常见的晶体结构详解

常见的晶体结构ppt课件当前第1页\共有54页\编于星期六\6点一、晶体化学基本原理1.原子半径与离子半径在晶体结构中原子或离子处于相接触时的半径有效半径：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；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，两个相邻原子中心距的一半，就是金属原子半径。当前第2页\共有54页\编于星期六\6点2.球体紧密堆积原理离子晶体和原子晶体中原子和离子在结构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和离子作不等大球体的紧密堆积。当前第3页\共有54页\编于星期六\6点ABABC等大球体紧密堆积方式（球体代表原子）当前第4页\共有54页\编于星期六\6点四面体空隙和八面体空隙数

八面体空隙四面体空隙每个球周围有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当前第5页\共有54页\编于星期六\6点Unitcell面心立方紧密堆积Face-centeredcubic

(ABCABC…)当前第6页\共有54页\编于星期六\6点六方紧密堆积hcp(ABAB…)

Close-packedhexagonal当前第7页\共有54页\编于星期六\6点Interstitials

TetrahedronOctahedron当前第8页\共有54页\编于星期六\6点3.原子和离子的配位数指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数原子或离子的周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心联线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体当前第9页\共有54页\编于星期六\6点正负离子半径比值与配位数的关系值正离子的配位数负离子多面体的形状实例0.000~0.1552直线形干冰CO20.155~0.2253三角形B2O30.225~0.4144四面体SiO2，GeO20.414~0.7326八面体NaCl，MgO，TiO20.732~1.0008立方体ZrO2，CaF2，CsCl1.000以上12立方八面体Cu当前第10页\共有54页\编于星期六\6点TetrahedronCenteroftetrahedron,o,oD=(3/4)DE2RfccABCDoACBED当前第11页\共有54页\编于星期六\6点2RRR2r当前第12页\共有54页\编于星期六\6点4.鲍林规则第一规则

在正离子周围，形成一个负离子配位多面体，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半径之比。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从邻近的正离子配给该负离子各静电键强度的总和。

当前第13页\共有54页\编于星期六\6点第三规则

在配位结构中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。图2-44四面体和八面体的共顶、共面和共棱联结第四规则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。第五规则

在晶体中，本质上不同组成的结构单元的数目，趋向了最少.简单立方结构sc(ABCABC…)当前第14页\共有54页\编于星期六\6点图2-44四面体的共顶、共面和共棱联结(中心正离子间的距离为：1：0.58:0.33)

当前第15页\共有54页\编于星期六\6点幻灯片11图2-44八面体的共顶、共面和共棱联结(中心正离子间的距离为：1：0.71:0.58)当前第16页\共有54页\编于星期六\6点简单立方结构sc

(ABCABC…)二、典型金属的晶体结构1.原子紧密堆积方式当前第17页\共有54页\编于星期六\6点体心

bcc

结构

(ABCABC…)当前第18页\共有54页\编于星期六\6点Unitcell面心立方紧密堆积

(ABCABC…)当前第19页\共有54页\编于星期六\6点六方紧密堆积hcp(ABAB…)

当前第20页\共有54页\编于星期六\6点2.原子的配位数与空隙简单立方结构中原子的配位数为6，体心立方结构中原子的配位数为8。当前第21页\共有54页\编于星期六\6点密排六方结构中原子的配位数为12密排六方结构中原子的配位数当前第22页\共有54页\编于星期六\6点面心立方结构中原子的配位数为12当前第23页\共有54页\编于星期六\6点OctahedralsitesCubeandedgecentersitesTetrahedralsites8晶体结构中的间隙位（1）:fcc当前第24页\共有54页\编于星期六\6点当前第25页\共有54页\编于星期六\6点2RRR2r当前第26页\共有54页\编于星期六\6点TetrahedronCenteroftetrahedron,o,oD=(3/4)DE2RfccABCDoACBEDfcc当前第27页\共有54页\编于星期六\6点Octahedralsites:Faceandedgecentersites晶体结构中的空隙位(2):bcc面心和棱中点当前第28页\共有54页\编于星期六\6点a/4abccTetrahedralsites侧面中心线1/4和3/4处当前第29页\共有54页\编于星期六\6点a0/4a0/2bccrinRbccTetrahedralsites当前第30页\共有54页\编于星期六\6点a0/4a0/2bccrinRbccoctahedralsites当前第31页\共有54页\编于星期六\6点Octahedralsites:××6晶体结构中的空隙位(3):hcp当前第32页\共有54页\编于星期六\6点晶体结构中的空隙位(3):hcpTetrahedralsites××××棱和中心线的1/4和3/4处当前第33页\共有54页\编于星期六\6点SCFCCBCCRRa0RR2Ra0RR2Ra03.点阵常数与原子半径当前第34页\共有54页\编于星期六\6点HCPC0C0/2*HCP点阵常数与原子半径C0/22R2R当前第35页\共有54页\编于星期六\6点Simplecubic4.一个晶胞中占有的原子数当前第36页\共有54页\编于星期六\6点Body-centeredcubicFace-centeredcubic当前第37页\共有54页\编于星期六\6点HCP当前第38页\共有54页\编于星期六\6点5.堆积系数当前第39页\共有54页\编于星期六\6点三、常见无机化合物晶体结构晶体的对称性，晶族晶系，离子紧密堆积原理，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内容:当前第40页\共有54页\编于星期六\6点图2-48NaCL晶胞当前第41页\共有54页\编于星期六\6点图2-49CsCL晶胞当前第42页\共有54页\编于星期六\6点图2-50-ZnS晶胞ZnS005050502502500507575当前第43页\共有54页\编于星期六\6点图2-51a-ZnS晶胞ZnS当前第44页\共有54页\编于星期六\6点当前第45页\共有54页\编于星期六\6点S2-：(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)

空间群为：分数坐标：属于六方ZnS结构的化合物有Al、Ga、In的氮化物，一价铜的卤化物，Zn、Cd、Mn的硫化物、硒化物。

当前第46页\共有54页\编于星期六\6点

立方ZnS和六方ZnS是非常重要的两种晶体结构.已投入使用的半导体除Si、Ge单晶为金刚石型结构外，III-V族和II-VI族的半导体晶体都是ZnS型，且以立方ZnS型为主.例如：GaP,GaAs,GaSb，InP,InAs,InSb,CdS,CdTe,HgTe当前第47页\共有54页\编于星期六\6点图2-52CaF2晶胞当前第48页\共有54页\编于星期六\6点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)属于立方面心点阵，结构单元为一个CaF2

空间群为：分数坐标：或将各离子坐标平移1/4Ca2+：(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)

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SrF2,UO2,HgF2等晶体属CaF2型，而Li2O,Na2O,Be2C等晶体属反萤石型，即正离子占据F-离子位置，负离子占据Ca2+的位置。

当前第50页\共有54页\编于星期六\6点图2-53金红石晶体结构当前第51页\共有54页\编于星期六\6点

TiO2型（金红石型）

O2-近似按立方A1型堆积，Ti4+填充了变形八面体空隙中（占据率50%）,O2-的配位数为3，Ti4+的配位数为6。Pauling