常见的晶体结构学习教案

1、会计学1常见常见(chn jin)的晶体结构的晶体结构第一页，共55页。一、晶体化学基本原理一、晶体化学基本原理1. 1. 原子原子(yunz)(yunz)半径与离子半径半径与离子半径在晶体结构中原子或离子在晶体结构中原子或离子(lz)(lz)处于相接触时的半径处于相接触时的半径 有效有效(yuxio)半径：半径：离子晶体中，正负离子相接触的中心距，即为正负离子离子晶体中，正负离子相接触的中心距，即为正负离子的半径之和的半径之和 ；共价键化合物的晶体中，两个相邻键合的中共价键化合物的晶体中，两个相邻键合的中心距，即是两个原子的共价半径之和。在纯金属的晶体中，心距，即是两个原子的共价半径之和。在

2、纯金属的晶体中，两个相邻原子中心距的一半，就是金属原子半径。两个相邻原子中心距的一半，就是金属原子半径。 第1页/共55页第二页，共55页。离子离子(lz)晶体和原子晶体中原子和离子晶体和原子晶体中原子和离子(lz)在结构在结构中堆积相当于球体相互作最紧密堆积。晶体的紧密中堆积相当于球体相互作最紧密堆积。晶体的紧密堆积有两种：如纯金属晶体的等大球体最紧密堆积堆积有两种：如纯金属晶体的等大球体最紧密堆积和离子和离子(lz)作不等大球体的紧密堆积。作不等大球体的紧密堆积。第2页/共55页第三页，共55页。ABABC第3页/共55页第四页，共55页。八面体空八面体空隙隙(kngx)四面体空隙四面体空

3、隙(kngx)每个球周围(zhuwi)有8个四面体空隙，6个八面体空隙。n个等径球堆积时，其四面体空隙数为8n/4=2n,八面体空隙数为6n/6=n第4页/共55页第五页，共55页。Unit cell第5页/共55页第六页，共55页。Close-packed hexagonal第6页/共55页第七页，共55页。Interstitials TetrahedronOctahedron第7页/共55页第八页，共55页。3. 3. 原子原子(yunz)(yunz)和离子的配位数和离子的配位数指在晶体结构中，该原子或离子指在晶体结构中，该原子或离子(lz)(lz)的周围与它直接相邻的周围与它直接相邻结合

4、的原子个数或所有异号离子结合的原子个数或所有异号离子(lz)(lz)的个数的个数 原子或离子原子或离子(lz)的周围与它直接相邻结合的原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子或离子(lz)的中心联线所构成的多面体，称为原子或离子的中心联线所构成的多面体，称为原子或离子(lz)的配位多面体的配位多面体 第8页/共55页第九页，共55页。正负离子半径比值与配位正负离子半径比值与配位(pi wi)(pi wi)数的关系数的关系 值值正离子的正离子的配位数配位数负离子多面体的形负离子多面体的形状状实实 例例0.000 0.000 0.1550.1552 2直线形直线形干冰干冰COCO2 20.155 0

5、.155 0.2250.2253 3三角形三角形B B2 2O O3 30.225 0.225 0.4140.4144 4四面体四面体SiOSiO2 2，GeOGeO2 20.414 0.414 0.7320.7326 6八面体八面体NaClNaCl，MgOMgO，TiOTiO2 20.732 0.732 1.0001.0008 8立方体立方体ZrOZrO2 2，CaFCaF2 2，CsClCsCl1.0001.000以上以上1212立方八面体立方八面体CuCu第9页/共55页第十页，共55页。)2(32fccRDETetrahedronCenter of tetrahedron, o, oD

6、 = (3/4)DE 2RfccABCDoACBfccfccinRDERoDr43fccfccfccinRRRr)123(3223024aRfccED225.0123fccinRr第10页/共55页第十一页，共55页。2RRR2rRa220414. 012Rr第11页/共55页第十二页，共55页。4. 4. 鲍林鲍林(bo ln)(bo ln)规则规则第一第一(dy)规则规则 在正离子周围，形成一个负离子配位在正离子周围，形成一个负离子配位(pi wi)多面体多面体，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位(pi wi)数取决于它们的半径之比。

7、数取决于它们的半径之比。 第二规则（静电价规则）第二规则（静电价规则） 在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于从邻近的正离子配给该负离子各静电键强度的总和。从邻近的正离子配给该负离子各静电键强度的总和。 nZS 第12页/共55页第十三页，共55页。第三第三(d sn)规则规则 在配位结构在配位结构(jigu)(jigu)中，配位多面体共用棱，特中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构别是共用面的存在会降低这个结构(jigu)(jigu)的稳的稳定性。图定性。图2-442-44四面体和八面体的共顶、共面和共棱四面体和八面体的共

8、顶、共面和共棱联结联结 第四规则第四规则(guz)(guz)在晶体中有一种以上的正离子，那么高电价正离子的在晶体中有一种以上的正离子，那么高电价正离子的低配位数多面体之间尽可能彼此互不结合的趋势。低配位数多面体之间尽可能彼此互不结合的趋势。 第五规则第五规则 在晶体中，本质上不同组成的结构单元的数目，趋在晶体中，本质上不同组成的结构单元的数目，趋向了最少向了最少. .简单立方结构简单立方结构sc (ABCABCsc (ABCABC) )第13页/共55页第十四页，共55页。第14页/共55页第十五页，共55页。幻灯片 11第15页/共55页第十六页，共55页。二、典型二、典型(dinxng)金

9、属的晶金属的晶体结构体结构1.原子原子(yunz)紧密堆积方式紧密堆积方式第16页/共55页第十七页，共55页。0322d第17页/共55页第十八页，共55页。Unit cell第18页/共55页第十九页，共55页。第19页/共55页第二十页，共55页。简单立方简单立方(lfng)(lfng)结构中原子的配位数为结构中原子的配位数为6 6，体心立方，体心立方(lfng)(lfng)结构中原子的配位数结构中原子的配位数为为8 8。第20页/共55页第二十一页，共55页。密排六方结构中原子密排六方结构中原子(yunz)(yunz)的配位数为的配位数为1212第21页/共55页第二十二页，共55页。

10、第22页/共55页第二十三页，共55页。441121Octahedral sitesCube and edge center sitesTetrahedral sites8第23页/共55页第二十四页，共55页。第24页/共55页第二十五页，共55页。2RRR2rRa220第25页/共55页第二十六页，共55页。)2(32fccRDETetrahedronCenter of tetrahedron, o, oD = (3/4)DE 2RfccABCDoACBfccfccinRDERoDr43fccfccfccinRRRr)123(3223024aRfccED225.0123fccinRrfcc

11、第26页/共55页第二十七页，共55页。64112216Octahedral sites: Face and edge center sites面心和棱中点面心和棱中点(zhn din)第27页/共55页第二十八页，共55页。122146a/4abccTetrahedral sites侧面侧面(cmin)中心线中心线1/4和和3/4处处第28页/共55页第二十九页，共55页。a0/4a0/2bccbccinRar04520202)2()4()(aaRrbccinrinRbcc291. 0135bccinRrTetrahedral sites034aRbccbccbccRR35第29页/共55页

12、第三十页，共55页。a0/4a0/2bccbccbccbccinRRRar332210rinRbcc155. 01332bccinRroctahedral sites034aRbcc第30页/共55页第三十一页，共55页。Octahedral sites: 6第31页/共55页第三十二页，共55页。晶体结构中的空隙(kngx)位(3): hcpTetrahedral sitesc83c85c87c81123231262棱和中心线的棱和中心线的1/41/4和和3/43/4处处第32页/共55页第三十三页，共55页。SCFCCBCCRRa0RR2Ra0RR2Ra0Ra20Ra2320Ra2220第

13、33页/共55页第三十四页，共55页。HCPRa20C0C0/2C0/22R2RRac3243220第34页/共55页第三十五页，共55页。Simple cubic1881第35页/共55页第三十六页，共55页。Body-centered cubicFace-centered cubic218814621881第36页/共55页第三十七页，共55页。636112212HCP第37页/共55页第三十八页，共55页。5. 堆积堆积(duj)系数系数0VVK 第38页/共55页第三十九页，共55页。三、常见三、常见(chn jin)无机化合物晶体结构无机化合物晶体结构晶体的对称性，晶族晶系，离子紧密

14、(jnm)堆积原理，离子的配位数，晶体的键型，一个晶胞所占有正负离子的数目，质点所处的空间坐标，空间格子类型以及同型结构的化合物等无机化合物晶体结构主要(zhyo)内容:第39页/共55页第四十页，共55页。第40页/共55页第四十一页，共55页。第41页/共55页第四十二页，共55页。1 1111 1(0,0,0),( ,0),( ,0, ),(0, )2 2222 2ZnS005050 5025025005075751 1 13 3 11 3 33 1 3( , ),( , ),( , ),( , )4 4 44 4 44 4 44 4 4第42页/共55页第四十三页，共55页。ZnS第4

15、3页/共55页第四十四页，共55页。第44页/共55页第四十五页，共55页。4636VCPmcS2-： (0,0,0 ), (2/3,1/3,1/2) Zn2+：(0,0,5/8), (2/3,1/3,1/8) S2-： (0,0,0), (1/3,2/3,1/2)Zn2+：(0,0,3/8), (1/3,2/3,7/8) 空间空间(kngjin)群为：群为： 分数分数(fnsh)坐标：坐标： 属于属于(shy)(shy)六方六方ZnSZnS结构的化合物有结构的化合物有AlAl、GaGa、InIn的氮化物，一的氮化物，一价铜的卤化物，价铜的卤化物，ZnZn、CdCd、MnMn的硫化物、硒化物。

16、的硫化物、硒化物。 第45页/共55页第四十六页，共55页。 立方立方(lfng)ZnS(lfng)ZnS和六方和六方ZnSZnS是非常重要的两种晶是非常重要的两种晶体结构体结构. . 已投入使用的半导体除已投入使用的半导体除SiSi、GeGe单晶为金刚石单晶为金刚石型结构外，型结构外，III-VIII-V族和族和II-VIII-VI族的半导体晶体都是族的半导体晶体都是ZnSZnS型，且以立方型，且以立方(lfng)ZnS(lfng)ZnS型为主型为主. .例如：例如：GaP, GaAs, GaP, GaAs, GaSbGaSb，InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe

17、InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe第46页/共55页第四十七页，共55页。第47页/共55页第四十八页，共55页。Ca2+： (0,0,0), (1/2,1/2,0)，(1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)F-：(1/4,1/4,1/4), (3/4,1/4,1/4), (1/4,3/4,1/4), (1/4,1/4,3/4), (3/4,3/4,1/4), (3/4,1/4,3/4), (1/4,3/4,3/4), (3/4,3/4,3/4) 5423hOFmm属于立方面心点阵属于立方面心点阵(din zhn)， 结构单元为一个结构单元为一个CaF2

18、空间空间(kngjin)群为：群为： 分数分数(fnsh)坐标：坐标： 或将各离子坐标平移或将各离子坐标平移1/41/4Ca2+：(1/4,1/4,1/4), (3/4,3/4,1/4), (3/4,1/4,3/4), (1/4,3/4,3/4)F-：(1/2,1/2,1/2), (0,1/2,1/2), (1/2,04,1/2), (1/2,1/2,0), (0,0,1/2), (0,1/2,0), (1/2,0,0), (0,0,0) 第48页/共55页第四十九页，共55页。 SrF2, UO2,HgF2等晶体属等晶体属CaF2型，而型，而Li2O, Na2O, Be2C等晶体属反萤石型，即正等晶体属反萤石型，即正离子离子(