材料化学晶体结构省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

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Chapter2Structureandpropertyofmaterials第二章晶体结构主讲人：吴称意1/502

2.2Crystal&non-crystal非晶体1.晶体与非晶体结构和特点晶体原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列组成固体原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成固体2/503

2.5Noncrystalmaterials石英玻璃石英晶体3/504

2.3.3Structure&physicalperformanceofcrystalmaterials

晶体特征1）均匀性2）各向异性3）自发地形成多面体外形4）晶体含有显著确定熔点周期性5）晶体对称性

6）晶体对X射线衍射

4/50各向异性:晶体导热、导电、光透射、折射、偏振、压电性、硬度等性质常因晶体取向不一样而异.

石墨在与层平行方向上含有导电性，而在与层垂直方向上就不含有导电性。

若在水晶柱面上涂一层蜡，用红热针接触蜡面中央，蜡熔化呈椭圆形而不呈圆形，这是因为水晶柱面长轴方向与短轴方向传热速度不一样。

从不一样方向观察红宝石或蓝宝石，会发觉宝石颜色不一样，这是因为方向不一样，晶体对光吸收性质不一样。5/506

Crystalsymmetry石英晶体形状与对称元素6/50平移对称性示意图7/50非晶体宏观特征:1）只有玻璃转化温度，无熔点。2）没有规则多面体几何外型，能够制成玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。3）物理性质各向同性。4）均匀性起源于原子无序分布统计性规律，无晶界.8/50

准晶体是1984年科学家发觉一个新物质聚集形态。一个介于晶体和非晶体之间固体。准晶体含有完全有序结构，然而又不含有晶体所应有平移对称性，因而能够含有晶体所不允许宏观对称性。比如五次对称轴等。

准晶体发觉

首先极大地深化了我们对晶体学、衍射物理和凝聚态物理地认识。另首先，准晶体各种独特征质使准晶体含有潜在应用价值。9/502、晶胞(unitcell)

晶体中最小结构重复单元，形状为平行六面体，其三边长度a,b,c不一定相等，也不一定垂直。整个晶体是由晶胞并置堆砌而成。

划分晶胞要遵照2个标准：1)是尽可能反应晶体内结构对称性；2)是尽可能小。

10/5011/50晶体结构中含有代表性最小重复单位，称为晶胞。12/5013/5014

Unitcella、b、c:确定晶胞大小

、

、

:确定晶胞形状晶胞参数晶胞UnitCell

晶胞中各原子(分子离子)坐标14/503、晶胞分类—晶系

晶系

晶轴轴间夹角实例

立方a=b=cα=β=γ=900Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=900Sn,SiO2正交a=≠b≠cα=β=γ=900I2,BaCO3三方a=b=cα=β=γ≠900As,Al2O3a=b≠cα=β=900，γ=1200单斜a≠b≠cα=γ=900，β≠900KClO3三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠900K2CrO7

六方a=b≠cα=β=900，γ=1200Mg,CuS15/5016/50晶胞中质点个数计算：晶体密度计算：17/503、已知一个金属铜晶胞切割，该晶胞边长为3.6210-10m，每一个铜原子质量为1.05510-25kg

，试回答以下问题：（1）一个晶胞中“实际”拥有铜原子数是多少？（2）该晶胞体积是多大？（3）利用以上结果计算金属铜密度。18/50晶体空间利用率计算：19/504、晶体缺点：

晶体缺点影响晶体性质，可使晶体一些优良性能降低，不过从缺点能够改变晶体性质角度看，在晶体中造成种种缺点，就能够使晶体性质有着各种各样改变，晶体许多主要性能由缺点产生。改变晶体缺点形式和数量，就可制得所需性能晶体。20/5021

钙钛矿型非整比化合物YBa2Cu3O7-x（x>0.1)，它是因为氧原子不足而产生空位缺点，正是这种缺点，使固体含有超导性能。

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ExampleYBa2Cu3O7-x缺点型钙钛矿结构22/505、金属晶体结构

等径圆球堆积模型:（1）简单立方堆积形成简单立方晶胞，空间利用率较低52％，金属钋（Po）采取这种堆积方式。23/502）体心立方堆积(bcc

，A2)碱金属、α-Fe、难熔金属（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W）等

24/5025

a：晶胞单位长度R：原子半径单位晶胞原子数n

=2bcc25/503）面心立方堆积(fcc

，A1)Al，Ni，Pb，Pd，Pt，贵金属以及奥氏体不锈钢等

26/5027/5028

fccn=428/504）六方堆积(hcp，A3)α-Ti，α-Co，α-Zr，Zn，Mg等

29/50平行六面体底是个平行四边形，各边为a=2R,平行四边形面积平行六面体高30/5031

hcpn=631/505)金刚石型堆积(A4)32/506、离子晶体

（1）CsCl型:

(CsCl,CsBr,CsI,NH4Cl)

33/50（2）NaCl型:34/50（3）立方ZnS35/504）CaF2型36/50

一个离子周围异电性离子个数受离子半径比等原因制约，离子半径越大，周围可容纳异电性离子就越多。在理论上，只有当正负离子半径比处于一定范围内，才能在离子晶体中展现某种稳定配位多面体。37/50正负离子半径比和离子配位多面体38/50

离子晶体中稳定配位多面体理论半径比配位多面体配位数半径比(r+/r–)范围平面三角形30.155-0.225四面体40.225-0.414八面体60.414-0.732立方体80.732-1.000立方八面体121.00039/5040/505）晶格能

晶格能(U)是指将1摩离子晶体里正负离子（克服晶体中静电引力）完全气化而远离所需要吸收能量（数符为+）。比如：NaCl(s)→Na+(g)+Cl–(g)U=786kJ·mol–1

晶格能越大，表明离子晶体中离子键越稳定。普通而言，晶格能越高，离子晶体熔点越高、硬度越大。晶格能大小还影响着离子晶体在水中溶解度、溶解热等性质。

LiFLiClLiBrLiI(g/100mLH2O)0.276414516541/50注：无机盐溶解是水合离子生成过程：MX(s)M+(g)+X-(g)M+(aq)+X-(aq)

离子晶体在水中溶解度与溶解热不但与晶体中离子克服晶格能进入水中吸收能量相关，还与进入水中离子发生水化放出能量（水化热）相关。42/5043/50一些离子晶体晶格能以及晶体中离子电荷、核间距、晶体熔点、硬度AB型离子晶体最短核间距ro/pm晶格能U/kJ·mol–1熔点m.p./oC摩氏硬度NaF2319239933.2NaCl2827868012.5NaBr298747747<2.5NaI323704661<

2.5MgO210379128526.5CaO240340126144.5SrO257322324303.5BaO256305419183.3

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7、原子晶体

同种非金属元素或异种非金属元素原子以共价键结合而成无限分子晶体.1)金刚石型45/502）SiO2石英晶体46/508、分子晶体1）单原子分子形成晶体（惰性元素晶体）-----纯范德华力2）原子先以共价键结合成份子,分子间再以范德华力或氢键等结合形成晶体.47/509、混合键型晶体内部结构包含有两种以上键型晶体（Ca(OH)2,Mg(OH)2CaI2,MgI2,MgBr2,CdI2,).48/501999年美国《科学》杂志报道：在40GPa高压下，用激光器加热到1800K，人们成功制得了原子晶体干冰，以下推断正确是A

原子晶体干冰有很高熔点、沸点，有很大硬度B原子晶体干冰易气化，可用作制冷材料C原子晶体干冰硬度大，可用作耐磨材料D每摩尔原子晶体干冰中含2molC—O键课后作业49/50某离子晶体晶胞结构如图所表示，●x位于立方体顶点，○y位于立方体中心，试分析：（1）晶体中每个y同时吸引着多少个x？（4个）每