晶体结构与结晶化学

晶体结构与结晶化学第一部分晶体的结构1、晶体的分类按来源分为：天然晶体（宝石、冰、砂子等）人工晶体（各种人工晶体材料等）

一、晶体的分类按成键特点分为：原子晶体：金刚石离子晶体：NaCl分子晶体：冰金属晶体：Cu晶体的定义“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。”注意：（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断；（2）周期性是晶体结构最基本的特征。晶体不仅与我们的日常生活密不可分，而且在许多高科技领域也有着重要的应用。晶体的外观和性质都是由其内部结构决定的：决定结构性能反映二、晶体性质

⑴均匀性⑵各向异性⑶自发地形成多面体外形F+V=E+2其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱⑷有明显确定的熔点⑸有特定的对称性⑹使X射线产生衍射三、晶体的点阵结构概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。结构基元：在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。晶体结构=点阵+结构基元（1）直线点阵例1郑、（2漠）平猪面点米阵例2滋、2纠00安2年磁江苏治夏令很营选及拔赛例3名、2语00扮5年剃江苏魂夏令韵营选滚拔赛铌酸肌锂(步Li穷Nb澡O3)是鞠性能斤优异症的非洽线性派光学性晶体夕材料锐，有花多种毯性能扬，用笨途广宾泛，岔在滤茎波器但、光乏波导宏、表绘面声摘波、攀传感怎器、想Q－赢开关嫌以及阳激光脑倍频矩等领炉域都微有重鼻要的馅应用抛价值统，因骑而是喊一种烘重要席的国眯防、蛾工业劈燕、科饥研和携民用告晶体形材料牺。铌斥酸锂道的优堆异性刑能与岁它的推晶体监结构解是密楼不可竿分的衣，单烘晶X途－射枕线衍葵射测音试表泄明，松铌酸锡锂属饲三方保晶系包，晶盆胞参染数a=匀b=5锹.1康48怒Å，c=1当3.圾86脉3Å认；密雨度为套4.看64币g/跌cm3沿着稠c轴暮方向踪蝶的投宴影见偿下图歼，其恨中L及i和贿Nb堵原子求投影茅重合足，它蚀们处贞于氧歌原子利投影物的六录边形倡中心紫。19孔65歪年，从Ju趴za专提出攻石墨策层间它化合腾物组谎成是剖Li沿C6，锂捉离子霸位于锦石墨混层间匠，其谁投影源位于扒石墨乱层面哪内碳津六圆课环的爬中央不。试倘在下茧图中杨用“窃·”隔画出废Li欠的位滋置。疗并在罢此二随维图扎形上唇画出末一个沫晶胞势。例4谢、2管00醋6年拐江苏作夏令用营选比拔赛（3良）晶发胞空间念点阵偷必可授选择狡3个不相骡平行的连推结相宵邻两弄个点梁阵点爱的单位怜矢量a，之b，沾c，它宝们将男点阵顺划分疼成并衔置的饼平行旗六面锦体单更位，匹称为蕉点阵瓜单位固。相反应地因，按役照晶绢体结矿构的绵周期绒性划创分所通得的锹平行嗓六面也体单益位称跌为晶拉胞。古矢量a，油b，弟c的长厘度a，挺b，臂c及其毒相互独间的侧夹角炸α，赶β，赌γ称灯为点陵阵参烈数或川晶胞素参数臂。晶胞雹结构择图晶胞载的二仇个要止素晶胞灿的二混个基桃本要提素：一是莲晶胞选大小张和形沃状；二是格晶胞贵中各弓原子纤坐标电位置今。晶胞瓦大小掌和形番状可旷用晶勒胞参过数表狮示；晶匙胞中泄原子麦位置库可用象分数盆坐标饼表示济。原子煎分数掉坐标晶体朝中原汁子的笨坐标毅参数田是以百晶胞阶的3角个轴作为袭坐标身轴，某以3艘个轴拼的轴布长作托为坐辟标轴单位栽的:因为惜x、鸡y、率z砍1，丧所以窝我们巡寿将x吉、y欣、z规定义为枝分数用坐标融。晶胞阔知识滔要点晶胞轧一定枪是一别个平胡行六余面体坚，其胖三边奴长度a,修b,蜡c不一台定相腹等，化也不糕一定哑垂直从。划分棵晶胞急要遵投循2个原及则：评一是虽尽可劝能反掀映见晶体持内结孤构的摸对称策性；母二是掠尽可雹能小涂。并置贵堆砌整个漫晶体隙就是速由晶麻胞周烘期性困的在怎三维微空间盲并置强堆砌辞而成楚的。砖头苹砌墙者??晶胞劫中质粮点个绕数的亏计算《结彻构化狮学基玩础》您（第尽四版摊）还腿增加淡一个乱选取记晶胞恋的原蔑则：么“尽会可能板多的降直角歌”。易其实泡，晶点胞有召多少恰直角茂，是丈晶体积对称午性决旅定的舒，不职是愿呼意多边少的威问题提。第二鹊部分防、晶细体结术构的霸对称窑性一、异晶体挤的对滩称性1惭晶步系根据祖晶体巡寿的对请称性惯，按前有无纲某种活特征念对称踩元素驱为标扁准，鸦将晶马体分续成7框个晶狸系：立方Cu捐bi贱ca=攻b=晴c,=当=轿=牲90°（1趣）立牌方晶趟系(c)（2静）六贵方晶堪系(成h)六方He乱xa接go必na救la=庙bc,=饭=特90°,=损12姻0°（3潮）四方取晶系(t紫)四方Te受tr倚ag骂on千ala=酷bc,=池=笑=左90°（4暮）三捐方晶布系(响h)三方Rh锅om处bo鞠he锋dr族ala=亭b=c,=贷=拐泽90°a=程bc,=评=失90°=杂12里0°（5徒）正烧交晶吩系(村o)正交Rh庄om随bi形cabc,=撕=卷=励90°（6熄）单施斜晶先系(槽m)俩：单斜Mo棵no铅cl懂in裹icabc=速=唉90°,住显90°（7命）三女斜晶盘系(勇a)型：没衫有特百征对浩称元扑素三斜Tr攀ic词li讽ni城cabc=善=广后90°2待空间贩点阵双型式根据习晶体侍结构嗓的对悠称性沉，将航点阵强空响间的宅分布姿按正态当单馋位形扇状的沾规定赤和带颠心型勒式进匀行分粗类，识得到球14都种型蝴式：⑻简单缝六方(hP)⑼R心六勒方(hR)⑽简单念四方(tP)⑾体心漠四方(tI)⑿简单生立方(cP)⒀体心屈立方(cI)⒁面心剪立方(cF)⑴简盐单三住斜(ap)⑵简单退单斜(mP)⑶C心单五斜(mC书,m利A,滋mI)⑷简单碎正交(oP)⑸C心正扣交(oC丑,o绍A,漠oB)⑹体心颂正交(oI)⑺面心化正交(oF)体心桥晶胞死举例Naa=叫42裁9.存06淡p粥m体心愚晶胞Z=闻2体心阴晶胞蜜与简致单晶责胞辨苦异体心迷晶胞体心立晶胞扰中的号任何仅一个挎原子糖均可连发生剩体心葛平移但（在尿它的浊原子奥坐标x,宇y细,坡z上稿分蛾别芳加敏½,衫½疲，位½,拜所得承原子盏坐标拌为x+1芦/2运,y+1融/2惧和z+1然/2柏的辱原子奶跟它趴没有飘任何限区别曲（化酱学上串相同搅，是触同一端种原旨子，播几何坝上也菊相同床，具员有相幸同的帝化学幻玉环境雨，配普位数桐相同骆，配伯位多在面体全在空授间中吸的取蜡向也晓相同倡）。面心亚晶胞面心均晶胞翻中任赵何一巡寿个原菜子的傲原子抢坐标x，洁y，拢z上分纽奉别加1/够2，托1/歌2，裤0；1/贯2，茶0，懒1/嘉20，窗1/泥2，净1/楼2得到蹈总共侮4个刊原子碌是完勤全相库同的壮（化席学上堵相同熟，几挤何上烧相同狠）面心纹晶胞盼含4扩个结缴构基有元。干冰缩慧是不娇是面太心晶扶胞？晶胞院的划逢分对称轮性挂晶系报正当杀晶胞正当番晶胞素晶仁胞：刑含1迫个结拳构基恰元复晶梅胞：磨含2院个以捆上结今构基勿元“晶塘体的乳最小搂重复裳单位扁是晶青胞”惕？怜？？晶胞行的取催用，汇首先谷必须钟反映洒晶体盲的微须观对志称性愤，然柴后人董们才递选取泉尽可廊能小害的体齿积。绒这两啊个条惕件是棚分先电后满使足的权，于商是，鼻如果互选用睡素晶毛胞不底能充搜分反咏映晶擦体的吊微观所对称降性，烘就不吃得不始选用漂复晶誉胞。Au陶、A借l、雾Ag挎都是所立方肤最密戴堆积裤，可谜划出截立方忽面心累晶胞娃。立相方面坡心晶底胞是密复晶农胞，尺其特策征对户称要愧素是俗４个姜三重尿对称弯轴﹙塑43靠﹚。街从立诉方面隔心晶叔胞可猾划出卷一个枕更简根单的你三方花晶胞皆，其昼特征汽对称倾要素径是1丝式个三部重对适称轴柏3。点阵蜓与晶移体的烫相互比关系二、雄晶体恰结构啊的表透达及龟应用一般荡晶体幻玉结构悄需给饲出：晶系空间焰群（沾不作州要求页）晶胞取参数央；晶胞竹中所独包含距的原绕子或译分子抬数Z妥（结俱构基族元）挪；特征上原子须的坐漠标密度赛计算晶体哲结构挣的基桨本重汽复单封位是旬晶胞除，只笋要将毫一个蜜晶胞博的结唯构剖个析透性彻，心整个钟晶体抽结构距也就棉掌握劳了。利用悠晶胞侵参数铺可计驱算晶喘胞体役积(校V)己，根俊据相泰对分锡子质犯量(爱M)堡、晶退胞中槽分子箭数(眼Z)打和A杜vo遣ga堆dr菊o常踏数N婆，可辛计算颤晶体在的密盗度：例5狸、2仙00销8年墨省级典赛区艇试题19迫63串年在财格陵锯兰I煌ka拾峡湾器发现淘一种皱水合屡碳酸帽钙矿此物i消ka亦it隆e。寄它形耕成于摧冷的狼海水灶中，辈温度赛达到夏8o偿C即头分解梢为方覆解石线和水阀。1番99蹄4年选的文曾献指舰出：秀该矿窜物晶姻体中北的C柿a2+离子悄被氧御原子汗包围夫，其初中2利个氧管原子昨来自朝同一迟个碳玩酸根摸离子毁，其岭余6揉个氧家原子繁来自脂6个反水分但子。杰它的衣单斜哭晶胞吼的参辩数为睛：a=落88腿7阵pm榨,b=编82踩3席pm律,c=松11冰02产p技m,β=死11亩0.虏2°伞，密踏度d=久1.裂83呈g小c肿m3，Z=妻4。例6残、1姨99躺8年锐省级君赛区匪试题钨酸肚钠N队a2WO4和金鼻属钨买在隔佩绝空幅气的谈条件搭下加污热得粘到一稠种具桥有金阳属光便泽的触、深发色的锡、有灯导电西性的瓶固体应，化慨学式渠NaxWO3，用邻X射梅线衍聋射法最测得宽这种组固体转的立谁方晶壮胞的张边长a=援3.堡80×1扣0–1排0m，桥用比响重瓶柿法测泥得它霸的密鞠度为d=榜7.拘36排g/拳cm3。已展知相怀对原出子质拌量：谢W卡18剪3.转85抵，N禁a炕22萄.9道9，施O劈燕16劈燕.0耗0，死阿伏脖加德果罗常追数L=鸡6.赚02少2×1储023mo制l–1。求托这种段固体屈的组苦成中跑的x值(兴2位昨有效被数字里),革给誓出计坏算过疼程。例7惕、把等蛮物质决的量置的N签H4Cl崖和H纪gC震l2在密糕封管身中一深起加辜热时拳，生王成N孕H4Hg另Cl3晶体助。用毯X射趴线衍菌射法仪测得档该晶部体的活晶胞吃为长唇方体合：a遮＝b比＝4秩19狭pm糊；c条＝7化94宅pm前；用篇比重珠瓶法梯测得弊它的镇密度隙ρ为弦3.命87劝g/握cm扛3。渣已知初NH4＋（视代为球宣形离剪子）犹占据扔晶胞论的顶民角，睡并尽谅可能敬远离减Hg2＋；每慈个N脆H4＋被8决个C尖l－围绕扁，距阔离为销33蜂5p蛮m（骆与N泰H4Cl欠晶体泄中离航子间亲距离犬一样哀）；催Cl－与C醒l－尽可竭能远父离。础试根班据以可上条纽奉件回饱答下建列问灶题：1．窜计算羡晶胞殿中合篮几个饮NH4Hg亡Cl3结构疮单元洗。2．谦绘出赢晶胞松的结潜构图卡。（舞以N组H4＋：●者、C爆l－：○堪、H踪蝶g2＋：●彩表示匀）3．禾晶体警中C区l的忙空间牛环境苹是否砖相同剃？说涝明理农由。4．键计算恋晶体罢中C榨l－与C饼l－之间立的最咳短距避离是染多少趋？5．敞晶体骡中H笑g2＋的配限位数晃为多脆少？鸡绘出忌它的季配位西多面鹿体构祖型。1．3.娇87微g/款cm3＝Z悠×3尖25硬.0冻g/昨mo邀l÷愈[6部.0麦22蒸×1红023×(少4.皮19门×1扩0－8)2×(挥7.风94有×1抬0－8)c僚m3/m亭ol商]，解之陪得Z蹈＝1粱.0耀0个睁。3．酱Cl吼－的睡空间爸环境絮不同陈，可定分为惹两类寺：体购内的气两个初Cl等－①割为一秆类；头棱边视中点膛的4英个C纪l－滤②为递另一惹类。秒前者咬距N龟H4骑＋较地近（球33役5p驼m）研，距俘Hg底2＋蜜也较御近（蜓24贼1p计m）萍；后快者距蝇离N柔H4航＋瞧39黎7p各m，志距H病g2众＋驳29种6c惊m。4．士Cl链－①速与邻慈近晶覆胞的碎Cl劫－的愉距离妇最短如为3错.1讨3p春m，钟Cl榜－①肉与C鱼l－柿②的乐距离昆为3码82抓pm夜；C畜l－柿②与忠Cl柴－②架的距章离为诵41尤9p扁m。5．院Hg怜2＋姓的配仔位数俊为6悔，为功压扁扰的八懂面体柿（如公晶胞棚图所舟示）绵。第三营部分叠、晶汪体结侧构的屈密堆忌积原扰理16凡19茶年，盾开普验勒模丘型（肠开普铃勒从以雪花济的六梢边形同结构展出发龄提出个：固覆体是瓶由球额密堆书积成谎的）开普申勒对墓固体勺结构正的推遮测驱冰的欣结构（一虎）密揭堆积气的定物义密堆铃积：由无跳方向伍性和担饱和躺性的劣金属腰键、悟离子社键和粮范德演华力探等结板合的驴晶体素中，模原子希、离横子或滋分子筐等微首观粒掩子总变是趋标向于羊相互田配位虾数高补，能清充分残利用速空间傲的堆际积密押度最夫大的谈那些捡结构巴。弱密堆吵积方欧式因泥充分越利用垫了空娱间，摆而使膜体系岁的势记能尽萝可能仁降低俭，而铜结构都稳定亦。（二炎）常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眉，由纺于形爽成氢庸键而诉增大抖咖啡追因的恰溶解畅度。省请在赌附图浅上添重加水孕杨酸艘钠与路咖啡揭因形胳成的顶氢键例1着2、酿20斧03械年省眠级赛晕区分子鸟内氢题键非常很规氢巴键在常贪规氢鞠键X悬—H表…Y政中，腿Y是寒一个房诚电负凉性大德、原盈子半千径小谅、有信孤对把电子耀的原摘子，话但也旷可以踩是π鸣键或偏离域超π键蚕体系继，那什就是脂一种础非常派规氢痰键。改由苯吹基等号芳香撞环的做离域粥π键自形成包的X肆—H仍.π能氢键彻，又禁称为令芳香旨氢键娃。多古肽链乖中的腹N—职H和完苯基励形成直的N烘—H臭.π宴氢键抓在多此肽结席构以券及生佛物体呜系中锣是十液分重请要的驱，它舞对稳售定多棒肽链质的构港象起筒着重班要作欢用。2-幕乙炔提基-分2-扩羟基怠金刚野烷（狠Ⅰ）筑晶体3.瓜原子兼晶体定义滑：以由共价娇键形藏成的阵晶体掌。共价残键由队方向浊性和拼饱和快性，蜂因此华，原阅子晶达体一狮般硬槽度大穴，熔大点高供，不亲具延睡展性氧。代表漏：金怠刚石访、S墨i、帐Ge贤、S港n等渗的单边质，－娘C3N4、Si承C、就Si弊O2等。4.但金属提晶体金属恒键是刻一种小很强帖的化铁学键宋，其器本质裙是金辞属中载自由婆电子辟在整群个金蹈属晶盈体中等自由剥运动硬，从闷而形煮成了休一种干强烈仗的吸纵引作苍用。绝大左多数作金属栋单质情都采永用A喜1、统A2业和A唐3型猫堆积齿方式恳；而浓极少续数如犬：S紧n、裕Ge拿、M傻n等树采用遍A4着型或喊其它率特殊开结构客型式剖。金属刊晶体AB旨AB济AB…,掩配痒位数锈：12.赠例：Mgan行dZnAB容CA件BC…,配为贸数：12沟，瓣例:Al右,弱Cu友,芽Ag摘,年Au立方卧密堆条积，凯面心金飘(g那ol罚d,鸭A钳u)体心馆立方闹e读.g邀.,持F肿e,奴N起a,隆K探,码U简单盘立方田（钋伞，P悲o）总结商竞赛贵命题饼热点总结加竞赛搜命题俱热点总结筋竞赛偏命题肝热点总结蝇竞赛昂命题历热点晶体蛛结构皂题目歇分类予解析长期套以来互人们服一直迷认为茅金刚福石是会最硬洪的物并质，涨但这蔬种神霜话现蓄在正鹊在被盯打破嚼。1杀99造0年希美国可伯克误利大鸦学的宾A.桑Y敲.款Li龄u和宴M.陕L歉.列Co杠he衰n在倚国际扶著名极期刊钩上发洽表论监文，违在理探论上序预言彼了一方种自友然界酿并不摇存在叨的物戏质－C3N4，理矮论计戏算表乎明，震这种归C3N4物质公比金肆刚石识的硬良度还添大，础不仅迹如此叫，这排种物偷质还死可用岩作蓝韵紫激联光材牙料，桌并有汁可能伶是一壳种性使能优差异的反非线女性光苗学材氧料。例1棉3这篇骆论文释发表失以后吓，在蛋世界耕科学徐领域夫引起写了很虑大的箩轰动堂，并招引发迈了材面料界或争相鸡合成－C蒜3N脾4的促热潮防，虽霸然大杂块的－C煌3N甩4晶白体至洒今尚姨未合翻成出耐来，岸但含愤有－C富3N崇4晶序粒的钻薄膜幸材料昼已经锻制备炉成功必并验临证了值理论左预测希的正缝确性信，这渡比材弃料本做身更创具重零大意预义。饶其晶唯体结坑构见砌图1浮和图嘱2。图1－C3N4在a饺-b昏平面上的故晶体彩结构图2－C3N4的晶拢胞结辛构（1炒）请艳分析－C3N4晶体骡中，蜓C原响子和逐N原崖子的西杂化滴类型揉以及徐它们衣在晶禽体中防的成圈键情拴况；（2提）请搁在图味1中曾画出－C3N4的一承个结昂构基桶元，搏并指或出该丘结构洒基元包包括个碳短原子蝴和个氮涛原子恋；（3烂）实再验测鼻试表拉明，－C3N4晶体初属于振六方序晶系陵，晶责胞结汇构见编图2冠（图禁示原京子都阵包含临在晶剩胞内腔），痛晶胞帝参数迁a=油0.火64康nm石,纺c=聪0.封24盼nm得,且请计窜算其耻晶体穗密度亿，（4强）试党简要申分析－C3N4比金版刚石蜻硬度至大的牢原因茄（已周知金携刚石跃的密禽度为-3）。答忙案1．解：（1休）－C3N4晶体符中，米C原袜子采卵取s年p3杂化北，N福原子肿采取愉sp2杂化悠；1溉个C铺原子存与4寸个处轰于四咏面体桥顶点笑的N倍原子善形成爱共价恋键，彩1个鼓N原景子与誓3个剩C原遇子在猴一个赌近似免的平编面上抗以共灭价键敌连接济。（2郑）一个顷结构酿基元万包括顿6个购C和屡8个观N原歼子。（3驾）从昂图2悉可以倾看出代，一屑个－C3N4晶胞猾包括滋6个征C原伟子和妇8个稠N原剥子，抱其晶浪体密唤度为敞：计算瞎结果拔表明爸，－C3N4的密砌度比输金刚虚石还尘要大积，说慕明－C3N4的原秘子堆熔积比有金刚辣石还奴要紧例密，尸这是闪它比臣金刚道石硬宫度大仇的原碑因之起一。（4）－C3N4比金换刚石最硬度除大，最主要目是因信为：寨（1格）在－C3N4晶体将中，靠C原叶子采军取s幅p3杂化另，N梳原子圣采取枪sp2杂化碑，C既原子舒和N河原子骂间形末成很撑强的掀共价趴键；资（2亿）C痰原子丧和N乖原子习间通誓过共刃价键焦形成谦网状清结构测；（危3）皂密度锄计算圣结果娇显示戚，－C3N4晶体扶中原光子采冠取最蜜紧密手的堆随积方付式，臣说明服原子宋间的探共价控键长旱很短野而有轧很强泻的键畅合力鞋。例1被4题目旧：今密年3岂月发爸现硼替化镁最在3拼9K个呈超耍导性磨，辱可腔能是椅人类休对超格导认气识的前新里妻程碑戏。在查硼化抗镁晶侦体的栋理想贤模型归中，灭镁原馅子和颗硼原沾子是独分层造排布档的，崇像维课夫饼甲干，喂一层牲镁一赶层硼说地相纹间，护图5纸—l裕是该煤晶体毛微观宁空间祥中取大出的痒部分惑原于驰沿C划轴方水向的帜投影冷，白常球是即镁原喇子投附影，菌黑球击是硼阁原子恩投影霉，图秆中的山硼原皮子和矛镁