的距离,总有完全相同的原子排列出现。,平面点阵,这是晶体的普遍特征,叫做平移对称性,三、晶体的微观特征,概念:在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点,这些点按一定周期性规律排列在空间,这些点构成一个点阵。,在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容-结构基元,包括原子或分子的种类和数量及其
3、在空间按一定方式排列的结构。,晶体结构=点阵+结构基元,四、晶胞,晶胞是晶体的代表,是晶体中的最小单位。晶胞并置起来,则得到晶体。,晶胞的代表性体现在以下两个方面:一是代表晶体的化学组成;二是代表晶体的对称性,晶胞是描述晶体微观结构的基本单元,但不一定是最小单元。晶胞有素晶胞和复晶胞之分。素晶胞,符号P,是晶体微观空间中的最小单位,不可能再小。素晶胞中的原子集合相当于晶体微观空间中的原子作周期性平移的最小集合,叫做结构基元。复晶胞是素晶胞的多倍体,一般说来,三维晶胞都是平行六面体(二维平面上的晶胞则是平行四边形)-叫做布拉维晶胞。整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成。,晶胞结构图,平行六面体
4、的几何特征可用边长关系和夹角关系确定。,布拉维晶胞的边长与夹角叫做晶胞参数。,注意不要弄错夹角与边的相互关系,立方 Cubica=b=c,=90,四方 Tetragonala=bc,=90,正交 Rhombicabc,=90,三方 Rhombohedrala=b=c,=90a=bc,=90=120,六方 Hexagonal a=bc,=90,=120,单斜 Monoclinic abc=90,90,三斜 Triclinicabc=90,共有七种不同几何特征的三维晶胞,称为布拉维系。,晶胞中原子数目的计算(均摊法),顶点占1/8,棱占1/4,面心占1/2,体心占1,第二部分 晶体的分类,按成键特
5、点分为:原子晶体:金刚石 离子晶体:NaCl 分子晶体:冰 金属晶体:Cu,一、金属晶体,金属的通性金属具有一定的通性:有金属光泽,导电性,导热性,延展性,金属键对金属通性的解释,通常情况下金属晶体内部电子的运动是自由流动的,但在外加电场的作用下会定向移动形成电流,在金属晶体中,存在许多自由电子,自由电子在外加电场的作用下,自由电子定向运动,因而形成电流,由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的部分,从而使整块金属达到相同的温度,由于金属晶体中金属键是没有方向性的,各原子层之间发生相对滑动以后,仍保持金属键的作用,因而在一定外力作用下,只发生形变而不断裂,一
6、维堆积,金属堆积方式,密堆积:由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中,原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高,能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。密堆积方式因充分利用了空间,而使体系的势能尽可能降低,而结构稳定。,二维平面堆积方式,I 型,II 型,行列对齐四球一空 非最紧密排列,行列相错三球一空最紧密排列,配位数:6,配位数:4,非密置层,密置层,三维空间堆积方式,.简单立方堆积,边长=2r,配位数:6,空间利用率的计算,空间利用率:指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。球体积 空间利用率=100%晶胞体积,简单立方堆积:在立方体顶点的微粒
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