常见晶体结构

1、关于常见的晶体结构课件第一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月1、面心立方结构（FCC，A1型）（1）密堆积情况： 原子以ABCABC的方式堆积，面心立方紧密堆积 （111）面为密排面。 原子分布在立方体的8个顶点与6个面心上。（2）原子分布：第二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月晶胞含有：4个八面体空隙 8个四面体空隙；（3）单位晶胞原子数目：单位晶胞原子数：n=4；（4）原子的空间坐标：第三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（5）原子半径与点阵常数： 晶胞的3个棱边长度（a、b、c）与原子半径r之间的关系，可由简单的几何知识求出。面心立方结构（a=b=c）：第四张，P

2、PT共五十二页，创作于2022年6月（6）配位数：CN=12 K=0.74（8）密度：（7）致密度（堆垛密度）：第五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月A1型结构：-Fe、铝、铜、镍、铅、金、银、铂等例：已知铜是面心立方结构的金属，其原子半径为0.1278nm，相对原子质量为63.54g/mol。求铜的原子密度。第六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2、体心立方结构（A2型）（1）密堆积情况： 原子以ABAB的方式堆积，体心立方近似密堆积， （110）面为密排面。 原子分布在立方体的8个顶点与体心上。（2）原子分布：第七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月晶胞含有：2个八面

3、体空隙 4个四面体空隙；（3）单位晶胞原子数：单位晶胞原子数：n=2；（4）原子的空间坐标：第八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（5）原子半径与点阵常数：体心立方结构（a=b=c）：第九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（6）配位数： A2型结构：-Fe、铬、钨、钼、钒、铌、钛和锆等CN=8致密度：K=0.68（7）致密度（堆垛密度）：第十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月3、密排六方结构（A3型）（1）密堆积情况： 原子以ABAB的方式堆积，六方紧密堆积， （0001）面为密排面。 12个原子分布在六方晶胞的顶点、2个原子处于上下底心、3个原子在六方晶胞体内。（2）

4、原子分布：第十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月晶胞含有：6（2）个八面体空隙；12（4）个四面体空隙；（3）单位晶胞原子数：六方晶胞原子数：Z=6；单位晶胞原子数：Z=2；第十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（4）原子的空间坐标：（5）原子半径与点阵常数：密排六方结构（a=b=c）：第十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（6）配位数： A3型结构：铍、镁、镉、钛和 锆等CN=12致密度：K=0.74（7）致密度（堆垛密度）：第十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月1、金刚石结构 常见共价晶体的晶体结构立方晶系（2）碳原子位于立方体的8个顶点，6个面心及

5、立方体内4个小立方体的中心。（1）金刚石是面心立方格子（3）单位晶胞原子数：n8第十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（5）每个碳原子周围都有四个碳，碳原子之间形成共价键，CN4（4）晶胞内各原子的空间坐标：000， 0， 0 ， 0 ， ， ， ， 金刚石结构：Si、Ge、灰锡-Sn、 人工合成的立方氮化硼BN第十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2、石墨结构六方晶系 石墨结构中：层内碳原子以共价键相连，CN3，三角形配位；层间碳原子则以分子键相连。 石墨结构为碳原子成层状排列，每一层中碳原子成六方环状排列。石墨型结构：人工合成的六方氮化硼BN第十七张，PPT共五十二页，

6、创作于2022年6月根据数量关系（化学式）： AX型、 AX2型、 A2X3型、 ABO3型、 AB2O4型常见的无机化合物： NaCl型、CsCl型、-ZnS型、-ZnS型、CaF2型、TiO2型、刚玉（Al2O3）型、CaTiO3型、尖晶石（MgAl2O4）型 常见无机化合物晶体结构离子晶体 晶体结构分析： 离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接第十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（1）密堆积情况：Cl- 离子面心立方堆积；Na+离子填充八面体空隙；晶胞分子数：Z=4；晶胞中：4个八面体空隙 8个四面体空隙；Na+离子填充全部八面体空隙1、NaCl型结构立方晶系第十九张，PP

7、T共五十二页，创作于2022年6月（2）质点坐标：晶胞常数：a0=2(r+r)第二十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（3）配位数与配位多面体：因为：所以，Na+的配位数为CN=6， Cl-的配位数CN=6形成NaCl6八面体共棱连接NaCl型：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO等第二十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月2、CsCl型结构（1）密堆积情况：Cl- 简单立方堆积；Cs+离子填充立方体空隙；晶胞分子数：Z=1；立方晶系晶胞常数：第二十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月CsCl型：CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl（2）质点

8、坐标：或（3）配位数与配位多面体：第二十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（1）密堆积情况：S2- 离子面心立方堆积；Zn2+离子填充四面体空隙；晶胞分子数：Z=4；晶胞中：4个八面体空隙 8个四面体空隙；Zn2+离子填充1/2四面体空隙3、闪锌矿型结构（-ZnS）立方晶系第二十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）质点坐标：第二十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（3）配位数与配位多面体：r+/r0.436 0.414，理论上， CN6，实际上，CN=4，四面体配位 闪锌矿型：-SiC， Be、Cd、Hg等的硫化物、硒化物和碲化物，CuCl 等第二十六张，PP

9、T共五十二页，创作于2022年6月（1）密堆积情况：S2- 离子六方紧堆积；Zn2+离子填充四面体空隙；单位晶胞分子数：Z=2；晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；Zn2+离子填充1/2四面体空隙4、纤锌矿型结构(-ZnS)六方晶系第二十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）质点坐标：其中，u0.875（3）配位数与配位多面体：Zn2与 S2的配位数均为：4第二十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月闪锌矿与纤锌矿的结构区别：ZnS4四面体层的配置情况不同纤锌矿型：BeO、ZnO、AlN、CdS、GaAs等第二十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（1）密堆积情况

10、：Ca2 离子面心立方堆积；F离子填充八面体空隙；晶胞分子数：Z=4；晶胞中：4个八面体空隙 8个四面体空隙；F离子填充全部四面体空隙5、萤石（CaF2）型结构立方晶系第三十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）质点坐标：晶胞常数：第三十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（3）配位数与配位多面体：r/r0.975，CNCa8 CNF4CaF8FCa4第三十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 萤石型（RO2）： 反萤石型（R2O）：ZrO2、ThO2、CeO2、VO2、BaF2等Li2O、Na2O、K2O.第三十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（1）密堆

11、积情况：O2- 离子近似六方紧密堆积；Ti4+离子填充1/2八面体空隙；晶胞分子数：Z=2；晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；6、金红石（TiO2）型结构四方晶系第三十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）质点坐标：u0.31第三十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（3）配位数与配位多面体：r/r0.44，CNTi6CNO3TiO6TiO2型：GeO2、SnO2、PbO、MnO2第三十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（1）密堆积情况：Ca2和O2 作面心立方堆积；Ti4+离子填充1/4八面体空隙；晶胞分子数：Z=1；晶胞中：4个八面体空隙 8个四面体空隙

12、；7、钙钛矿（CaTiO3）型结构立方晶系第三十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（2）质点坐标：第三十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月（3）配位数与配位多面体：Ti4+：r/r0.436，CNTi6Ca2+：r/r0.96，CNCa12O2：CNO6第三十九张，PPT共五十二页，创作于2022年6月8、MgAl2O4尖晶石型结构立方晶系第四十张，PPT共五十二页，创作于2022年6月O2 面心立方堆积；Mg2+离子填充1/8四面体空隙；Al3+离子填充1/2八面体空隙；晶胞分子数：Z=8； 8个Mg、16个Al、32个O第四十一张，PPT共五十二页，创作于2022年6月

13、第四十二张，PPT共五十二页，创作于2022年6月尖晶石型晶体结构中多面体连接方式第四十三张，PPT共五十二页，创作于2022年6月 正尖晶石：二价阳离子A填充于四面体空隙，三价阳离子B填充于八面体空隙的叫正尖晶石。 反正尖晶石：二价阳离子A填充于八面体空隙，三价阳离子B一半填充四面体空隙，另一半填充在八面体空隙中称为反尖晶石。AB2O4第四十四张，PPT共五十二页，创作于2022年6月无机化合物结构与鲍林规则（Paulings rule） 氧化物晶体及硅酸盐晶体大都含有一定成分的离子键，因此，在一定程度上可以根据鲍林规则来判断晶体结构的稳定性。1928年，鲍林根据当时已测定的晶体结构数据和晶

14、格能公式所反映的关系，提出了判断离子化合物结构稳定性的规则鲍林规则。鲍林规则共包括五条规则。 第四十五张，PPT共五十二页，创作于2022年6月鲍林第一规则配位多面体规则，其内容是：“在离子晶体中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。第一规则实际上是对晶体结构的直观描述，如NaCl晶体是由NaCl6八面体以共棱方式连接而成。 第四十六张，PPT共五十二页，创作于2022年6月鲍林第二规则电价规则指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4价”。

15、 静电键强度 S= ， 则负离子电荷数 。 第四十七张，PPT共五十二页，创作于2022年6月电价规则有两个用途：其一，判断晶体是否稳定；其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。 在CaTiO3结构中，Ca2+、Ti4+、O2-离子的配位数分别为12、6、6。O2-离子的配位多面体是OCa4Ti2，则O2-离子的电荷数为4个2/12与2个4/6之和即等于2，与O2-离子的电价相等，故晶体结构是稳定的。 一个SiO4四面体顶点的O2-离子还可以和另一个SiO4四面体相连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个MgO6八面体相连接（4个配位多面体共用一个顶点），这样可使O2-离子电价饱和。 第四十八张，PPT共五十二页，创作于2022年6月鲍林第三规则多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。 假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、共面时各为0.58和0.33。若是八面体，则各为1，0.71和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。因此，结构中SiO4只能共顶连接，而AlO6却可以共棱连接，在有些结构，如刚玉中，AlO6还可以共面连接。 第四十九张，PP