典型離子晶體結(jié)構(gòu)演示文稿

典型離子晶體結(jié)構(gòu)演示文稿目前一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點解：氧化鎂是一個離子化合物。因此，計算時必須使用離子半徑而不能使用原子半徑。（1）氧化鎂的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，由圖可知，氧化鎂的晶格常數(shù)（2）每一個單位晶胞中含有4個Mg2+及4個O2-，1mol的Mg2+具有24g的質(zhì)量，1mol的O2-具有16g的質(zhì)量。目前二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點一、AB型化合物結(jié)構(gòu)

1、CsCl晶體結(jié)構(gòu)

③第三規(guī)則8個[CsCl8]共棱，共面相連，實際[CsCl8]共面相連目前三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點Cl-Cs+目前四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2)結(jié)構(gòu)特點：可見：CsCl晶體結(jié)構(gòu)是Cl-作簡單立方堆積，Cs+充填在全部立方體間隙中，CsCl屬立方晶系，簡單立方點陣，晶格常數(shù)a0=0.411nm，兩套格子穿插而成，相差1/2單位每個晶胞中含有一個CsCl分子。

3)屬于CsCl結(jié)構(gòu):CsBr，CsI.目前五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點③第三規(guī)則：八面體可共棱，共面連接，實際共棱相連。２、NaCl型結(jié)構(gòu)目前六頁\總數(shù)七十四頁\編于九點目前七頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2)結(jié)構(gòu)特點：Cl-作立方密堆，Na+占據(jù)所有八面體空隙，立方晶系，面心立方點陣，兩套面心立方點陣穿插構(gòu)成，每個晶胞含有4個NaCl分子。3) 屬于NaCl結(jié)構(gòu)二價金屬氧化物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Cl-，占據(jù)Cl-位置。目前八頁\總數(shù)七十四頁\編于九點3、立方ZnS型結(jié)構(gòu)（閃鋅礦）

1）鮑林規(guī)則

目前九頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2）結(jié)構(gòu)特點立方晶系，面心立方點陣，a=0.542nm。S2-作立方密堆，Zn2+占據(jù)一半四面體空隙，S2-、Zn2+均四配位。每個晶胞內(nèi)有四個ZnS分子。3）屬于該類型結(jié)構(gòu)物質(zhì)屬于立方ZnS結(jié)構(gòu)的有SiC，Be、Cd的硫化物等。

目前十頁\總數(shù)七十四頁\編于九點目前十一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點4六方ZnS結(jié)構(gòu)（纖鋅礦型）六方ZnS又叫纖鋅礦，屬六方晶系，每個晶胞中含有四個離子結(jié)構(gòu)中S2-做六方最緊密堆積，Zn2+占據(jù)四面體空隙的一半。常見纖鋅礦結(jié)構(gòu)的BeO、ZnO、CdS等晶體。

目前十二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點

H:/picAB2型化合物結(jié)構(gòu)

目前十三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點目前十四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2）結(jié)構(gòu)特點立方晶系,面心立方點陣，把Ca2+作立方堆積，F(xiàn)-占據(jù)全部四面體空隙，若F-作立方堆積，Ca2+只占據(jù)一半的立方體空隙。從空間格子觀點看，一套Ca2+面心立方格子與兩套F-面心立方格子穿插而成。晶胞內(nèi)有4個CaF2分子。目前十五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點(3）反螢石型結(jié)構(gòu)一些堿金屬氧化物Li2O、Na2O、K2O結(jié)構(gòu)中的正、負離子分布剛好與CaF2相反，陽離子占據(jù)F-位置，O2-占據(jù)Ca2+位置。(4)屬于CaF2型結(jié)構(gòu)有UO2、ThO2等，c-ZrO2可認為是扭曲了的CaF2型結(jié)構(gòu)。（5）螢石用途

鋼鐵工業(yè)，每熔煉一噸鐵，需螢石6～9公斤，每生產(chǎn)一噸鋼，需螢石2～9公斤,螢石的主要作用是與其它的造渣材料，生成低熔點物質(zhì)，即降低渣的熔點，提高渣的流動性,促進鋼渣界面反應，脫S/P。目前十六頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2、金紅石（TiO2）型結(jié)構(gòu)

目前十七頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（2）結(jié)構(gòu)特點：①四方晶系，簡單四方點陣，a=b=0.458nm，c=0.295nm。②O2-近似成六方最緊密堆積，Ti4+填充半數(shù)的八面體空隙中，從空間格子觀點看，則是四套O，兩套Ti的四方原始格子互相穿插而成。③晶胞內(nèi)有2個分子TiO2。（3）屬于TiO2型結(jié)構(gòu)有：GeO2、SnO2、PbO2、MnO2、CoO2、MnF2、FeF2、MgF2等。目前十八頁\總數(shù)七十四頁\編于九點目前十九頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（4）性質(zhì)及應用：TiO2具有較大的折射率(n=2.76),

制備高折射玻璃的原料。TiO2具有較大的介電常數(shù)，電容器瓷料。涂料（白色），它使涂料具有鮮艷的白度、亮度和遮蓋力。TiO2有三種變體：金紅石、銳鈦礦和板鈦礦。目前二十頁\總數(shù)七十四頁\編于九點三、A2B3型結(jié)構(gòu)1、剛玉（α-Al2O3）型結(jié)構(gòu)目前二十一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點

（2）結(jié)構(gòu)特點：

n個O2-作六方最緊密堆積可形成n個八面體空隙和2n個四面體空隙，故Al3+只填充了2/3八面體空隙，其余的1/3間隙是空著的，要使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，必須Al3+的排列使Al3+間距最大，因此，每3個相鄰的八面體空隙（垂直和水平方向）就有一個有規(guī)則空著。目前二十二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（3）屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)：Cr2O3、Fe2O3、V203等。（4）性質(zhì)及應用：α-Al2O3剛玉，熔點高2050℃，硬度大，莫氏9級，靜電鍵強度1/2，較大，晶格能大，是高溫耐火材料和高溫無線電陶瓷中主要礦相。α-Al2O3白寶石，摻鉻紅寶石，摻鈦為藍寶石。

目前二十三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點四、ABO3型結(jié)構(gòu)

通式中A、B代表正離子，一般A代表二價金屬正離子，如Ca2+、Pb2+、Ba2+等，B代表四價正離子如C4+、Ti4+等。

以鈣鈦礦（CaTiO3）和方解石(CaCO3)為例。目前二十四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點1、鈣鈦礦（CaTiO3)型目前二十五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2+4+2-目前二十六頁\總數(shù)七十四頁\編于九點③八面體可共棱、共面，實際共頂相連。④對一種以上正離子、電價高，配位數(shù)小的正離子的配位多面體特別傾向于共頂相連，[TiO6]共頂相連。⑤在同一晶體中，同種正離子與同種負離子的結(jié)合方式應最大限度地趨于一致。Ca2+的配位數(shù)12，[CaO12]十四面體一種形狀，Ti4+的配位數(shù)6，[TiO6]八面體一種形狀，總數(shù)量較少。

目前二十七頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2）結(jié)構(gòu)特點①O2-和半徑較大的正離子Ca2+一起按立方最緊密堆積排列；②較小的正離子Ti4+在O2-的八面體中心；③Ca2+在八個八面體的空隙中；④[TiO6]八面體群互相以頂角相連形成三維空間結(jié)構(gòu)3）屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：BaTiO3、SrTiO3、PbTiO3、PbZrO3、SrZrO3等。

目前二十八頁\總數(shù)七十四頁\編于九點4)性質(zhì)與應用褐至灰黑色；金剛光澤，解理不完全；參差狀斷口；硬度5.5～6。許多超導體及鐵電體具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，而超導體、鐵電體在工業(yè)上特別是信息功能材料領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的應用。目前二十九頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2、方解石（CaCO3）型

Ca2+配位數(shù)為6，若結(jié)構(gòu)中全部Ca2+被Mg2+取代，則成為菱鎂礦（MgCO3）結(jié)構(gòu)，若一半被Mg2+取代，則成為白云石[CaMg（CO3）2]結(jié)構(gòu)，菱鎂礦，白云石是堿性耐火材料的重要原料。

目前三十頁\總數(shù)七十四頁\編于九點五、尖晶石型（AB2O4）結(jié)構(gòu)

一般A是二價金屬離子Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+等，B是三價金屬離子Al3+、Cr3+、Fe3+、Co3+等。正離子A、B總電價為8，氧離子作立方密堆，A、B則充填在氧離子間隙中。

目前三十一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點目前三十二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（c）八面體間可共棱、共面，實際每二個[AlO6]八面體間共棱相連，四面體間不共頂。（d）低配位數(shù)的[MgO4]之間排斥力較大，盡可能互不結(jié)合，而高配位的[AlO6]可以互相連接。（e）Mg-O總是形成[MgO4]四面體，Al-O總是形成[AlO6]八面體。目前三十三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2+3+2-目前三十四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點

（2）結(jié)構(gòu)特點尖晶石的晶胞是由8個亞晶胞拼合而成，分兩種情況，A塊，B塊。2+3+2-A塊離子排列情況：4個O2-位于頂角和面心處，即O2-作面心立方堆積，3/2個Al3+位于6條邊中心，即處于O2-堆積體的八面體空隙中，2個Mg2+在一條對角線方向，與三個面心處和一個頂角的O2-相連，即處于O2-堆積體的四面體空隙中。目前三十五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點B塊離子堆積情況：4個O2-位于面心和頂角處，5/2個Al3+位于體心和六條邊中心，在O2-八面體空隙中，B塊中沒有Mg2+。2+3+2-在一個尖晶石晶胞中，共有32個O2-，16個Al3+，8個Mg2+，含有8個分子MA。目前三十六頁\總數(shù)七十四頁\編于九點在一個尖晶石晶胞中，共有32個O2-，16個Al3+，8個Mg2+，含有8個分子MA。如果16個Al3+中有8個Al3+占據(jù)8個四面體空隙，另8個Al3+與8個Mg2+占據(jù)16個八面體空隙，形成的結(jié)構(gòu)稱反尖晶石結(jié)構(gòu)，通式B(AB)O4。如：鎂鐵尖晶石Fe3+(Mg2+Fe3+)O4—MgO·Fe2O3磁鐵礦Fe3+(Fe2+Fe3+)O4—FeOFe2O3（3）尖晶石特點：

Al-O、Mg-O均形成較強離子鍵，結(jié)構(gòu)牢固，硬度大（8），熔點高（2135℃），化學性質(zhì)穩(wěn)定，無解理，是重要的耐火材料。目前三十七頁\總數(shù)七十四頁\編于九點分析方法：（１）鮑林規(guī)則分析，解決多面體形狀，幾個多面體共幾個頂相連，（２）結(jié)構(gòu)特點：晶系，點陣類型，空間群，晶胞，離子排布，密排間隙，格子穿插，晶胞分子數(shù)等，（３）屬于該結(jié)構(gòu)類型的物質(zhì)，（４）性質(zhì)、應用目前三十八頁\總數(shù)七十四頁\編于九點第三節(jié)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

鋁：7.45wt%硅：26.0wt%氧：49.13wt%地殼中的主要礦物為硅酸鹽和鋁硅酸鹽基本結(jié)構(gòu)單元的構(gòu)造基本結(jié)構(gòu)單元間的連接結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上特征等

目前三十九頁\總數(shù)七十四頁\編于九點一、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的一般特點和分類1、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)基本特點1）Si-O→[SiO4]四面體，是硅酸鹽結(jié)構(gòu)基本單元，起骨干作用。2）一個氧離子最多只能被2個[SiO4]四面體所共有。目前四十頁\總數(shù)七十四頁\編于九點3）Si4+間不存在直接的鍵，通過O2-聯(lián)接。4）[SiO4]四面體可弧立存在，或兩個[SiO4]四面體間共頂相連。不能共棱，共面相連。5）Si-O-Si的結(jié)合鍵不形成一直線，而是折線，鍵角接近。目前四十一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類橋氧：連接2個Si4+的氧，Si-O-Si非橋氧：連接一個Si4+的氧，Si-O-R按[SiO4]四面體排列方式分類：①島狀硅酸鹽[SiO4]四面體弧立存在，無橋氧，Si:O=1:4②組群狀硅酸鹽雙四面體一個橋氧Si:O=2:7三節(jié)環(huán)三個橋氧四節(jié)環(huán)四個橋氧Si:O=1:3六節(jié)環(huán)六個橋氧RR目前四十二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點雙四面體目前四十三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點三節(jié)環(huán)和六節(jié)環(huán)目前四十四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點③鏈狀硅酸鹽單鏈：[SiO4]在一維方向通過橋氧相連，Si:O=1:3雙鏈：兩個[SiO4]單鏈在一維方向通過橋氧相連4:11目前四十五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點④層狀硅酸鹽[SiO4]在二維方向通過橋氧相連，Si:O=4:10⑤架狀硅酸鹽[SiO4]在三維方向通過橋氧相連，Si:O=1:2層狀架狀目前四十六頁\總數(shù)七十四頁\編于九點3、硅酸鹽表示法1）化學組成表示法即把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫下來，先是一價的堿金屬氧化物，其次是2價、3價的金屬氧化物，然后是SiO2，最后是H2O。如高嶺石：Al2O3·2SiO2·2H2O。綠柱石：3BeO·Al2O3·6SiO2。這種寫法特點：能反映出組成化學成分克分子比，但不能反映結(jié)構(gòu)特點。目前四十七頁\總數(shù)七十四頁\編于九點目前四十八頁\總數(shù)七十四頁\編于九點2）結(jié)構(gòu)表示法按電價高低寫出各金屬元素，再寫Si-O結(jié)合情況，最后寫羥基。如高嶺土，Al2[Si2O5](OH)4綠柱石Be3Al2[Si6O18]透閃石：2CaO·5MgO·8SiO2·H2OCa2Mg5[Si8O22](OH)2或Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2雙鏈目前四十九頁\總數(shù)七十四頁\編于九點二、島狀結(jié)構(gòu)

化合物分子式：2R2O·SiO2→R4[SiO4]2RO·SiO2→R2[SiO4]RO2·SiO2→R[SiO4]目前五十頁\總數(shù)七十四頁\編于九點鎂橄欖石（M2S)結(jié)構(gòu)目前五十一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點3）四面體不相連，八面體共棱相連。4）Si-O形成[SiO4]四面體，弧立存在，由[MgO6]連接起來。5）Si-O→[SiO4]，Mg-O→[MgO6]目前五十二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（2)結(jié)構(gòu)特點

1）各[SiO4]4-是單獨存在的，其頂角相互地朝上朝下。２）各[SiO4]4-四面體只通過O-Mg-O鍵連接一起。目前五十三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點(4)屬于該類型結(jié)構(gòu)有：Zr[SiO4]、(Mg、Fe)2[SiO4]或(Ca、Mg)2[SiO4]橄欖石，三石（硅線石，紅柱石，蘭晶石），水泥熟料中γ-C2S（γ-Ca2[SiO4]）。（５）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：由于Mg-O鍵和Si-O鍵都比較強，所以鎂橄欖石表現(xiàn)出較高的硬度，熔點達到1890℃，是鎂質(zhì)耐火材料的主要礦物，同時，由于各個方向上鍵力分布比較均勻，所以橄欖石結(jié)構(gòu)沒有明顯的解理，破碎后呈現(xiàn)粒狀。目前五十四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點三、組群狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)

組群狀結(jié)構(gòu)：由[SiO4]4-通過共用氧（橋氧）相連生成的２個，３個，４個或６個硅氧組群。目前五十五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點綠柱石3BeO·Al2O3·6SiO2

結(jié)構(gòu)特點：六個[SiO4]四面體組成一個六節(jié)環(huán)，沿著C軸平行排列，粗線組成的六節(jié)環(huán)是上面一層，細線組成的六節(jié)環(huán)是下面一層，上、下層投影不重疊，相差，環(huán)與環(huán)之間不直接相連，通過Al3+和Be2+聯(lián)系起來，Be-O→[BeO4]四面體，Al-O→[AlO6]八面體，[BeO4]與[AlO6]共棱相連。

目前五十六頁\總數(shù)七十四頁\編于九點結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：綠柱石結(jié)構(gòu)的六節(jié)環(huán)內(nèi)沒有其它離子存在，使晶體結(jié)構(gòu)中存在大的環(huán)形空腔，當有電價低、半徑小的離子（如Na+）存在時，在直流電場中，晶體會表現(xiàn)出顯著的離子電導，在交流電場中會有較大的介電損耗，當晶體受熱時，質(zhì)點熱振動的振幅增大，大的空腔使晶體不會有明顯的膨脹，因而表現(xiàn)出較小的熱膨脹系數(shù)。目前五十七頁\總數(shù)七十四頁\編于九點層狀結(jié)構(gòu)基本特點：（1）由[SiO4]彼此通過三個公共氧連接成位于一個平面上的六節(jié)環(huán)向二維空間延伸構(gòu)成硅氧層。（2）在六節(jié)環(huán)的硅氧層中可取出一個矩形單位，a=0.52nm，b=0.90nm，結(jié)構(gòu)單元[Si4O10]4-，整個[SiO4]層化學式表示為[Si4O10]n4n-。五層狀結(jié)構(gòu)

目前五十八頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（3）對每一個[SiO4]，其中三個氧又與另外Si4+相連，只有一個活性氧，這個活性氧因價態(tài)未飽和，不穩(wěn)定，所以它可以同其它陽離子相連接，如Al3+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Li+、Na+、K+等。（4）層內(nèi)鍵力》層間鍵力，易沿層間解理。（5）硅氧層可以分兩類：所有的活性氧都指向同一個方向?；钚匝醺刂赶蛏虾椭赶蛳路较?。目前五十九頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（6）層狀結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)（單網(wǎng)層結(jié)構(gòu)）：一個八面體層+四面體層結(jié)構(gòu)，如：高嶺石三層結(jié)構(gòu)（復網(wǎng)層結(jié)構(gòu)）：一個八面體層+二個四面體層結(jié)構(gòu)，如：滑石

目前六十頁\總數(shù)七十四頁\編于九點1、高嶺石（屬于單網(wǎng)層結(jié)構(gòu)）

目前六十一頁\總數(shù)七十四頁\編于九點1)結(jié)構(gòu)組成：

一層硅氧四面體層與一層[Al（OH）6]八面體層組成，兩層結(jié)合時，[SiO4]層中活性氧進入[Al（OH）6]中，取代1/3（OH-）形成[AlO2（OH）4]八面體→高嶺石結(jié)構(gòu)。高嶺石晶體結(jié)構(gòu)（a）在（001）面投影;，（b）（010）面投影，（100）面投影圖

目前六十二頁\總數(shù)七十四頁\編于九點高嶺石結(jié)構(gòu)投影圖

結(jié)構(gòu)特點：單網(wǎng)層、一層[SiO4]與一層[AlO2(OH)4]相連。二八面體，三價Al3+填充八面體空隙，只填充2/3個。單網(wǎng)層的一側(cè)為OH-，另一側(cè)為O2-，層與層間主要為氫鍵結(jié)合。從（001）面投影圖可見，[SiO4]四面體組成的六節(jié)環(huán)與[AlO2（OH）4]組成的六節(jié)環(huán)的位置是錯開的，降低了晶體結(jié)構(gòu)的對稱。（2）在自然界中常見的高嶺石類礦物是高嶺石、地開石、珍珠陶土。目前六十三頁\總數(shù)七十四頁\編于九點（2）葉蛇紋石又稱岫玉，形成于鎂質(zhì)碳酸巖的變質(zhì)大理石中，全國最大的蛇紋石玉礦在遼寧省岫巖縣哈達碑鎮(zhèn)瓦溝，岫巖玉以綠色為主，還有紅、黃、白、青、藍、紫色和墨綠、淡黃、乳白色?？芍^七彩斑斕，五光十色。硬度一般介于3.5至5之間。

目前六十四頁\總數(shù)七十四頁\編于九點化學式3MgO·2SiO2·2H2O，結(jié)構(gòu)式Mg6[Si4O10]（OH）8結(jié)構(gòu)組成：相當于在高嶺石結(jié)構(gòu)中，用Mg2+取代Al3+，為保持電價平衡，需用3個Mg2+取代2個Al3+目前六十五頁\總數(shù)七十四頁\編于九點4、葉臘石類(屬三層結(jié)構(gòu))主要有葉臘石、蒙脫石、滑石。葉臘石構(gòu)成：將高嶺石的雙層結(jié)構(gòu)再加上一層[SiO4]四面體層。成分：Al2O3·4SiO2·H2OAl2[Si4O10