第9章 晶体结构

第9章晶体结构9.1晶体和非晶体9.2离子晶体9.3金属晶体9.4原子晶体和分子晶体9.5混合型晶体9.1晶体和非晶体晶体石英和非晶体玻璃体的结构1．点阵和结构基元

晶体内部的粒子排列是周期性重复的，如果把具体的重复内容抽象出来看作一个点，那么整个晶体可以简化成是由这些点所构成，点即称为点阵点。这些点阵点的无限组合称为点阵。9.1.1晶体的内部结构2.晶胞、晶胞参数和晶系能代表空间点阵一切特征的最小重复单元，称为晶胞。晶胞是平行六面体，平行六面体的各边的长度a、b、c及它们间的夹角、、称为晶胞参数，或点阵参数。

尽管世界上晶体有千万种，但根据晶胞的特征，可将晶体分为7个晶系。它们是立方晶系、四方晶系、正交晶系、三方晶系、六方晶系、单斜晶系、三斜晶系。晶系

晶胞

实例立方a=b=c===90°NaCl，CaF2，ZnS四方a=b≠c

===90°SiO2，MgF2，NiSO4正交a≠b≠c

===90°K2SO4，BaCO3，HgCl六方a=b≠c

==90°

=120°SiO2，AgI，CuS三方a=b=c

==<120°(≠90°)Al2O3，CaCO3(方解石)单斜a≠b≠c

==90°≠90°

KClO3，K3[Fe(CN)6]，Na2B4O7

三斜a≠b≠c≠≠≠90°CuSO4·5H2O，K2Cr2O7

3.晶面指数（密勒指数）定义：晶面在三个晶轴上的截距倒数的互质整数比，记作（hkl）。4.布拉格方程与X射线衍射法

规则的几何外形.固定的熔点.

晶体性质各向异性.

晶体具有特定的对称性.9.1.2晶体的特征晶体类型离子晶体原子晶体分子晶体金属晶体结点上的粒子正、负离子原子极性分子非极性分子金属原子、金属正离子(离子间隙处有自由电子)结合力离子键共价键分子间力、氢键分子间力金属键性质特征熔、沸点较高高低很低差别较大硬度硬硬软很软一般较硬机械性能脆不脆软很软有延展性导电、导热性熔融态及水溶液导电非导体水溶液导电非导体良导体溶解性易溶于极性溶剂不溶性易溶于极性溶剂易溶于非极性溶剂不溶性实例活泼金属氧化物及其盐金刚石、SiC、BN、单质SiHCl、NH3CO2、希有气体、H2金属或合金9.1.3晶体的类型9.2离子晶体

离子晶体的三种典型构型离子的特征离子的配位数和半径比规则离子晶体的稳定性CsCl型离子晶体

9.2.1离子晶体的三种典型构型NaCl型离子晶体

立方ZnS型离子晶体

（1）对于晶体构型相同的离子晶体：离子所带电荷数越高、核间距越短，晶格能越大，晶体越稳定。（2）晶格能越大，离子晶体越稳定，其熔点越高，硬度越大。思考：按熔点高低将下列物质排列：NaCl、MgO、CaO、KCl。MgO>CaO>NaCl>KCl9.2.2离子的特征离子的电荷离子的电子构型简单的阴离子(如F-、O2-)最外电子层都具有稳定的8e结构。阳离子的电子构型如下：(1)2e构型(最外层有2e的离子)Li+1s2Be2+(2)8e构型Na+1s22s22p6(3)18e构型Cu+1s22s22p63s23p63d10Zn2+1s22s22p63s23p63d10(4)(18+2)e构型(次外层为18e，最外层为2e)50Sn2+1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2(5)(9-17)e构型(最外层为9-17e的不饱和结构离子)26Fe3+1s22s22p63s23p63d5离子半径同一元素形成的不同离子，阴离子半径大于原子半径，阳离子半径小于其原子半径，且阳离子的电荷愈多，其半径愈小。具有相同电荷数的同族离子，自上而下，半径逐渐增大。在周期表中位于相邻族左上方和右下方斜对角线上的元素离子半径相近。离子半径越小，离子间引力越大，离子化合物的熔点，沸点就越高。

P199页离子晶体半径比与配位数的关系9.2.3离子的配位数和半径比规则离子晶体的稳定性与离子键的强度有关。离子键强度有离子键的键能和晶格能两种直观表示方法。晶格能（U）定义：在标准状态下，破坏1mol离子晶体使之成为自由的气态正、负离子时，所需要的能量.

晶格能的计算：

1.玻恩—哈伯(Born—Haber)循环法

2.玻恩—朗德(Born—Lande)公式9.2.4离子晶体的稳定性1.NaCl晶体玻恩—哈伯循环图2.Born—Lande公式玻恩和朗德以离子晶体内部离子间的静电作用力为基础，从理论上推导出用于计算晶格能的公式玻恩—朗德(Born—Lande)公式：式中：

A——

马德隆常数,由晶体构型决定Z+、Z-

——晶体中正负离子电荷的绝对R0

——

正负离子半径之和,单位为pm；n——玻恩指数,由离子的电子构型决定金属晶体常见的密堆积方式有三种：

面心立方最密堆积、六方最密堆积和体心立方密堆积。其中体心立方不是最密堆积，其堆积系数要小于前两种最密堆积的堆积系数。两种最密堆积结构都是在密堆积层的基础上构成的。9.3金属晶体金属的体心立方密堆积

配位数：８

堆积系数：0.6802（锂、钠、钾、铷、铯、铬、钼、钨、铁）配位数：１２

堆积系数：０．７４０５金属的六方最密堆积（钇、镁、铪、锆、镉、钛、镧）金属的面心立方最密堆积配位数:１２

堆积系数：0.7405（钙、锶、铅、银、金、铜、铝、镍）原子晶体在原子晶体中，占据在晶格结点上的粒子是原子，结点上的原子之间通过共价键相互结合在一起。典型的原子晶体是金刚石。金刚石原子晶体9.4原子晶体和分子晶体化学稳定性好，

具有很高的熔点、沸点，如金刚石的熔点高达3930K。硬度大、延展性很小，热膨胀系数小，性脆。

不导电，一般是电绝缘体。但是某些原子晶体如硅、锗、砷化镓通过掺杂可作为半导体材料。