武汉理工材料科学基础第二章

1、2.4单质晶体结构（了解） 2.5无机化合物结构（重点每年必考）分析结构从以下几个方面入手：晶胞分子数，何种离子做何种堆积，何种离子添 隙，添隙百分比，正负离子配位数，正负离子电价是否饱和，配位多面体，添隙 半径的计算（刚好相切时），隙结构与性质的关系。1、NaCl型：4个NaCl分子Cl离子做面心立方密堆积，Na离子填充八面体空 隙，填充率100%，正负离子配位数均为6，电价饱和。【NaCl6】或【ClNa6】八 面体结构与性能：此结构在三维方向上键力均匀，因此无明显解理，破碎后呈颗 粒状，粒为多面体形状。离子键结合，因此有较高的熔点和硬度。2、立方ZnS结构：4个ZnS分子S离子做面心立方

2、密堆积，Zn离子填充四面体 空隙填充率50%，离子配位数均为4，电价饱和，【ZnS4】四面体画投影图（图2.26）注意：一定要画虚线，一定要标高，一定要有图例（白球黑 球代表什么离子）；阳离*0,明*子3、萤石（CaF2）结构：（唯一正离子做堆积的结构）4个CaF2分子Ca离子做面 心立方密堆积，F离子填充四面体空隙，填充率100%。正离子配位数为8,负离子配位数为 4，电价饱和，【CaF8】或【FCa4】结构与性能：与NaCl相比，综合电价和半径因素，萤石 质点间键力比NaCl强，表现为萤石硬度熔点密度高于NaCl而水中溶解度低于NaCl。由于萤 石结构中有一半的立方体空隙没有被Ca离子填充

3、，所以在111面网方向上存在毗邻的同 号离子层，其静电斥力起主要作用，导致晶体在平行与111面网方向上易发生解理，因此 萤石常呈八面体解理。碱金属氧化物R2O为反萤石结构，它们的正负离子位置刚好跟萤石结 构中相反，性质相似，在111面网方向上也易发生解理。4、钙钛矿CaTiO3结构（每年必考）：Ca离子占据八个顶点，O占据六个面的面 心，Ti离子位于体心。Ca和O共同做面心立方密堆积。Ti离子占据八面体空隙的1/4。晶胞 分子数1，配位数：Ca 12, Ti6, O6, O电价饱和。理想情况下半径关系二危/克（rB +。）（会推导）结构与性能的关系：电价饱和，晶体结构稳定。5、自发极化与铁电效

4、应：（每年必考）自发极化：对于理想晶体而言，如果不存在外电场时，单位晶胞中的正负电荷不 重合，具有一定的偶极矩，这种现象称为自发极化。产生自发极化的条件：离子位移后使离子固定在新位置上的力应该大于位移后的 恢复力。BaTiO3具有铁电效应而CaTiO3不具有铁电效应的原因：要有铁电效应必须能够产生自发极化。Ba离子半径比较大，使得晶胞参数也比较 大，从而使得结构中【TiO6】八面体空隙比较大，Ti与O之间有比较大的空隙， 可以克服恢复力，可以发生自发极化。而CaTiO3中由于Ca离子半径小，使得晶 胞参数也比较小，从而使结构中【TiO6】八面体空隙比较小，甚至小于Ti离子 尺寸，位移后恢复力很

5、大，不能在新位置上固定下来，从而不能产生自发极化， 没有铁电效应。2.6硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体基本结构单元是【SiO4】四面体。硅酸盐晶体各种结构的共同特点（4条58页）（1）构成硅酸盐晶体的基本结构单元SiO4四面体。Si-O-Si键是一条夹角不等 的折线，一般在145o左右。（2）SiO4四面体的每个顶点，即O2-离子最多只能为两个SiO4四面体所共用。（3）两个相邻的SiO4四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。（4）SiO4四面体中心的Si4+离子可部分地被A13+所取代。硅酸盐晶体分类：根据硅氧比分类（58页表2.13）结构类 型SiO44 -共用02-数形状络阴离子Si/0实例

6、岛状0四面体Si044-1： 4镁橄榄石Mg2Si04镁铝石榴石Al2Mg3Si0J3组群状1双四面体Si2076-2： 7硅钙石 Ca3Si2072三节环Si3096-1： 3蓝锥矿BaTiSi0四节环Si4O128-1： 3斧石CaAL(Fe,Mn)BOSi,O(OH)六节环风0112-1： 3223412绿宝石 BeqlJSi。链状2单链Si2064-1： 3透辉石 CaMgSi2O62，3双链SiQ116-4： 11透闪石 Ca2Mg5Si4O112(OH)2层状3平面层SiQ-4： 10滑石 Mg3Si4O10(OH)2架状4骨架Si001： 2石英SiO2AlSi3081-2钾长石

7、 KAlSiO。AlSi041-3 u方钠石 NaAlSiO4 4/3H2O岛状结构：镁橄榄石（结构，结构与性质的关系）镁橄榄石结构中，O2-离子近似于六方最紧密堆积排列，Si4+离子填 于四面体空隙的1/8； Mg2+离子填于八面体空隙的1/2。每个SiO4 四面体被MgO6 八面体所隔开，呈孤岛状分布。结构与性质的关系：结构中每个O2-离子同时和1个SiO4和3个MgO6相 连接，因此，O2-的电价是饱和的，晶体结构稳定。由于Mg-O键和Si-O键都 比较强，所以，镁橄榄石表现出较高的硬度，熔点达到1890C，是镁质耐火材 料的主要矿物。同时，由于结构中各个方向上键力分布比较均匀，所以，橄榄 石结构没有明显的解理，破碎后呈现粒状。组群状：桥氧：有限四面体群中连接两个Si4+离子的氧称为桥氧绿宝石结构：绿宝石的基本结构单元是由6个SiO4四面体组成的六节环，六节 环中的1个Si4+和2个O2-处在同一高度，环与环相叠起来。图中粗黑线的六节 环在上面，标高为100，细黑线的六节环在下面，标高为50。上下两层环错开30o 投影方向并不重叠。环与环之间通过Be2+和A13+离子连