第二章晶體結(jié)構(gòu)

第二章晶體結(jié)構(gòu)第二章晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)1晶體化學(xué)基本原理2無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)4非金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)3硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)5重點(diǎn)：重點(diǎn)為結(jié)晶學(xué)指數(shù)，晶體中質(zhì)點(diǎn)的堆積，氯化鈉型結(jié)構(gòu)，閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，螢石型（反螢石型）結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，鮑林規(guī)則，硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類方法。難點(diǎn)：晶體中質(zhì)點(diǎn)的堆積，典型的晶體結(jié)構(gòu)分析。一、空間點(diǎn)陣

1.晶體的基本概念人們對(duì)晶體的認(rèn)識(shí)，是從石英開(kāi)始的。人們把外形上具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的固體稱為晶體。1912年勞厄（德國(guó)的物理學(xué)家）第一次成功獲得晶體對(duì)X射線的衍射線的圖案，才使研究深入到晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，才從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)了晶體，證實(shí)了晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)空間是按一定方式有規(guī)律地周期性排列的。2-1結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)晶體定義晶體定義：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。（具有格子構(gòu)造的固體）。也就是說(shuō)：晶體的共同特征是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間按周期性的重復(fù)排列。不具備這一特征的物體就不是晶體。空間點(diǎn)陣

人們習(xí)慣用幾何圖形來(lái)抽象表示晶體結(jié)構(gòu)。鈉離子氯離子點(diǎn)陣空間格子用空間幾何圖形來(lái)抽象的表示晶體結(jié)構(gòu)，即把晶體質(zhì)點(diǎn)的中心用直線連接起來(lái)。這些點(diǎn)在三維空間周期性重復(fù)排列空間點(diǎn)陣陣點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)每種晶體結(jié)構(gòu)都可以抽化出對(duì)應(yīng)的一個(gè)空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)的異同空間點(diǎn)陣

人為的、抽象的幾何圖形陣點(diǎn)是沒(méi)有物質(zhì)內(nèi)容的幾何點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)●客觀的●具有具體的物質(zhì)內(nèi)容，其基本的單元是結(jié)構(gòu)單元（原子或離子空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)單元在空間排列的周期性是一致的空間點(diǎn)陣+結(jié)構(gòu)單元＝晶體結(jié)構(gòu)空間點(diǎn)陣的要素結(jié)點(diǎn)行列―――在空間點(diǎn)陣上，分布在同一直線上的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)行列。任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)決定一個(gè)行列。行列

同一行列中結(jié)點(diǎn)間距是相等的；在平行行列中結(jié)點(diǎn)間距是相等的；

不同的行列中其結(jié)點(diǎn)間距一般是不相等的（某些方向行列結(jié)點(diǎn)間距較密，某些方向行列結(jié)點(diǎn)間距較疏）。面網(wǎng)―――連接同一平面的結(jié)點(diǎn)構(gòu)稱一個(gè)面網(wǎng)。由任意兩個(gè)相交的行列也可以決定一個(gè)面網(wǎng)。面網(wǎng)密度：面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目；面網(wǎng)間距：任意兩個(gè)相鄰面網(wǎng)的垂直距離。

相互平行的面網(wǎng)的面網(wǎng)密度和面網(wǎng)間距相等；面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)其面網(wǎng)間距越大。空間格子―――連接分布在三維空間的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成空間格子。由三個(gè)不共面的行列就決定一個(gè)空間格子?？臻g格子由一系列平行疊放的平行六面體構(gòu)成

結(jié)點(diǎn)分布在平行六面體的頂角；平行六面體的三組棱長(zhǎng)就是相應(yīng)三組行列的結(jié)點(diǎn)間距。2、晶體的性質(zhì)1、各向異性－－在晶體在不同方向上具有不同的性質(zhì)2．穩(wěn)定性－－晶體能長(zhǎng)期保持其固有狀態(tài)而不轉(zhuǎn)變成其它狀態(tài)。最小內(nèi)能決定。3．自限性－－晶體具有自發(fā)地生長(zhǎng)為一個(gè)封閉的凸幾何多面體傾向。4．對(duì)稱性－－晶體的物理化學(xué)性質(zhì)能夠在不同方向或位置上有規(guī)律地出現(xiàn)，也稱周期性晶體的性質(zhì)5．均勻性（均一性）－－一個(gè)晶體的各個(gè)部分性質(zhì)都是一樣的。

這里注意：均勻性與各向異性不同，前者是指晶體的位置，后者是指觀察晶體的方向。6.固定熔點(diǎn)7．晶面角守恒定律－－晶面（或晶棱）間的夾角恒定不變。3、晶胞晶胞----是晶體結(jié)構(gòu)中的平行六面體單位，其形狀大小與對(duì)應(yīng)的空間格子中的平行六面體一致。晶胞

有實(shí)在的具體質(zhì)點(diǎn)所組成平行六面體

由不具有任何物理、化學(xué)特性的幾何點(diǎn)構(gòu)成。是指能夠充分反映整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)特征的最小結(jié)構(gòu)單位，其形狀大小與對(duì)應(yīng)的單位平行六面體完全一致，并可用晶胞參數(shù)來(lái)表征，其數(shù)值等同于對(duì)應(yīng)的單位平行六面體參數(shù)。

晶胞棱邊長(zhǎng)度a、b、c，其單位為nm,棱間夾角α、β、γ。這六個(gè)參數(shù)叫做點(diǎn)陣常數(shù)或晶格常數(shù)。

4、晶體結(jié)構(gòu)分類根據(jù)a、b、c是否相等，α、β、γ是否相等、是否為90°，將晶體結(jié)構(gòu)分為：立方晶系：a=b=c，α=β=γ=90°四方晶系：a=b≠c，α=β=γ=90°三方晶系：a=b=c，α=β=γ≠90°六方晶系：a=b≠c，α=β=90°，γ=120°正交晶系：a≠b≠c，α=β=γ=90°單斜晶系：a≠b≠c，α=β=90°≠γ三斜晶系：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°a:b:c和軸角α、β、γ合稱為晶體幾何常數(shù)十四種布拉菲點(diǎn)陣二、結(jié)晶學(xué)指數(shù)一、晶面符號(hào)（米氏符號(hào)）晶面指數(shù)的確定步驟（圖1－3）：1、在空間點(diǎn)陣中建立坐標(biāo)系，選取任一結(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，同時(shí)令坐標(biāo)原點(diǎn)不在待標(biāo)晶面上，以晶胞的基本矢量為坐標(biāo)軸X、Y、Z；2、坐標(biāo)軸以晶體在該軸上的周期為單位，

a,b,c；3、假設(shè)晶面在坐標(biāo)軸上的截距分別為ma、nb、pc；將它們的倒數(shù)依X、Y、Z軸的順序，化為互質(zhì)整數(shù)比，即1/m：1/n：1/p=h：k：l，然后將數(shù)字hkl寫入圓括號(hào)（）內(nèi)，則（hkl）即為這個(gè)晶面的晶面指數(shù)。每一個(gè)晶面指數(shù)，代表一組平行晶面。

其中x=2a,y=3b,z=6c,則（hkl）為（321）{hkl}晶面族：原子排列情況相同、性質(zhì)相同的晶面組成一個(gè)晶面族。結(jié)晶符號(hào)二、晶棱符號(hào)晶向指數(shù)的確定步驟（圖1－4）（1）在空間點(diǎn)陣中建立坐標(biāo)系，選取任一結(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，同時(shí)令坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向OP上，以晶胞的基本矢量為坐標(biāo)軸X、Y、Z；（2）坐標(biāo)軸以晶體在該軸上的周期為單位；a:b:c（3）把OP的任一結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)ua:vb:wc經(jīng)等比例化簡(jiǎn)后按X、Y、Z軸的順序?qū)懭敕嚼ㄌ?hào)[]內(nèi)，則[uvw]即為OP的晶向指數(shù)。每一個(gè)晶向指數(shù)，代表一組平行晶向。<uvw>晶向族：原子排列情況相同的晶向組成一個(gè)晶向族。圖中晶面、晶棱如何表示？2.2晶體化學(xué)基本原理一、原子和離子半徑

原子和離子都具有一定的有效半徑，可以看成是具有一定大小的球體。二、球體緊密堆積原理

既然原子、離子可看成是具有一定半徑的球體，那么晶體中原子、離子間的結(jié)合就可看成是球體的相互堆積，根據(jù)晶體中質(zhì)點(diǎn)的相互結(jié)合，要遵循內(nèi)能最小的原則，從球體堆積角度來(lái)說(shuō)，球的堆積密度越大，系統(tǒng)內(nèi)能就越小—球體最緊密堆積原理。

1、球體最緊密堆積不等徑球體緊密堆積

等徑球體緊密堆積

球體最緊密堆積六方最緊密堆積立方最緊密堆積立方最緊密堆積等徑球體緊密堆積金屬由同一種質(zhì)點(diǎn)組成時(shí)，如銅、金等單質(zhì)等徑球體緊密堆積---第二層堆第二層時(shí)，只有將球體放在第一層球間的空隙上才是最緊密堆積，如都放B位置或C位置等徑球體緊密堆積---第三層第三層球體排列的位置與第一層球完全相同，重復(fù)第一層球的排列方式，圓球是按ABAB……層序堆積的，將這些圓球的球心聯(lián)結(jié)起來(lái)。構(gòu)成六方底心格子，在這種堆積中可找出六方晶胞，故稱六方最緊密堆積

等徑球體緊密堆積---第三層將第三層球放在第一層球間另一種空隙C位置上與第二層球相互交錯(cuò)，這樣三層球的排列方式不重復(fù)，排第四層球時(shí)，與第一層球重復(fù)，形成ABCABC……層序堆積，在這種堆積方式中可找出面心立方晶胞，故稱立方最緊密堆積

立方最緊密堆積立方最緊密堆積立方最緊密堆積面心立方格子密排面（111）面空隙最緊密堆積中空隙：（1）八面體間隙

處于6個(gè)球體包圍之中的空隙，6個(gè)球體中心之連線恰好形成一個(gè)八面體。（2）四面體間隙

處于4個(gè)球體包圍之中的空隙，4個(gè)球體中心之連線恰好形成一個(gè)八面體?？障秱€(gè)數(shù)四面體空隙數(shù)目是原子數(shù)目的二倍；八面體空隙數(shù)目等于原子數(shù)目。

空隙個(gè)數(shù)晶胞原子數(shù)4個(gè)，八面體空隙個(gè)數(shù)8個(gè)。晶胞原子數(shù)4個(gè)，四面體空隙個(gè)數(shù)8個(gè)。不等徑球體的緊密堆積原則：半徑大的球體的緊密堆積，半徑小的球體填充于四面體空隙或八面體等空隙。正負(fù)離子結(jié)構(gòu)當(dāng)出現(xiàn)r＋/r-小于0.414時(shí)，出現(xiàn)負(fù)離子間緊密接觸，但正負(fù)離子間脫離接觸情況，這時(shí)系統(tǒng)能量較高，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

當(dāng)r＋/r-大于0.414時(shí)，出現(xiàn)正負(fù)離子間緊密接觸，而負(fù)離子間不接觸，即負(fù)離子被撐開(kāi)了，這時(shí)，正負(fù)離子間引力較大，而負(fù)離子間斥力較小，能量較低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。配位數(shù)與配位多面體配位數(shù)----在晶體結(jié)構(gòu)中，一個(gè)原子或離子周圍與它直接相鄰的原子個(gè)數(shù)或所有異號(hào)離子的個(gè)數(shù)。

單質(zhì)晶體中，如果原子作最緊密堆積，則相當(dāng)于等大球體的緊密堆積，不論是六方還是立方緊密堆積，每個(gè)原子的配位數(shù)均為12。如果不是緊密堆積，則配位數(shù)將小于12。

在共價(jià)鍵的晶體中，由于共價(jià)鍵的方向性和飽和性，其配位數(shù)不受球體的緊密堆積支配，配位數(shù)較低，一般不大可能超過(guò)4。

在離子晶體中，配位數(shù)指的是最緊鄰的異號(hào)離子數(shù)，所以正、負(fù)離子的配位數(shù)不一定是相等的。陽(yáng)離子一般處于陰離子緊密堆積的空隙中，其配位數(shù)一般為4或6。如果陰離子不作緊密堆積，陽(yáng)離子還可能出現(xiàn)其它的配位數(shù)。配位數(shù)

陰離子作正八面體堆積，正、負(fù)離子彼此都能相互接觸的必要條件為r＋/r-=0.414。配位數(shù)由幾何關(guān)系可得到：

8配位正、負(fù)離子緊密接觸時(shí)，r＋/r-=0.732。那么0.732也就是正、負(fù)離子形成6配位的上限，8配位的下限。圖氯化銫晶體結(jié)構(gòu)配位多面體配位多面體----在晶體結(jié)構(gòu)中與某一個(gè)原子（或陽(yáng)離子）成配位關(guān)系而相鄰結(jié)合的各個(gè)原子（或陰離子）的中心連線所構(gòu)成的多面體。

陽(yáng)離子（或中心原子）位于配位多面體的中心，各個(gè)配位陰離子（或原子）的中心則位于配位多面體的角頂上。配位多面體離子極化極化會(huì)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。表現(xiàn)：配位數(shù)降低；鍵性由離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡。決定離子晶體結(jié)構(gòu)的基本因素離子半徑離子的極化結(jié)晶化學(xué)定律

哥希密特結(jié)晶化學(xué)定律：晶體的構(gòu)型取決于其結(jié)構(gòu)基元（原子、離子或原子團(tuán)）的數(shù)量關(guān)系、離子的大小關(guān)系和極化作用的性質(zhì)。

CsCl型；NaCl型；ZnS型；基元的數(shù)量關(guān)系相同，但大小不同，其結(jié)構(gòu)類型也不相同。

AgCl和AgI基元的數(shù)量關(guān)系相同，但大小不同，但極化性質(zhì)不同，結(jié)構(gòu)也不同。其結(jié)構(gòu)分別屬于NaCl型和ZnS型。舉例：2.3單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體結(jié)構(gòu)1石墨晶體結(jié)構(gòu)2結(jié)構(gòu)分析：金剛石晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，晶胞常數(shù)a0=0.356nm。在晶體中每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰的碳原子以共價(jià)鍵（Sp3雜化軌道）結(jié)合形成四面體結(jié)構(gòu)。與金剛石結(jié)構(gòu)相同的有硅、鍺等。性質(zhì)：高硬度、導(dǎo)熱性、半導(dǎo)體性能等。晶胞原子數(shù)：8個(gè)圖2-1金剛石晶體結(jié)構(gòu)1、金剛石結(jié)構(gòu)2、石墨結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析：

六方晶系；層間碳原子之間距離0.335nm，層內(nèi)碳原子之間距離為0.142nm；層內(nèi)每個(gè)C原子與周圍三個(gè)C原子之間形成共價(jià)鍵，另一個(gè)電子為層內(nèi)所有C原子共有，以金屬鍵與層內(nèi)所有碳原子結(jié)合；層與層之間以分子鍵相連。圖2-2石墨晶體結(jié)構(gòu)性能：導(dǎo)電性良好；硬度低，熔點(diǎn)高；有滑膩感用途：電極；發(fā)熱體；潤(rùn)滑劑等性質(zhì)？金剛石與石墨同質(zhì)多晶-----化學(xué)組成相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下結(jié)晶成結(jié)構(gòu)不同的晶體的現(xiàn)象。類質(zhì)同晶-----化學(xué)組成不同，而結(jié)構(gòu)相同的物質(zhì)造成金剛石和石墨結(jié)構(gòu)不同原因？金剛石----高溫高壓下形成石墨-------高溫下形成2.3單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體結(jié)構(gòu)1石墨晶體結(jié)構(gòu)2離子晶體結(jié)構(gòu)3類質(zhì)同晶與同質(zhì)多晶現(xiàn)象4固溶體53.2.3離子晶體結(jié)構(gòu)圖2-3NaCl型晶體結(jié)構(gòu)晶胞分子數(shù)：4個(gè)NaCl“分子。NaCl型屬于立方晶系，面心立方點(diǎn)陣球體緊密堆積法：Cl-離子作面心立方最緊密堆積，Na+填充八面體空隙的100%。配位多面體及連接方式：兩種離子的配位數(shù)均為6；配位多面體為[NaCl6]；八面體之間共棱連接。電價(jià)飽和：(1/6)*6=11、NaCl晶體結(jié)構(gòu)屬于該結(jié)構(gòu)類型：MgO、CaO、SrO、BaO、CdO、MnO、FeO、CoO、NiO，還有氮化物，碳化物等，氧化物中，O2-離子相當(dāng)Cl-，占據(jù)Cl-位置。

組成不同，結(jié)構(gòu)有緊密，有松弛，造成性質(zhì)有較大不同。如MgO，晶格常數(shù)a0=0.4201nm，結(jié)構(gòu)緊密，熔點(diǎn)2800℃，是堿性耐火材料主要結(jié)晶相。

CaO，晶格常數(shù)a0=0.480nm，Ca2+半徑大，填充八面體空隙時(shí)，將結(jié)構(gòu)撐松，O2-密堆受到畸變，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易水化，這在實(shí)際生產(chǎn)中要特別注意。結(jié)構(gòu)與性能：NaCl型結(jié)構(gòu)在三維方向上鍵力分布比較均勻，因此其結(jié)構(gòu)無(wú)明顯解理（晶體沿某個(gè)晶面劈裂的現(xiàn)象稱為解理），破碎后其顆粒呈現(xiàn)多面體形狀。圖2-4NaCl型晶體結(jié)構(gòu)2、CsCl型結(jié)構(gòu)

空間坐標(biāo)：Cl-

（000），Cs+(1/2,1/2,1/2）。

球體緊密堆積法：Cl-離子作簡(jiǎn)單立方堆積，Cs+填充立方體空隙的100%。CsCl晶體屬于立方晶系。

配位多面體及連接方式：兩種離子的配位數(shù)均為8；配位多面體為[CsCl8]；立方體之間共面連接。

晶胞分子數(shù)：1個(gè)CsCl“分子。

電價(jià)飽和：(1/8)*8=1屬于此結(jié)構(gòu)物質(zhì)：CsBr，CsI

圖2-5CsCl型晶體結(jié)構(gòu)3、β-ZnS型結(jié)構(gòu)（閃鋅礦)圖2-6β-ZnS型晶體結(jié)構(gòu)晶胞分子數(shù)：4個(gè)ZnS“分子”。β-ZnS屬于立方晶系。球體緊密堆積法：S2-離子作面心立方最緊密堆積，Zn2+填充四面體空隙的1/2。配位多面體及連接方式：兩種離子的配位數(shù)均為4；配位多面體為[ZnS4]；四面體之間共頂連接。電價(jià)飽和：(2/4)*4=2

空間坐標(biāo)：S2-:（000)，(0,1/2,1/2），(1/2,0,1/2），(1/2,1/2,0），Zn2+:(1/4,1/4,3/4）,(1/4,3/4,1/4）,(3/4,1/4,1/4）,(3/4,3/4,3/4）。

圖2-7

β-ZnS型晶體結(jié)構(gòu)

屬于此結(jié)構(gòu)物質(zhì)：SiC，Be、Cd的硫化物，硒化物、碲化物、CuCl等。

性質(zhì)特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)間鍵力強(qiáng)，熔點(diǎn)高，硬度大，熱穩(wěn)定性好，是很有前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。4、六方ZnS結(jié)構(gòu)（纖鋅礦型）

圖2-8六方ZnS型晶體結(jié)構(gòu)α-ZnS屬于六方晶系。

球體緊密堆積法：S2-離子作六方密堆積，Zn2+填充四面體空隙的1/2。

晶胞分子數(shù)：2個(gè)ZnS“分子”。

配位多面體及連接方式：兩種離子的配位數(shù)均為4；配位多面體為[ZnS4]。電價(jià)飽和：(2/4)*4=2屬于此結(jié)構(gòu)物質(zhì):BeO、ZnO、CdS、GaAs等晶體

。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的性質(zhì)

纖鋅礦結(jié)構(gòu)的熱釋電性及聲電效應(yīng)

某些纖鋅礦結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)中無(wú)對(duì)稱中心存在，使得晶體具有熱釋電性，可產(chǎn)生聲電效應(yīng)。熱釋電性是指某些像六方ZnS的晶體，由于加熱使整個(gè)晶體溫度變化，結(jié)果在與該晶體c軸平行方向的一端出現(xiàn)正電荷，在相反的一端出現(xiàn)負(fù)電荷的性質(zhì)。晶體的熱釋電性與晶體內(nèi)部的自發(fā)極化有關(guān)。實(shí)際上，這種晶體在常溫常壓下就存在自發(fā)極化，只是這種效應(yīng)被附著于晶體表面的自由表面電荷所掩蓋，只有當(dāng)晶體加熱時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)，故得其名。熱釋電晶體可用來(lái)作紅外探測(cè)器。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的性質(zhì)CdS、GaAs等和其它Ⅱ與Ⅳ族，Ⅲ與Ⅴ族化合物，制成半導(dǎo)體器件，可以用來(lái)放大超聲波。這樣的半導(dǎo)體材料具有聲電效應(yīng)。通過(guò)半導(dǎo)體進(jìn)行聲電相互轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象稱為聲電效應(yīng)。BeO具有一系列優(yōu)良性能：rBe2+=0.034nm，鍵強(qiáng)大，熔點(diǎn)高，硬度大，導(dǎo)熱率高，是導(dǎo)彈燃燒室內(nèi)襯的重要耐火材料。5、螢石型（CaF2）結(jié)構(gòu)圖2-9CaF2

型晶體結(jié)構(gòu)晶胞分子數(shù)：4個(gè)CaF2“分子”。CaF2

屬于立方晶系。球體緊密堆積法：Ca2+離子作面心立方最緊密堆積，F(xiàn)-填充四面體空隙的100%。八面體空隙全空。配位多面體及連接方式：Ca2+配位數(shù)均為8，F(xiàn)-配位數(shù)均為4；配位多面體為[CaF8]；立方體之間共棱連接。電價(jià)飽和：(1/4)*8=2

空間坐標(biāo)：Ca2+

:（000)，(0,1/2,1/2），(1/2,0,1/2），(1/2,1/2,0），

F-:(1/4,1/4,1/4）,(3/4,3/4,1/4）,(3/4,1/4,3/4）,（1/4,3/4,3/4），

(3/4,3/4,3/4）,(1/4,1/4,3/4）,(1/4,3/4,1/4）,(3/4,1/4,1/4）。

螢石型（CaF2）結(jié)構(gòu)共棱連接圖2-10CaF2

型晶體結(jié)構(gòu)反螢石型結(jié)構(gòu)：一些堿金屬氧化物L(fēng)i2O、Na2O、K2O結(jié)構(gòu)，正、負(fù)離子分布剛好與CaF2相反，陽(yáng)離子占據(jù)F-位置，O2-占據(jù)Ca2+位置。

屬于CaF2型結(jié)構(gòu)物質(zhì)：UO2、CeO2、ThO2等，ZrO2可認(rèn)為是扭曲了的CaF2型結(jié)構(gòu)。圖2-11CaF2

型晶體結(jié)構(gòu)螢石類結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)

CaF2與NaCl的性質(zhì)對(duì)比：F-離子半徑比Cl-小，Ca2+離子半徑比Na+稍大，綜合電價(jià)和半徑兩因素，螢石中質(zhì)點(diǎn)間的鍵力比氯化鈉中的鍵力強(qiáng)，反映在性質(zhì)上，螢石的硬度為莫氏4級(jí)，熔點(diǎn)1410℃，密度3.18，水中溶解度0.002；而NaCl熔點(diǎn)808℃，密度2.16，水中溶解度35.7。螢石結(jié)構(gòu)的解理性：由于螢石結(jié)構(gòu)中有一半的立方體空隙沒(méi)有被Ca2+離子填充，所以，在{111}面網(wǎng)方向上存在相互毗鄰的同號(hào)離子層，其靜電斥力將起主要作用，導(dǎo)致晶體在平行于{111}面網(wǎng)方向上易發(fā)生解理，因此螢石常呈八面體解理。螢石類結(jié)構(gòu)物質(zhì)的性質(zhì)UO2作核燃料，ZrO2高級(jí)高溫材料，高溫發(fā)熱元件材料，CaF2的熔點(diǎn)較低，在工業(yè)上，玻璃、陶瓷助燃劑，水泥礦化劑，較大空隙，有利于離子遷移，用作新型電介質(zhì)材料。6、金紅石型結(jié)構(gòu)晶胞分子數(shù)：2個(gè)TiO2“分子”。TiO2屬于四方晶系。球體緊密堆積法：O2-離子作變形的六方最緊密堆積，Ti4+在晶胞頂點(diǎn)和體心位置。O2-離子在晶胞上下底面的面對(duì)角線各有兩個(gè)，在晶胞半高的另一面對(duì)角線方向也有兩個(gè)。Ti4+離子填充八面體空隙的1/2。配位多面體及連接方式：Ti4+離子的配位數(shù)為6；配位多面體為[TiO6]；O2-離子的配位數(shù)為3，八面體之間共棱連接。電價(jià)飽和：(4/6)*3=2

空間坐標(biāo)：O2-:（uu0)，(1-u,1-u,0），(1/2+u,?-u,?），(?-u,1/2+u,1/2)Ti4+:(0,0,0）,(1/2,1/2,1/2）。

圖2-12金紅石（TiO2)

型晶體結(jié)構(gòu)圖2-13金紅石（TiO2)

型晶體結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)物質(zhì)：

SnO2，MnO2，CeO2，PbO2，VO2，NbO2等。

TiO2的性質(zhì)：在光學(xué)上具有很高的折射率（2.76），在電學(xué)性質(zhì)上具有很高的介電系數(shù)。因此，成為制備光學(xué)玻璃的原料，也是無(wú)線電陶瓷中常用的晶相。金紅石型結(jié)構(gòu)五、鈣鈦礦（CaTiO3）結(jié)構(gòu)配位多面體連接與Ca2+配位數(shù)Ti?CaCaTiO3晶胞ABO3型立方晶系：以一個(gè)Ca2+和3個(gè)O2-作面心立方密堆，Ti4+占1/4八面體空隙。Ti4+配位數(shù)6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)，Ca2+配位數(shù)12，rc/ra=0.96，O2-配位數(shù)6；鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)中離子間關(guān)系如下:（容忍因子）設(shè)A位離子半徑為rA,B位離子半徑為rB,O2-半徑為ro,由于(2rA+2ro)2=a2以及a=2rA+2ro所以，rA+ro＝√2(rB+ro）但是，實(shí)際測(cè)定發(fā)現(xiàn)，A、B離子半徑有一定的變動(dòng)范圍，可表示為：

rA+ro＝t√2（rB+ro）式中，t為容忍因子，t=0.77∽1.10鈣鈦礦型化合物化學(xué)計(jì)量比可以是A2+B4+O3(如BaTiO3和PbZrO3)或是A3+B3+O3(如LaGaO3,LaAlO3)；也可以A1+B5+O3(如KNbO3,NaWO3)或A1+B2+O3（KNiF3）;混合形式如Pb(Mg1/2Nb2/3)O3和Pb(Sc1/2Ta1/2)O3也是可能的。在這些例子中，A格位離子都是較大的。從容忍因子看，A位離子越大，B位離子才能較大。決定離子晶體結(jié)構(gòu)的基本因素離子半徑離子的極化結(jié)晶化學(xué)定律

哥希密特結(jié)晶化學(xué)定律：晶體的構(gòu)型取決于其結(jié)構(gòu)基元（原子、離子或原子團(tuán)）的數(shù)量關(guān)系、離子的大小關(guān)系和極化作用的性質(zhì)。鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則描述的是有關(guān)離子晶體結(jié)構(gòu)與其化學(xué)組成關(guān)系的一些基本規(guī)律。是從實(shí)踐基礎(chǔ)上概括出來(lái)的，是經(jīng)驗(yàn)性的，只能說(shuō)明一般的情況（所依據(jù)的主要參數(shù)是離子半徑）。鮑林規(guī)則符合大多數(shù)離子晶體的結(jié)構(gòu)情況，對(duì)過(guò)渡元素化合物不完全適用，更不適用非離子晶體。1．鮑林第一規(guī)則--負(fù)離子配位多面體規(guī)則

在離子晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)正離子周圍都形成一個(gè)負(fù)離子配位多面體；正負(fù)離子間距離取決于離子半徑之和，正離子配位數(shù)取決于正負(fù)離子半徑之比，與離子電價(jià)無(wú)關(guān)。

在一個(gè)穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，從所有相鄰接的陽(yáng)離子到達(dá)一個(gè)陰離子的靜電鍵的總強(qiáng)度，等于陰離子的電荷數(shù)。2．鮑林第二規(guī)則---靜電價(jià)規(guī)則靜電鍵強(qiáng)度，負(fù)離子電價(jià)要等于它周圍每個(gè)正離子分給它的電價(jià)之和

也就是說(shuō)：在一個(gè)穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，在形成每一個(gè)離子鍵時(shí)，正離子給出的價(jià)電子數(shù)應(yīng)等于負(fù)離子得到的價(jià)電了數(shù)，因此有：