第一节：晶体的常识

第一节晶体的常识第三章晶体结构与性质

1.定义：

晶体——具有规则几何外形的固体

非晶体——没有规则几何外形的固体一、晶体与非晶体雪花

水晶石祖母绿猫眼石紫水晶黄水晶

黄水晶

金属晶体

晶体离子晶体

原子晶体

分子晶体

2.分类

根据组成晶体的微粒的种类及微粒之间的作用不同而分成四种类型。3、晶体与非晶体的本质差异说明：晶体自范性的本质：是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。晶体自范性的条件之一：生长速率适当。自范性微观结构晶体有（能自发呈现多面体外形）原子在三维空间里呈周期性有序排列非晶体没有（不能自发呈现多面体外形）原子排列相对无序4.晶体的特性

（2）均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。（1）自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现规则的多面体外形。

（3）各向异性：同一晶体中，晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。

（4）对称性：晶体的外形和内部结构都具有特殊的对称性。

（5）稳定性：晶体有最小内能，结构稳定5、晶体形成的途径①熔融态物质凝固.②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华).③溶质从溶液中析出.6.鉴别晶体和非晶体

（1）性质差异——如外形、硬度、熔点、折光率注意：晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点（2）对固体进行X-射线衍射实验（是区分晶体和非晶体最科学的方法）。非晶态二氧化硅和晶态二氧化硅X-衍射粉末图谱的对比

1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的是

A、晶体一定比非晶体的熔点高

B、晶体有自范性但排列无序

C、非晶体无自范性而且排列无序

D、固体SiO2一定是晶体2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法是

A、熔沸点B、硬度

C、颜色D、x-射线衍射实验CD[课堂练习]六.晶胞7、晶胞：

从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。晶胞与晶体砖块与墙蜂室与蜂巢金刚石的多面体外形、晶体结构和晶胞示意图NaCl晶体结构和晶胞思考与交流:上述铜晶体、金刚石、NaCl晶体的晶胞空间构形是怎样的？

平行六面体无隙并置结论：晶胞一般是平行六面体，整块晶体可看作数量巨大的晶胞“无隙并置”而成（晶胞间无间隙，平行排列）二、晶体结构的堆积模型

组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素（如共价键的方向性）影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理。这是因为分别借助于没有方向性的金属键、离子键和分子间相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变的比较稳定。堆积原理：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。1、等径圆球的密堆积由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球的密堆积方式有：A1型最密堆积、A2型密堆积、A3型最密堆积。

二维平面堆积方式I型II型行列对齐四球一空非最紧密排列行列相错三球一空最紧密排列密置层非密置层在一列上的密堆积排列：在一个平面上的密堆积排列：配位数为4配位数为6一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目称为配位数

三维空间堆积方式Ⅰ.简单立方堆积1、简单立方堆积钋PO型形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％，金属钋（Po）采取这种堆积方式。我们常用空间利用率来表示紧密堆积的程度空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。用它来表示紧密堆积的程度球体积空间利用率=100%晶胞体积这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中,得到的是体心立方堆积。Na、K、Cr、W等属于体心立方堆积。Ⅱ.体心立方堆积体心立方堆积A2钾型配位数：8空间占有率：68.02%123456

第二层：对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5位。(或对准2，4，6位，其情形是一样的)123456AB，

关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。思考：密置层的堆积方式有哪些？

上图是此种六方堆积的前视图ABABA

第一种：将第三层球对准第一层的球123456

于是每两层形成一个周期，即ABAB堆积方式，形成六方堆积。

配位数12(同层6，上下层各3

)Ⅲ.六方堆积镁、锌、钛等属于六方堆积

六方密堆积六方最密堆积A3：金属晶体的原子空间堆积模型3六方堆积方式的金属晶体：Mg、Zn、Ti

第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层的2，4，6位，不同于AB两层的位置，这是C层。123456123456123456123456此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC

第四层再排A，于是形成ABCABC三层一个周期。这种堆积方式可划分出面心立方晶胞。

配位数12

(同层6，上下层各3

)Ⅳ.面心立方堆积金、银、铜、铝等属于面心立方堆积

面心立方A1（铜型）金属晶体的原子空间堆积模型BCA

ABCABC形式的堆积，为什么是面心立方堆积？我们来加以说明。面心立方最密堆积分解图镁型，六方堆积铜型，面心立方堆积简单立方钾型（体心立方堆积）镁型（六方密堆积）铜型（面心立方密堆积）①简单立方堆积配位数=6空间利用率=52.36%②体心立方堆积A2——体心立方晶胞配位数=8空间利用率=68.02%③六方堆积A3——六方晶胞配位数=12空间利用率=74.05%④面心立方堆积A1——面心立方晶胞配位数=12空间利用率=74.05%堆积方式及性质小结离子晶体的密堆积结构---非等径圆球的密堆积

由于阴阳离子的半径不相同，故离子晶体可以视为不等径圆球的密堆积，即：将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等径圆球的密堆积，小球再填充在大球所形成的空隙中。如NaCl配位数为6，即每个Na+离子周围直接连有6个CI-，反之亦然。2、非等径圆球的密堆积由于范德华力没有方向性和饱和性，因此分子间尽可能采取紧密排列方式，但分子的排列方式与分子的形状有关。如：作为直线型分子的二氧化碳在空间是以A1型密堆积方式形成晶体的。5、原子晶体堆积方式－不服从紧密堆积方式3、分子晶体的堆积方式－紧密堆积方式

原因：共价键具有饱和性和方向性，因此就决定了一个原子周围的其他原子的数目不仅是有限的，而且堆积方向是一定的，所以不是密堆积。确定晶体组成的方法——均摊法均摊法：指每个图形平均拥有的粒子数目。三:晶胞中原子个数的计算1、方法：顶点：棱边：面心：体心：立方晶胞体心：1面心：1/2棱边：1/4顶点：1/8小结:晶胞对质点的占有率AB练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）化学式：AB练习2：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）AB化学式：A2BAB化学式：练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）ABB化学式：A练习4：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）CABC32.晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。

微粒数为：12×1/6+2×1/2+3=6

在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。

微粒数为：8×1/8+6×1/2=4

在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。

微粒数为：8×1/8+1=2长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶点----1/8棱----1/4面心----1/2体心----1(1)体心立方：(2)面心立方：(3)六方晶胞：例1：简单立方晶胞空间利用率计算a=2rV晶胞=a3V球=4πr3/3空间利用率=4πr3/3a3×100%≈52%边长为a空间利用率计算例2：计算体心立方晶胞中金属原子的空间利用率

解：体心立方晶胞：中心有1个原子，8个顶点各1个原子，每个原子被8个晶胞共享。每个晶胞含有几个原子:1+8×1/8=2

设原子半径为r、晶胞边长为a，根据勾股定理，得：2a2+a2=(4r)2空间利用率

=晶胞含有原子的体积/晶胞体积

100%

=晶胞结构如图所示，则顶点上原子被______个晶胞共有,侧棱上的原子被_______个晶胞所共有，顶面棱上的原子被_______个晶胞所共有思考:如果晶胞结构为六棱柱,结果如何?12641.右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是

.如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则晶胞中的原子数是

.练习钠晶体的晶胞8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+3=62.最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示．顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式为()A．B．MNC．D．条件不够，无法写出化学式C练