離子晶體結(jié)構(gòu)PPT課件

1、正負離子半徑比值與配位數(shù)的關系 rr值值正離子的正離子的配位數(shù)配位數(shù)負離子多面體的形負離子多面體的形狀狀實實 例例0.000 0.000 0.1550.1552 2直線形直線形干冰干冰COCO2 20.155 0.155 0.2250.2253 3三角形三角形B B2 2O O3 30.225 0.225 0.4140.4144 4四面體四面體SiOSiO2 2，GeOGeO2 20.414 0.414 0.7320.7326 6八面體八面體NaClNaCl，MgOMgO，TiOTiO2 20.732 0.732 1.0001.0008 8立方體立方體ZrOZrO2 2，CaFCaF2 2，C

2、sClCsCl1.0001.000以上以上1212立方八面體立方八面體CuCu第1頁/共47頁2.電價規(guī)則(鮑林第二規(guī)則)iinZS)(在一個穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個負離子的電價等于從鄰近的正離子配給該負離子各靜電鍵強度的總和。 3.負離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則（鮑林第三規(guī)則） 在配位結(jié)構(gòu)中，配位多面體共用棱，特別是共用面的存在會降低這個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第2頁/共47頁四面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)共頂、共棱、共面時，中心正離子間的距離為：1：0.58 ：0.33第3頁/共47頁共頂、共棱、共面時，中心正離子間的距離為：1：0.71:0.58幻燈片 11 八面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)第4頁/共

3、47頁4.不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則（鮑林第四規(guī)則）在含有兩種以上正離子的離子晶體中，一些電價較高、 配位數(shù)較低的正離子配位多面體之間有盡量互不結(jié)合的趨勢。 5、節(jié)約規(guī)則（鮑林第五規(guī)則 ）在晶體中，本質(zhì)上不同組成的結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目，趨向了最少。第5頁/共47頁典型的離子晶體的結(jié)構(gòu)晶胞中離子的排列，離子的配位數(shù)，晶體常數(shù)與離子半徑關系式，一個晶胞所占有正負離子的數(shù)目，質(zhì)點所處的空間坐標，空間格子類型以及同型結(jié)構(gòu)的化合物等。要求掌握的具體內(nèi)容：1.AB型化合物結(jié)構(gòu)第6頁/共47頁（1）CsCL型結(jié)構(gòu)：CsBr,CsI圖2-52 CsCL晶胞第7頁/共47頁圖圖2-53 NaCl2-53 Na

4、Cl晶胞晶胞（2）NaCl型結(jié)構(gòu)：MgO,FeO,TiN,TiC等第8頁/共47頁圖2-54 -ZnS晶胞1 1111 1(0,0,0),( ,0),( ,0, ),(0, )2 2222 2ZnS1 1 13 3 11 3 33 1 3( , ),( , ),( , ),( , )4 4 44 4 44 4 44 4 4（3） 立方ZnS型(閃鋅礦型）結(jié)構(gòu)：CdS,CuCl等25025005075750 5050050第9頁/共47頁圖圖2-55 a-ZnS2-55 a-ZnS晶胞晶胞ZnS六方ZnS型（纖鋅礦型）結(jié)構(gòu)833132;8700:2213132;000:222ZnS第10頁/共4

5、7頁 立方ZnS和六方ZnS是非常重要的兩種晶體結(jié)構(gòu)。 已投入使用的半導體除Si、Ge單晶為金剛石型結(jié)構(gòu)外，III-V族和II-VI族的半導體晶體都是ZnS型，且以立方ZnS型為主.例如：GaP, GaAs, GaSb，InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe。第11頁/共47頁2.AB2型化合物結(jié)構(gòu)(1) CaF2(螢石型）結(jié)構(gòu)第12頁/共47頁屬于立方面心點陣， 結(jié)構(gòu)單元為一個CaF2 SrF2, CeO2 ,UO2,HgF2等晶體屬CaF2型，而Li2O, Na2O, Be2C等晶體屬反螢石型，即正離子占據(jù)F-離子位置，負離子占據(jù)Ca2+的位置。 第13頁/共47

6、頁（2）金紅石型結(jié)構(gòu)四方簡單點陣，每個晶胞2個Ti2+，4個O2-O2- 近似按立方A1 型堆積，Ti4+填充了變形八面體空隙中（占據(jù)率50%）, O2- 的配位數(shù)為3，Ti4+ 的配位數(shù)為 6。第14頁/共47頁Ti4+： 1 1 1(0,0,0),( , )2 2 2O2-： 111111( , ,0),(1,1,0),(, ),(, )222222u uuuuuuuu為一結(jié)構(gòu)參數(shù)，金紅石本身u = 0.31。 MgF2, FeF2, VO2，CrO2， PbO2，WO2，MoO2等為金紅石型。 分數(shù)坐標： 第15頁/共47頁3.A2B3型化合物結(jié)構(gòu)為代表以32OAlaO2-近似作六方最緊

7、密堆積，配位數(shù)為4，堆積層垂直于三次軸，Al3+充填了O2-形成的八面體空隙數(shù)的2/3,每三個相鄰的八面體空隙有一個是有規(guī)則地空著；每個晶胞含4個Al3+和6個O2-。剛玉型結(jié)構(gòu)第16頁/共47頁Al3+空隙DEFOAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlFOAAlDOB第17頁/共47頁NoImage平行3次軸方向上，兩個實心八面體和一個空心八面體相間排列每三個相鄰的八面體就有一個有規(guī)則地空著，這樣六層構(gòu)成一個周期。第18頁/共47頁4.ABO3型化合物結(jié)構(gòu)： CaTiO3型和CaCO3方解石型CaTiO3晶體結(jié)構(gòu):立方P，Ca2+位于角頂，O2-位于面心，Ti4+位于立方體

8、中心；以Ca2+和O2-作面心立方緊密堆積，形成4n個八面體空隙和8n個四面體空隙，Ti4+填入的 1/4 八面體空隙中 CaTiO3高溫下為立方晶系，低溫下為正交晶系。第19頁/共47頁圖2-49 尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)5.AB2O4型化合物結(jié)構(gòu):尖晶石MgAl2O4尖晶石MgAl2O41812的四面體空隙中，而Al3+填入的八面體空隙中 1812的四面體空隙中，而Al3+填入的八面體空隙中 1812的八面體空隙中 以O2-作立方緊密堆積，形成4n個八面體空隙和8n個四面體空隙，Mg2+填入1/8的四面體空隙而Al3+填入1/2的八面體空隙。第20頁/共47頁硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點

9、 : (2)結(jié)構(gòu)中Si-O-Si鍵為鍵角1450的折線。(4)硅氧四面體間只能共頂連接，而不能共棱和共面連接。(1)基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體。(3)每一個O2-最多只能連接二個硅氧四面體。第21頁/共47頁 SiOSiO4 4 4 4-四面體四面體是硅酸鹽的基本構(gòu)造單位，可孤立地存在；也可以角頂相聯(lián)形成多種是硅酸鹽的基本構(gòu)造單位，可孤立地存在；也可以角頂相聯(lián)形成多種復雜的絡陰離子，即各種形式的硅氧骨干，再與金屬陽離子結(jié)合形成多種硅酸鹽礦物。復雜的絡陰離子，即各種形式的硅氧骨干，再與金屬陽離子結(jié)合形成多種硅酸鹽礦物。 第22頁/共47頁NoImage 返回橋氧第23頁/共47頁活性氧活性氧（非橋

10、氧非橋氧）： SiOSiO4 4 4-4-四面體中與四面體中與1 1個個SiSi相聯(lián)結(jié)的相聯(lián)結(jié)的O O。 惰性氧惰性氧（橋氧橋氧橋氧橋氧）： SiOSiO4 4 4-4-四面體中與四面體中與2 2個個SiSi相聯(lián)結(jié)的相聯(lián)結(jié)的O O，其電荷已中和其電荷已中和。 第24頁/共47頁一、孤島狀結(jié)構(gòu) SiO4四面體在結(jié)構(gòu)中不直接連接, 而靠MO6連接起來的, 即SiO4四面體被MO6八面體隔離。絡陰離子: SiO44- ZrSiO4(鋯英石)、Mg2SiO4(鎂橄欖石)，(MgFe)2SiO4(橄欖石) 晶體代表: 第25頁/共47頁橄欖石 (Mg,Fe)2SiO4返回第26頁/共47頁金綠柱石銫綠柱

11、石海藍寶石第27頁/共47頁二、組群狀結(jié)構(gòu) SiO4四面體是以二個、三個、四個和六個通過公共氧連接而成的四面體群體，這種群體看成一個結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元在結(jié)構(gòu)中不直接連接, 而靠MO6連接起來的。絡陰離子: Si2O76-， Si3O96-， Si4O128- ，Si6O1812- 綠柱石結(jié)構(gòu) Be3Al2Si6O18 堇青石結(jié)構(gòu)Mg2Al3AlSi5O18 晶體代表: 第28頁/共47頁NoImage雙四面體返回第29頁/共47頁組群狀 三方環(huán)第30頁/共47頁SiO 4abc環(huán)狀硅氧骨干 下一頁第31頁/共47頁NoImage環(huán)狀硅氧骨干綠柱石第32頁/共47頁綠柱石Be3Al2Si6O18

12、第33頁/共47頁三、鏈狀結(jié)構(gòu) 無數(shù)個SiO44-間通過共用2或3個角頂，沿一個方向彼此相連，無限延伸成鏈。鏈間為其他金屬陽離子聯(lián)結(jié)。常見單鏈和雙鏈。絡陰離子: 單鏈 Si2O64-雙鏈 Si4O116-透輝石CaMgSi2O6 、透閃石Ca2Mg5Si4O112(OH)2 晶體代表: 第34頁/共47頁c=0.520nm0c=1.220nm0b=0.732nm0SiO 4abc硅灰石薔薇輝石輝石返回輝石第35頁/共47頁雙鏈（莫來石，石棉等）第36頁/共47頁四、層狀結(jié)構(gòu) 每個SiO44-均以3個角頂分別與相鄰的3個SiO44-相連結(jié)而形成向二維空間無限延展的硅氧四面體層。NoImage層狀

13、硅氧骨干兩層活性氧（及OH)按最緊密堆積方式，上下層位置錯開OH位于六方網(wǎng)格中心，與活性氧同高度第37頁/共47頁Mg3Si4O10(OH)2(滑石)、KAl2AlSi3O10(OH)2(白云母) 、Al2Si4O10(OH)2 （葉臘石） 、 Al4Si4O10(OH)8(高嶺石)晶體代表: 絡陰離子: Si4O1012- 按硅氧四面體層（T）和八面體層（O)組合的型式，結(jié)構(gòu)單元層有兩種基本型式：（1）雙層型結(jié)構(gòu)單元層（TO型）：如高嶺石（2）三層型結(jié)構(gòu)單元層（TOT型）：如云母、 葉臘石第38頁/共47頁云母，蒙脫石（TOT型）第39頁/共47頁OHOAlSiO4TO型高嶺石第40頁/共4

14、7頁五、架狀結(jié)構(gòu) 硅氧四面體所有四個頂點均與相鄰硅氧四面體的頂點相連,并向三維空間伸延的架狀結(jié)構(gòu)。絡陰離子: SiO2石英SiO2 ，KAlSi3O8（鉀長石），NaAlSi3O8（鈉長石），CaAl2Si2O8（鈣長石）和BaAl2Si2O8（鋇長石） 晶體代表: 第41頁/共47頁石英架狀第42頁/共47頁 架狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特征是SiO4四個頂角氧都與相鄰的SiO4共有，SiO4排列成具有三維空間的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。石英就屬于架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，圖示出了a-方石英的晶體結(jié)構(gòu)，Si4+的排列方式與金剛石結(jié)構(gòu)完全相同，在距離最近且完全等距離的每2個Si4+之間插入O2-，就構(gòu)成了a-方石英的晶體結(jié)構(gòu)。 石英晶體結(jié)