晶胞相关内容学习课件

1、 无形无形 晶胞参数晶胞参数(三维点阵三维点阵) 晶胞的大小和形 状可用晶胞的三 条棱边长度(轴 长)a, b, c 及三棱 边夹角(轴角)， ，来描述 金刚石晶体金刚石晶体 石墨烯晶体石墨烯晶体 铜晶体铜晶体 平行六平行六 面体面体 无隙无隙 并置并置 无隙并置无隙并置 3 3、三种典型立方晶体结构、三种典型立方晶体结构 体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4 4.4.晶胞中原子个数的计算晶胞中原子个数的计算 分摊法分摊法：晶胞任意位置上的一个原子如果：晶胞任意位置上的一个原子如果 是被是被n n个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这个晶胞所共有，那么，每个晶胞对这

2、个原子分得的份额就是个原子分得的份额就是1/n1/n 一个立方体 顶点的原子 被八个晶胞 共用，则平 分给一个晶 胞的只有1/8 一层上为四个 立方体堆积， 上、下共两层 顶点顶点 顶点顶点： 一个立方体 棱上的原子 被四个晶胞 共用，则平 分给一个晶 胞的只有1/4 （2）：棱上）：棱上 面心：占1/2 体心：完全属于 (8 + 6 )3 =12 8 1 2 1 典例典例1：下图是：下图是CO2分子晶体的晶胞结构示分子晶体的晶胞结构示 意图，其中有多少个意图，其中有多少个CO2分子？多少个原子？分子？多少个原子？ 8 + 6 =4 8 1 2 1 典例典例2：金刚石晶胞中有几个碳原子？：金刚

3、石晶胞中有几个碳原子？ 8个 练习：如图所示，练习：如图所示， 在石墨晶体的层状结构中，在石墨晶体的层状结构中， （1）每一个最小的碳环完全）每一个最小的碳环完全 拥有碳原子数为拥有碳原子数为 ， （2）每一层内碳原子数目与）每一层内碳原子数目与CC共价键数目比共价键数目比 值为值为 典例三、石墨及其结构典例三、石墨及其结构 空间层状结构空间层状结构 空间结构俯视图空间结构俯视图 2 2:3 三棱柱晶胞中：三棱柱晶胞中： 顶点：顶点：1/12； 水平棱水平棱:1/4； 竖棱竖棱:1/6 面心：面心：1/2 ； 体心：完全属于体心：完全属于 知识拓展-非立方晶胞中 典例：导学案典例：导学案102

4、-513题题 顶点，水平棱是空间顶点，水平棱是空间 上下两层共同所有上下两层共同所有 六方棱柱晶胞中：六方棱柱晶胞中： 顶点顶点;1/6； 水平棱水平棱:1/4； 竖棱竖棱:1/3 面心：面心：1/2 ； 体心：完全属于体心：完全属于 知识拓展-非立方晶胞中 典例：小题巧练典例：小题巧练10：-18题题 启发石墨启发石墨 归纳归纳：均摊法均摊法 顶点：有1/8属于 该立方体 棱边：有1/4属于 该立方体 面心：有1/2属于 该立方体 体心：完全属于 该立方体 审题一定要注意审题一定要注意 是晶体结构是晶体结构 (均摊法均摊法)， 还是分子结构还是分子结构 分子结构分子结构(其化学式由其化学式由

5、 图中所有实际存在的图中所有实际存在的 原子个数决定原子个数决定) 小技巧： 顶点:(360。/晶胞夹角)2 竖棱:(360。/晶胞夹角) 1、堆积原理、堆积原理 组成晶体的金属原子在没有其他因组成晶体的金属原子在没有其他因 素影响时，在空间的排列大都遵循素影响时，在空间的排列大都遵循紧紧 密堆积密堆积原理。这是因为金属键没有方原理。这是因为金属键没有方 向性，因此都趋向于使金属原子吸引向性，因此都趋向于使金属原子吸引 更多的其他原子分布于周围，并以紧更多的其他原子分布于周围，并以紧 密堆积方式降低体系的能量，使密堆积方式降低体系的能量，使晶体晶体 变得比较稳定变得比较稳定。 紧密堆积：紧密堆

6、积：微粒之间的作用力，使微粒微粒之间的作用力，使微粒 间尽可能的相互接近，使它们占有最小间尽可能的相互接近，使它们占有最小 的空间。的空间。 空间利用率：空间利用率：空间被晶格质点占据的百空间被晶格质点占据的百 分数。用来表示紧密堆积的程度。分数。用来表示紧密堆积的程度。 配位数：配位数：在密堆积中，一个原子或离子在密堆积中，一个原子或离子 周围距离最近且相等的原子或离子的数周围距离最近且相等的原子或离子的数 目。目。 2、堆积几个概念、堆积几个概念 金属原子在二维空间（平面）上有两种排列方式金属原子在二维空间（平面）上有两种排列方式 （a a）非密置层）非密置层 （b b）密置层）密置层 非

7、密置层在三维空间里堆积非密置层在三维空间里堆积 有几种方式？不同方式堆积时金属晶体的有几种方式？不同方式堆积时金属晶体的 配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别？配位数、原子的空间利用率、晶胞的区别？ 配位数配位数=4 4 配位数配位数=6 6 思考与交流思考与交流 3、金属原子在、金属原子在二维平面二维平面的堆积方式的堆积方式 （1 1）简单立方堆积：）简单立方堆积： 非密置层堆积非密置层堆积， 空间利用率低（空间利用率低（52%52%） 配位数是配位数是 个个. 只有金属（只有金属（PoPo）采）采 取这种堆积方式取这种堆积方式 6 每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数： 1 空间利用率空间利

8、用率=晶胞所含原子体积总和晶胞所含原子体积总和*100% 晶体体积晶体体积 空间利用率的计算：空间利用率的计算： a：晶胞单位长度：晶胞单位长度 r=原子半径原子半径 简单立方一个简单立方一个晶胞晶胞 含有一个原子含有一个原子 2、非密置层的另一种堆积是将上层金属原 子填入下层的金属原子形成的凹穴中 非密置层堆积方式非密置层堆积方式体心立方堆积体心立方堆积 （2 2）体心立方堆积）体心立方堆积 钾型钾型 许多金属（如碱金属、Fe 等）采取这种堆积方式。 每个晶胞含原子数每个晶胞含原子数 ： ：2 配位数：配位数： 8 非密置层堆积，空间利用率不高（68%） （ IA，VB，VIB） 例1：计算

9、体心立方晶胞中金属原子的空 间利用率。 解：体心立方晶胞：中心有1个原子， 8个顶点各 1个原子，每个原子被8个晶胞共享。每个晶胞含 有几个原子:1 + 8 1/8 = 2 设原子半径为r 、 晶胞边长为a ，根据 勾股定理， 2a 2 + a 2 = (4r) 2 a 4 3 r r16a3 22 空间利用率 = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 100% =%68%100 a ) a 4 3 ( 3 4 2 a r 3 4 2 3 3 3 3 一个晶胞两个球一个晶胞两个球 1 2 3 45 6 第二层对第一层来讲最紧密的堆积方第二层对第一层来讲最紧密的堆积方 式是将球对准式是将球对准1,3

10、,51,3,5位位( (或对准或对准2,4,62,4,6位位) ) 1 2 3 45 6 AB ， 关键是第三层。对第一、二层来说，第关键是第三层。对第一、二层来说，第 三层可以有两种最紧密的堆积方式。三层可以有两种最紧密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方 紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图 A B A B A 第一种是将第三层的第一种是将第三层的 球对准第一层的球。球对准第一层的球。 1 2 3 45 6 于是每两层形成一个周期 ，即 AB AB 堆积方式 ，形成六方紧密堆积 配位数配位数 ( ( 同层同层 ，上下层各上下层各 ) ) 1212 6 63 3 镁型 六方密堆积 3、 1

11、200 平行六面体 配位数：配位数： 空间占有率：空间占有率： 每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数： 1212（同层6 6个，上下层各3 3个） 74%74% 2 2 镁型六方密堆积（ （Be Mg B B B Be Mg B B B ） 密致层密致层-第二种 是将第三层的球对 准第一层的 2，4 ，6 位，不同于 AB 两层的位置， 这是 C 层。 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图 A B C A A B C 第四层再排 A,于是形 成ABC ABC 三层一 个周期。得到面心立 方堆积。

12、配位数配位数 。( (同层同层 , ,上下层各上下层各 ) ) 12126 6 3 3 铜型铜型 4、金属原子在、金属原子在三维空间三维空间的堆积方式的堆积方式 非密置层堆积方式简单立方堆积 （1）简单立方堆积： 只有金属（Po） 采取这种堆积方式 每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：1配位数是配位数是 个个.6 配位数：配位数： 空间占有率：空间占有率： 每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数： 铜型铜型 面心立方面心立方 B C A 1212 （同层6 6个，上下层各3 3个） 74%74% 4 4 （B Pb Pd Pt ） 根据晶胞的结构特点和有关数据， 求算晶体的密度或晶胞参数a（晶胞边

13、长） 对于立方晶胞可建立如下求算途径对于立方晶胞可建立如下求算途径 晶胞的密度晶胞的密度 求一个晶胞求一个晶胞 的质量的质量 一个晶胞中粒子数目一个晶胞中粒子数目n 摩尔质量摩尔质量 阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数 求一个晶胞求一个晶胞 的体积的体积 晶胞边长（或离子半径）晶胞边长（或离子半径） 得关系式： r 晶胞边长为a，原子半径为r. 由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r 每个面心立方晶胞 含原子数目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 % 面心

14、立方空间利用率计算 堆积方堆积方 式式 晶胞类晶胞类 型型 空间空间 利用利用 率率 配位配位 数数 实例实例 面心立方面心立方 最密堆积最密堆积 简单立简单立 方堆积方堆积 体心立方体心立方 密堆积密堆积 六方最六方最 密堆积密堆积 面心立方 六方 体心立方 简单立方 74% 74% 68% 52 12 12 8 6 Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti Na、K、Fe Po 削成一个六面体削成一个六面体 晶体的特征对称性可划分为晶体的特征对称性可划分为立方立方、六方、三方、六方、三方、 四方、正交、单斜、三斜为四方、正交、单斜、三斜为7个晶系，个晶系， 堆积方式分类：堆积方式分类： 非密置层

15、：非密置层： 简单立方堆积简单立方堆积 体心立方堆积体心立方堆积 密置层：密置层： 六方堆积六方堆积 面心立方堆积面心立方堆积 Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl-Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl - Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Cl- Cl - Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ 可见：可见：在在NaClNaCl晶体晶

16、体 中，钠离子、氯离中，钠离子、氯离 子按一定的规律在子按一定的规律在 空间排列成立方体。空间排列成立方体。 5、晶胞类型：晶胞类型： （1）钠离子和氯离子的位置：）钠离子和氯离子的位置： 钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。 钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或者钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或者 反之。反之。 （一）氯化钠型晶胞（一）氯化钠型晶胞 （3）与Na+等距离且最近的Na+ 、Cl- 各有几个？ 计算方法：均摊法计算方法：均摊法 顶点占顶点占1/8；棱占；棱占1/4；面心占；面心占1/2；体心占；体心占1

17、（2）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数）每个晶胞含钠离子、氯离子的个数 与Na+等距离且最近的Na+ 有：12个 与Na+等距离且最近的Cl- 有：6个 -Cl- Na+ NaClNaCl的晶体结构模型的晶体结构模型 NaClNaCl晶体中阴、阳离子配位数晶体中阴、阳离子配位数 （二）氯化铯型晶胞（二）氯化铯型晶胞 -Cs+-Cl- CsClCsCl的晶体结构及晶胞构示意的晶体结构及晶胞构示意 图图 CsCl晶胞晶胞 （1）铯离子和氯离子的位置：）铯离子和氯离子的位置： 铯离子：体心铯离子：体心 氯离子：顶点；或者反之。氯离子：顶点；或者反之。 （2）每个晶胞含铯离子、氯）每个晶胞含铯离子、氯

18、离子的个数离子的个数 铯离子：铯离子：1个个 ；氯离子：；氯离子：1个个 （3）与铯离子等距离且最近）与铯离子等距离且最近 的铯离子、氯离子各有几个？的铯离子、氯离子各有几个？ 铯离子：铯离子：6个个 ；氯离子：；氯离子：8个个 Ca2+的配位数：的配位数：8 F- -的配位数：的配位数：4 一个CaFCaF2 2晶胞中含：晶胞中含： 4 4个个CaCa2+ 2+和 和8 8个个F F- - （三）（三）CaFCaF2 2 型晶胞 型晶胞 ( (四四) ZnS) ZnS型晶胞型晶胞 阳离子的配位数：阳离子的配位数：4 阴离子的配位数：阴离子的配位数：4 一个ZnS晶胞中含：晶胞中含： 4 4个

19、阳离子和个阳离子和4 4个阴离子个阴离子 3、典型的原子晶体、典型的原子晶体 （1）金刚石）金刚石 在金刚石晶体中每个碳原子被周围在金刚石晶体中每个碳原子被周围4 4个碳原子包围个碳原子包围, , 处于中心的该碳原子以共价键与周围处于中心的该碳原子以共价键与周围4 4个碳原子结合个碳原子结合, ,成为成为 正四面体型结构正四面体型结构, ,碳以碳以SPSP3 3杂化轨道形成共价键。这些结构向杂化轨道形成共价键。这些结构向 空间发展空间发展, ,构成彼此联结的立体网状结构构成彼此联结的立体网状结构, ,其中形成的最小其中形成的最小 环中含环中含6 6个碳原子。每个碳原子被个碳原子。每个碳原子被1

20、212个六元环共用。个六元环共用。 1mol1mol金刚石中含有的金刚石中含有的C-CC-C共价键数共价键数 2mol2mol。 10928 154pm 键能：键能： 347.7kj/mol 熔点：熔点： 大于大于35500C 硬度：很大硬度：很大 练习：如图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一练习：如图所示，在石墨晶体的层状结构中，每一 个最小的碳环完全拥有碳原子数为个最小的碳环完全拥有碳原子数为 ，每个，每个C 完全拥有完全拥有CC数为数为 其密度为其密度为 。 石墨中CC夹角为： 1200， CC键长： 1.421010 m 层间距：层间距： 3.353.35 10 10 1010 m m

21、 5、石墨及其结构、石墨及其结构 空间层状结构空间层状结构 空间结构俯视图空间结构俯视图 小结小结1：金刚石、石墨的比较：金刚石、石墨的比较 项目项目金刚石金刚石石墨石墨 晶体形状晶体形状 晶体中的键或作用力晶体中的键或作用力 由最少碳原子形成环的由最少碳原子形成环的 形状与个数形状与个数 碳原子成键数碳原子成键数 每个环上键的平均数每个环上键的平均数 每个环上原子的平均数每个环上原子的平均数 正四面体空间网状正四面体空间网状 六边形平面层状六边形平面层状 共价键共价键共价键与范德华力共价键与范德华力 个原子不同面个原子不同面个原子同面个原子同面 61/2=361/2=3 61/4=3/261

22、/3=2 石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合， 容易滑动，所以石墨很软。 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存 在很强的共价键（大键），故熔沸点很高。 这是因为石墨晶体中存在自由电子，可以在整个碳原子的平面上运动，但是电子不能从一个 平面跳跃到另一个平面，所以石墨能导电，并且沿层的平行方向导电性强。这也是晶体各向异 性的表现。 5、石墨属于哪类晶体？ 石墨为混合键型晶体 4、石墨中微粒间的作用：、石墨中微粒间的作用： 碳原子间存在共价键和金属键，层与层碳原子间存在共价键和金属键，层与层 之间存在范德华力之间存在范德华力 晶胞参数晶胞参数(三维点阵三维点阵) 晶胞的大小和形 状可用晶胞的三 条棱边长度(轴 长)a, b, c 及三棱 边夹角(轴角)， ，