1.2 典型的無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)

1、LOGO 第二節(jié)第二節(jié) 典型的無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)典型的無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu) v何謂典型結(jié)構(gòu)？何謂典型結(jié)構(gòu)？ 能代表一類物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的晶體結(jié)構(gòu)稱之能代表一類物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的晶體結(jié)構(gòu)稱之 v根據(jù)哥希密特定律：根據(jù)哥希密特定律： 組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量關(guān)系相同、大小組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量關(guān)系相同、大小 相近、極化性能相近的物質(zhì)則可以有相同的相近、極化性能相近的物質(zhì)則可以有相同的 結(jié)構(gòu)類型稱為等結(jié)構(gòu)。等結(jié)構(gòu)是指化學(xué)組成結(jié)構(gòu)類型稱為等結(jié)構(gòu)。等結(jié)構(gòu)是指化學(xué)組成 完全不同，但具有相同的晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象完全不同，但具有相同的晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象 （指空間群相同、軸率相同或相似的現(xiàn)象）（指空間群相同、軸率相同或相似的現(xiàn)

2、象） v本節(jié)主要圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)：本節(jié)主要圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)： 1、描述晶體結(jié)構(gòu)的方法、描述晶體結(jié)構(gòu)的方法 2、各類典型晶體結(jié)構(gòu)的主要特征、各類典型晶體結(jié)構(gòu)的主要特征 3、晶體結(jié)構(gòu)與組成、晶體結(jié)構(gòu)與組成性能之關(guān)系性能之關(guān)系 4、同質(zhì)多晶現(xiàn)象、同質(zhì)多晶現(xiàn)象 一、金剛石結(jié)構(gòu)與石墨結(jié)構(gòu)一、金剛石結(jié)構(gòu)與石墨結(jié)構(gòu) v（一）描述晶體結(jié)構(gòu)的方法有以下幾種（一）描述晶體結(jié)構(gòu)的方法有以下幾種: 1、點(diǎn)坐標(biāo)法、點(diǎn)坐標(biāo)法 優(yōu)點(diǎn)：可清楚的了解各質(zhì)點(diǎn)在空間的位置及相優(yōu)點(diǎn)：可清楚的了解各質(zhì)點(diǎn)在空間的位置及相 互關(guān)系?；リP(guān)系。 缺點(diǎn)：如果質(zhì)點(diǎn)數(shù)多，則表示起來較困難較復(fù)缺點(diǎn)：如果質(zhì)點(diǎn)數(shù)多，則表示起來較困難較復(fù)

3、雜。雜。 2、投影法、投影法也叫標(biāo)高法也叫標(biāo)高法 優(yōu)點(diǎn)：可了解質(zhì)點(diǎn)在該結(jié)構(gòu)中的排列特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：可了解質(zhì)點(diǎn)在該結(jié)構(gòu)中的排列特點(diǎn)。 3、多面體的連接方式、多面體的連接方式 （二）（二）金剛石結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)與與石墨結(jié)構(gòu)石墨結(jié)構(gòu)的不同的不同 形成條件：金剛石形成條件：金剛石面心立方；石面心立方；石 墨墨立方層狀立方層狀 性能：金剛石性能：金剛石超硬、導(dǎo)熱。石墨超硬、導(dǎo)熱。石墨 導(dǎo)電、潤滑、電極。導(dǎo)電、潤滑、電極。 二、二、NaCl型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) vr+/r-=0.59/1.81=0.524 在在 0.4140.732之間正八面體配位，配位之間正八面體配位，配位 數(shù)數(shù)6 v結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： v屬于立方

4、晶系；屬于立方晶系； vNa和和Cl之間為比較典型的離子鍵；之間為比較典型的離子鍵； v配位數(shù)為配位數(shù)為6：6; vNa占據(jù)全部的八面體空隙；占據(jù)全部的八面體空隙； v每個(gè)晶胞有每個(gè)晶胞有NaCl分子分子4個(gè)。個(gè)。 NaCl型晶體結(jié)構(gòu) A B B B C C C C C C vNaCl型結(jié)構(gòu)的氧化物很多，如：型結(jié)構(gòu)的氧化物很多，如：MgO，SrO， BaO，MnO等，這些氧化物的熔點(diǎn)都很高。等，這些氧化物的熔點(diǎn)都很高。 v1、Na離子，離子，Cl離子頂點(diǎn)位置離子頂點(diǎn)位置 圖圖1 v2、NaCl晶體結(jié)構(gòu)的晶胞晶體結(jié)構(gòu)的晶胞 圖圖2 v3、Na離子處于八面體空隙離子處于八面體空隙 圖圖3 三、三、

5、CsCl型結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu) vr+/r-=1.69/1.81=0.733 v在在0.7321.00之間立方晶胞之間立方晶胞 v結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： v立方晶系；立方晶系；離子鍵；離子鍵；配位數(shù)為配位數(shù)為8：8； Cs和和Cl離子各成簡單立方格子，以離子各成簡單立方格子，以 （a+b+c）1/2相穿插構(gòu)成。相穿插構(gòu)成。 v屬于這一類的化合物還有：屬于這一類的化合物還有： vCsBr、CsI、NH4I 四、四、ZnS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1、閃鋅礦（立方、閃鋅礦（立方ZnS）-ZnS ABAB 2、纖鋅礦（六方、纖鋅礦（六方ZnS）-ZnS 五、螢石型五、螢石型CaF2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) v結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： v立方晶系；

6、立方晶系； v離子鍵；離子鍵； vCa配位數(shù)為配位數(shù)為8；F，配位數(shù)為，配位數(shù)為4； v面心立方格子，面心立方格子，Ca一套，一套，F(xiàn)兩套，兩套，F(xiàn)占據(jù)全部占據(jù)全部 的四面體空隙，的四面體空隙，Ca處于小立方體中心；處于小立方體中心； v一個(gè)晶胞中有一個(gè)晶胞中有4CaF2分子，立方體之間共棱相分子，立方體之間共棱相 連；連； v晶胞中心存在巨大的空隙，這種結(jié)構(gòu)有利于離晶胞中心存在巨大的空隙，這種結(jié)構(gòu)有利于離 子的遷移。子的遷移。 v屬于這類結(jié)構(gòu)的化合物有：屬于這類結(jié)構(gòu)的化合物有： BaF2、PbF2、SrF2、 ZrF2、UO2、CeO2、 ThO2等。等。 v應(yīng)用：由于螢石型結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：由于

7、螢石型結(jié)構(gòu)的 化合物中存在較大的空隙，化合物中存在較大的空隙， 質(zhì)點(diǎn)易于移動(dòng)，所以螢石質(zhì)點(diǎn)易于移動(dòng)，所以螢石 在硅酸鹽工業(yè)中是常用的在硅酸鹽工業(yè)中是常用的 輔助性原料。如陶瓷中用輔助性原料。如陶瓷中用 作熔塊釉中的溶劑。作熔塊釉中的溶劑。 v反螢石型結(jié)構(gòu)：反螢石型結(jié)構(gòu)： v結(jié)構(gòu)與螢石型形同，但正負(fù)離子與結(jié)構(gòu)與螢石型形同，但正負(fù)離子與CaF2中陰陽離中陰陽離 子的位置相反，這類化合物叫做反螢石型結(jié)構(gòu)。子的位置相反，這類化合物叫做反螢石型結(jié)構(gòu)。 如：如：Na2O、K2O、Na2S、K2S等。此類化合物等。此類化合物 的共同特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，常作助溶劑。的共同特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，常作助溶劑。 Ti O Ti

8、O 金紅石晶胞 CN(O)3，每個(gè)，每個(gè)O同時(shí)被同時(shí)被3 個(gè)個(gè)TiO6八面體共用，相鄰八面體共用，相鄰 八面體共棱形成長鏈，鏈八面體共棱形成長鏈，鏈 與鏈之間與鏈之間TiO6以共頂連接以共頂連接 形成三維骨架形成三維骨架 七、七、-Al2O3剛玉型結(jié)構(gòu)剛玉型結(jié)構(gòu) v 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： v 三方晶系；三方晶系； v Al配位數(shù)為配位數(shù)為6，O為為4； v O六方堆積，六方堆積，Al填充填充2/3八面體空隙；八面體空隙； v AlO6八面體之間是共面的；八面體之間是共面的； v Al在結(jié)構(gòu)中分布有三種方式，在結(jié)構(gòu)中分布有三種方式，如圖如圖 ； v 各層的八面體是錯(cuò)開的，各層的八面體是錯(cuò)開的，A

9、l相互間距拉大，故結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，相互間距拉大，故結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， Al在某一層與另一層間重復(fù)是在第在某一層與另一層間重復(fù)是在第13層以后，層以后，O是是 ABAB排列，以排列，以O(shè)A、OB表示第一第二層，氧與鋁的排表示第一第二層，氧與鋁的排 列次序?yàn)椋毫写涡驗(yàn)椋篛AAlDOBAlEOAAlFOB v Al-O靜電強(qiáng)度為靜電強(qiáng)度為1/2，離子健力強(qiáng)，剛玉熔點(diǎn)高，莫，離子健力強(qiáng)，剛玉熔點(diǎn)高，莫 氏硬度為氏硬度為9，機(jī)械強(qiáng)度高，晶體結(jié)構(gòu)緊密。，機(jī)械強(qiáng)度高，晶體結(jié)構(gòu)緊密。 v 剛玉制品對酸堿都有良好的抵抗能力，特別是高溫材料。剛玉制品對酸堿都有良好的抵抗能力，特別是高溫材料。 八、八、CaTiO3鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)鈣

10、鈦礦型結(jié)構(gòu) 九、鎂鋁尖晶石型結(jié)構(gòu)（九、鎂鋁尖晶石型結(jié)構(gòu)（AB2O4） vA為為2價(jià)離子、價(jià)離子、B為為3價(jià)離子。價(jià)離子。 v結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： vO做面心立方堆積，做面心立方堆積，Mg進(jìn)入四面體空隙，而進(jìn)入四面體空隙，而 Al占據(jù)八面體空隙；占據(jù)八面體空隙；晶胞中有晶胞中有8各各AB2O4分子。分子。 因此無論是四面體空隙還是八面體空隙都沒有被因此無論是四面體空隙還是八面體空隙都沒有被 填滿；填滿；Mg填的填的1/8四面體空隙，四面體空隙，Al填的填的1/2 八面體空隙。八面體空隙。 v應(yīng)用：該結(jié)構(gòu)離子鍵力均較強(qiáng)，因此結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)應(yīng)用：該結(jié)構(gòu)離子鍵力均較強(qiáng)，因此結(jié)構(gòu)非常穩(wěn) 定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔

11、點(diǎn)高，硬度大。陶瓷顏料定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)高，硬度大。陶瓷顏料 往往以尖晶石晶體作為載色母體往往以尖晶石晶體作為載色母體即尖晶石型顏即尖晶石型顏 料。料。 v反尖晶石結(jié)構(gòu)：反尖晶石結(jié)構(gòu)：B(AB)O3 v正尖晶石：正尖晶石：A都填入四面體空隙；都填入四面體空隙；B都填入八面體都填入八面體 空隙。空隙。 v反尖晶石：反尖晶石：A填入八面體空隙，填入八面體空隙，B一半填入四面體一半填入四面體 空隙，一半填入八面體空隙?？障叮话胩钊氚嗣骟w空隙。 v許多重要的氧化物磁性材料都是反尖晶石結(jié)構(gòu)。許多重要的氧化物磁性材料都是反尖晶石結(jié)構(gòu)。 v例如：例如：FeMgFeO4、Fe3+(Fe2+Fe3+) O4 v氧化物磁性材料又稱鐵氧體，就具有導(dǎo)電性而言氧化物磁性材料又稱鐵氧體，就具有導(dǎo)電性而言 屬半導(dǎo)體，是含鐵及其它元素的復(fù)合氧化物。屬半導(dǎo)體，是含鐵及其它元素的復(fù)合氧化物。 v應(yīng)用：高頻無線電新技術(shù)迫切要求即具有鐵磁性應(yīng)用：高頻無線電新技術(shù)迫切要求即具