晶胞相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)課件

1、 無形無形 晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)(三維點陣三維點陣) 晶胞的大小和形 狀可用晶胞的三 條棱邊長度(軸 長)a, b, c 及三棱 邊夾角(軸角)， ，來描述 金剛石晶體金剛石晶體 石墨烯晶體石墨烯晶體 銅晶體銅晶體 平行六平行六 面體面體 無隙無隙 并置并置 無隙并置無隙并置 3 3、三種典型立方晶體結(jié)構(gòu)、三種典型立方晶體結(jié)構(gòu) 體心：體心：1面心：面心：1/2頂點：頂點：1/8棱邊：棱邊：1/4 4.4.晶胞中原子個數(shù)的計算晶胞中原子個數(shù)的計算 分攤法分攤法：晶胞任意位置上的一個原子如果：晶胞任意位置上的一個原子如果 是被是被n n個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這個晶胞所共有，那么，每個晶胞對這

2、個原子分得的份額就是個原子分得的份額就是1/n1/n 一個立方體 頂點的原子 被八個晶胞 共用，則平 分給一個晶 胞的只有1/8 一層上為四個 立方體堆積， 上、下共兩層 頂點頂點 頂點頂點： 一個立方體 棱上的原子 被四個晶胞 共用，則平 分給一個晶 胞的只有1/4 （2）：棱上）：棱上 面心：占1/2 體心：完全屬于 (8 + 6 )3 =12 8 1 2 1 典例典例1：下圖是：下圖是CO2分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示 意圖，其中有多少個意圖，其中有多少個CO2分子？多少個原子？分子？多少個原子？ 8 + 6 =4 8 1 2 1 典例典例2：金剛石晶胞中有幾個碳原子？：金剛

3、石晶胞中有幾個碳原子？ 8個 練習(xí)：如圖所示，練習(xí)：如圖所示， 在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中，在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中， （1）每一個最小的碳環(huán)完全）每一個最小的碳環(huán)完全 擁有碳原子數(shù)為擁有碳原子數(shù)為 ， （2）每一層內(nèi)碳原子數(shù)目與）每一層內(nèi)碳原子數(shù)目與CC共價鍵數(shù)目比共價鍵數(shù)目比 值為值為 典例三、石墨及其結(jié)構(gòu)典例三、石墨及其結(jié)構(gòu) 空間層狀結(jié)構(gòu)空間層狀結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu)俯視圖空間結(jié)構(gòu)俯視圖 2 2:3 三棱柱晶胞中：三棱柱晶胞中： 頂點：頂點：1/12； 水平棱水平棱:1/4； 豎棱豎棱:1/6 面心：面心：1/2 ； 體心：完全屬于體心：完全屬于 知識拓展-非立方晶胞中 典例：導(dǎo)學(xué)案典例：導(dǎo)學(xué)案102

4、-513題題 頂點，水平棱是空間頂點，水平棱是空間 上下兩層共同所有上下兩層共同所有 六方棱柱晶胞中：六方棱柱晶胞中： 頂點頂點;1/6； 水平棱水平棱:1/4； 豎棱豎棱:1/3 面心：面心：1/2 ； 體心：完全屬于體心：完全屬于 知識拓展-非立方晶胞中 典例：小題巧練典例：小題巧練10：-18題題 啟發(fā)石墨啟發(fā)石墨 歸納歸納：均攤法均攤法 頂點：有1/8屬于 該立方體 棱邊：有1/4屬于 該立方體 面心：有1/2屬于 該立方體 體心：完全屬于 該立方體 審題一定要注意審題一定要注意 是晶體結(jié)構(gòu)是晶體結(jié)構(gòu) (均攤法均攤法)， 還是分子結(jié)構(gòu)還是分子結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)(其化學(xué)式由其化學(xué)式由

5、 圖中所有實際存在的圖中所有實際存在的 原子個數(shù)決定原子個數(shù)決定) 小技巧： 頂點:(360。/晶胞夾角)2 豎棱:(360。/晶胞夾角) 1、堆積原理、堆積原理 組成晶體的金屬原子在沒有其他因組成晶體的金屬原子在沒有其他因 素影響時，在空間的排列大都遵循素影響時，在空間的排列大都遵循緊緊 密堆積密堆積原理。這是因為金屬鍵沒有方原理。這是因為金屬鍵沒有方 向性，因此都趨向于使金屬原子吸引向性，因此都趨向于使金屬原子吸引 更多的其他原子分布于周圍，并以緊更多的其他原子分布于周圍，并以緊 密堆積方式降低體系的能量，使密堆積方式降低體系的能量，使晶體晶體 變得比較穩(wěn)定變得比較穩(wěn)定。 緊密堆積：緊密堆

6、積：微粒之間的作用力，使微粒微粒之間的作用力，使微粒 間盡可能的相互接近，使它們占有最小間盡可能的相互接近，使它們占有最小 的空間。的空間。 空間利用率：空間利用率：空間被晶格質(zhì)點占據(jù)的百空間被晶格質(zhì)點占據(jù)的百 分數(shù)。用來表示緊密堆積的程度。分數(shù)。用來表示緊密堆積的程度。 配位數(shù)：配位數(shù)：在密堆積中，一個原子或離子在密堆積中，一個原子或離子 周圍距離最近且相等的原子或離子的數(shù)周圍距離最近且相等的原子或離子的數(shù) 目。目。 2、堆積幾個概念、堆積幾個概念 金屬原子在二維空間（平面）上有兩種排列方式金屬原子在二維空間（平面）上有兩種排列方式 （a a）非密置層）非密置層 （b b）密置層）密置層 非

7、密置層在三維空間里堆積非密置層在三維空間里堆積 有幾種方式？不同方式堆積時金屬晶體的有幾種方式？不同方式堆積時金屬晶體的 配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別？配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別？ 配位數(shù)配位數(shù)=4 4 配位數(shù)配位數(shù)=6 6 思考與交流思考與交流 3、金屬原子在、金屬原子在二維平面二維平面的堆積方式的堆積方式 （1 1）簡單立方堆積：）簡單立方堆積： 非密置層堆積非密置層堆積， 空間利用率低（空間利用率低（52%52%） 配位數(shù)是配位數(shù)是 個個. 只有金屬（只有金屬（PoPo）采）采 取這種堆積方式取這種堆積方式 6 每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)： 1 空間利用率空間利

8、用率=晶胞所含原子體積總和晶胞所含原子體積總和*100% 晶體體積晶體體積 空間利用率的計算：空間利用率的計算： a：晶胞單位長度：晶胞單位長度 r=原子半徑原子半徑 簡單立方一個簡單立方一個晶胞晶胞 含有一個原子含有一個原子 2、非密置層的另一種堆積是將上層金屬原 子填入下層的金屬原子形成的凹穴中 非密置層堆積方式非密置層堆積方式體心立方堆積體心立方堆積 （2 2）體心立方堆積）體心立方堆積 鉀型鉀型 許多金屬（如堿金屬、Fe 等）采取這種堆積方式。 每個晶胞含原子數(shù)每個晶胞含原子數(shù) ： ：2 配位數(shù)：配位數(shù)： 8 非密置層堆積，空間利用率不高（68%） （ IA，VB，VIB） 例1：計算

9、體心立方晶胞中金屬原子的空 間利用率。 解：體心立方晶胞：中心有1個原子， 8個頂點各 1個原子，每個原子被8個晶胞共享。每個晶胞含 有幾個原子:1 + 8 1/8 = 2 設(shè)原子半徑為r 、 晶胞邊長為a ，根據(jù) 勾股定理， 2a 2 + a 2 = (4r) 2 a 4 3 r r16a3 22 空間利用率 = 晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積 100% =%68%100 a ) a 4 3 ( 3 4 2 a r 3 4 2 3 3 3 3 一個晶胞兩個球一個晶胞兩個球 1 2 3 45 6 第二層對第一層來講最緊密的堆積方第二層對第一層來講最緊密的堆積方 式是將球?qū)适绞菍⑶驅(qū)?,3

10、,51,3,5位位( (或?qū)驶驅(qū)?,4,62,4,6位位) ) 1 2 3 45 6 AB ， 關(guān)鍵是第三層。對第一、二層來說，第關(guān)鍵是第三層。對第一、二層來說，第 三層可以有兩種最緊密的堆積方式。三層可以有兩種最緊密的堆積方式。 下圖是此種六方下圖是此種六方 緊密堆積的前視圖緊密堆積的前視圖 A B A B A 第一種是將第三層的第一種是將第三層的 球?qū)实谝粚拥那颉Ｇ驅(qū)实谝粚拥那颉?1 2 3 45 6 于是每兩層形成一個周期 ，即 AB AB 堆積方式 ，形成六方緊密堆積 配位數(shù)配位數(shù) ( ( 同層同層 ，上下層各上下層各 ) ) 1212 6 63 3 鎂型 六方密堆積 3、 1

11、200 平行六面體 配位數(shù)：配位數(shù)： 空間占有率：空間占有率： 每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)： 1212（同層6 6個，上下層各3 3個） 74%74% 2 2 鎂型六方密堆積（ （Be Mg B B B Be Mg B B B ） 密致層密致層-第二種 是將第三層的球?qū)?準第一層的 2，4 ，6 位，不同于 AB 兩層的位置， 這是 C 層。 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 1 2 3 45 6 此種立方緊密堆積的前視圖此種立方緊密堆積的前視圖 A B C A A B C 第四層再排 A,于是形 成ABC ABC 三層一 個周期。得到面心立 方堆積。

12、配位數(shù)配位數(shù) 。( (同層同層 , ,上下層各上下層各 ) ) 12126 6 3 3 銅型銅型 4、金屬原子在、金屬原子在三維空間三維空間的堆積方式的堆積方式 非密置層堆積方式簡單立方堆積 （1）簡單立方堆積： 只有金屬（Po） 采取這種堆積方式 每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)：1配位數(shù)是配位數(shù)是 個個.6 配位數(shù)：配位數(shù)： 空間占有率：空間占有率： 每個晶胞含原子數(shù)：每個晶胞含原子數(shù)： 銅型銅型 面心立方面心立方 B C A 1212 （同層6 6個，上下層各3 3個） 74%74% 4 4 （B Pb Pd Pt ） 根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)特點和有關(guān)數(shù)據(jù)， 求算晶體的密度或晶胞參數(shù)a（晶胞邊

13、長） 對于立方晶胞可建立如下求算途徑對于立方晶胞可建立如下求算途徑 晶胞的密度晶胞的密度 求一個晶胞求一個晶胞 的質(zhì)量的質(zhì)量 一個晶胞中粒子數(shù)目一個晶胞中粒子數(shù)目n 摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量 阿伏伽德羅常數(shù)阿伏伽德羅常數(shù) 求一個晶胞求一個晶胞 的體積的體積 晶胞邊長（或離子半徑）晶胞邊長（或離子半徑） 得關(guān)系式： r 晶胞邊長為a，原子半徑為r. 由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r 每個面心立方晶胞 含原子數(shù)目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 % 面心

14、立方空間利用率計算 堆積方堆積方 式式 晶胞類晶胞類 型型 空間空間 利用利用 率率 配位配位 數(shù)數(shù) 實例實例 面心立方面心立方 最密堆積最密堆積 簡單立簡單立 方堆積方堆積 體心立方體心立方 密堆積密堆積 六方最六方最 密堆積密堆積 面心立方 六方 體心立方 簡單立方 74% 74% 68% 52 12 12 8 6 Cu、Ag、Au Mg、Zn、Ti Na、K、Fe Po 削成一個六面體削成一個六面體 晶體的特征對稱性可劃分為晶體的特征對稱性可劃分為立方立方、六方、三方、六方、三方、 四方、正交、單斜、三斜為四方、正交、單斜、三斜為7個晶系，個晶系， 堆積方式分類：堆積方式分類： 非密置層

15、：非密置層： 簡單立方堆積簡單立方堆積 體心立方堆積體心立方堆積 密置層：密置層： 六方堆積六方堆積 面心立方堆積面心立方堆積 Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl-Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Cl- Cl - Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ Na+ Cl- Cl - Na+ Na+ Na+ Cl- Cl- Na+ 可見：可見：在在NaClNaCl晶體晶

16、體 中，鈉離子、氯離中，鈉離子、氯離 子按一定的規(guī)律在子按一定的規(guī)律在 空間排列成立方體?？臻g排列成立方體。 5、晶胞類型：晶胞類型： （1）鈉離子和氯離子的位置：）鈉離子和氯離子的位置： 鈉離子和氯離子位于立方體的頂角上，并交錯排列。鈉離子和氯離子位于立方體的頂角上，并交錯排列。 鈉離子：體心和棱中點；氯離子：面心和頂點，或者鈉離子：體心和棱中點；氯離子：面心和頂點，或者 反之。反之。 （一）氯化鈉型晶胞（一）氯化鈉型晶胞 （3）與Na+等距離且最近的Na+ 、Cl- 各有幾個？ 計算方法：均攤法計算方法：均攤法 頂點占頂點占1/8；棱占；棱占1/4；面心占；面心占1/2；體心占；體心占1

17、（2）每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數(shù)）每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數(shù) 與Na+等距離且最近的Na+ 有：12個 與Na+等距離且最近的Cl- 有：6個 -Cl- Na+ NaClNaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型的晶體結(jié)構(gòu)模型 NaClNaCl晶體中陰、陽離子配位數(shù)晶體中陰、陽離子配位數(shù) （二）氯化銫型晶胞（二）氯化銫型晶胞 -Cs+-Cl- CsClCsCl的晶體結(jié)構(gòu)及晶胞構(gòu)示意的晶體結(jié)構(gòu)及晶胞構(gòu)示意 圖圖 CsCl晶胞晶胞 （1）銫離子和氯離子的位置：）銫離子和氯離子的位置： 銫離子：體心銫離子：體心 氯離子：頂點；或者反之。氯離子：頂點；或者反之。 （2）每個晶胞含銫離子、氯）每個晶胞含銫離子、氯

18、離子的個數(shù)離子的個數(shù) 銫離子：銫離子：1個個 ；氯離子：；氯離子：1個個 （3）與銫離子等距離且最近）與銫離子等距離且最近 的銫離子、氯離子各有幾個？的銫離子、氯離子各有幾個？ 銫離子：銫離子：6個個 ；氯離子：；氯離子：8個個 Ca2+的配位數(shù)：的配位數(shù)：8 F- -的配位數(shù)：的配位數(shù)：4 一個CaFCaF2 2晶胞中含：晶胞中含： 4 4個個CaCa2+ 2+和 和8 8個個F F- - （三）（三）CaFCaF2 2 型晶胞 型晶胞 ( (四四) ZnS) ZnS型晶胞型晶胞 陽離子的配位數(shù)：陽離子的配位數(shù)：4 陰離子的配位數(shù)：陰離子的配位數(shù)：4 一個ZnS晶胞中含：晶胞中含： 4 4個

19、陽離子和個陽離子和4 4個陰離子個陰離子 3、典型的原子晶體、典型的原子晶體 （1）金剛石）金剛石 在金剛石晶體中每個碳原子被周圍在金剛石晶體中每個碳原子被周圍4 4個碳原子包圍個碳原子包圍, , 處于中心的該碳原子以共價鍵與周圍處于中心的該碳原子以共價鍵與周圍4 4個碳原子結(jié)合個碳原子結(jié)合, ,成為成為 正四面體型結(jié)構(gòu)正四面體型結(jié)構(gòu), ,碳以碳以SPSP3 3雜化軌道形成共價鍵。這些結(jié)構(gòu)向雜化軌道形成共價鍵。這些結(jié)構(gòu)向 空間發(fā)展空間發(fā)展, ,構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), ,其中形成的最小其中形成的最小 環(huán)中含環(huán)中含6 6個碳原子。每個碳原子被個碳原子。每個碳原子被1

20、212個六元環(huán)共用。個六元環(huán)共用。 1mol1mol金剛石中含有的金剛石中含有的C-CC-C共價鍵數(shù)共價鍵數(shù) 2mol2mol。 10928 154pm 鍵能：鍵能： 347.7kj/mol 熔點：熔點： 大于大于35500C 硬度：很大硬度：很大 練習(xí)：如圖所示，在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中，每一練習(xí)：如圖所示，在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中，每一 個最小的碳環(huán)完全擁有碳原子數(shù)為個最小的碳環(huán)完全擁有碳原子數(shù)為 ，每個，每個C 完全擁有完全擁有CC數(shù)為數(shù)為 其密度為其密度為 。 石墨中CC夾角為： 1200， CC鍵長： 1.421010 m 層間距：層間距： 3.353.35 10 10 1010 m m

21、 5、石墨及其結(jié)構(gòu)、石墨及其結(jié)構(gòu) 空間層狀結(jié)構(gòu)空間層狀結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu)俯視圖空間結(jié)構(gòu)俯視圖 小結(jié)小結(jié)1：金剛石、石墨的比較：金剛石、石墨的比較 項目項目金剛石金剛石石墨石墨 晶體形狀晶體形狀 晶體中的鍵或作用力晶體中的鍵或作用力 由最少碳原子形成環(huán)的由最少碳原子形成環(huán)的 形狀與個數(shù)形狀與個數(shù) 碳原子成鍵數(shù)碳原子成鍵數(shù) 每個環(huán)上鍵的平均數(shù)每個環(huán)上鍵的平均數(shù) 每個環(huán)上原子的平均數(shù)每個環(huán)上原子的平均數(shù) 正四面體空間網(wǎng)狀正四面體空間網(wǎng)狀 六邊形平面層狀六邊形平面層狀 共價鍵共價鍵共價鍵與范德華力共價鍵與范德華力 個原子不同面?zhèn)€原子不同面?zhèn)€原子同面?zhèn)€原子同面 61/2=361/2=3 61/4=3/261

22、/3=2 石墨為層狀結(jié)構(gòu)，各層之間是范德華力結(jié)合， 容易滑動，所以石墨很軟。 石墨各層均為平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子之間存 在很強的共價鍵（大鍵），故熔沸點很高。 這是因為石墨晶體中存在自由電子，可以在整個碳原子的平面上運動，但是電子不能從一個 平面跳躍到另一個平面，所以石墨能導(dǎo)電，并且沿層的平行方向?qū)щ娦詮?。這也是晶體各向異 性的表現(xiàn)。 5、石墨屬于哪類晶體？ 石墨為混合鍵型晶體 4、石墨中微粒間的作用：、石墨中微粒間的作用： 碳原子間存在共價鍵和金屬鍵，層與層碳原子間存在共價鍵和金屬鍵，層與層 之間存在范德華力之間存在范德華力 晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)(三維點陣三維點陣) 晶胞的大小和形 狀可用晶胞的三 條棱邊長度(軸 長)a, b, c 及三棱 邊夾角(軸角)， ，