常見的晶體結(jié)構(gòu)詳解

常見的晶體結(jié)構(gòu)ppt課件當(dāng)前第1頁\共有54頁\編于星期六\6點一、晶體化學(xué)基本原理1.原子半徑與離子半徑在晶體結(jié)構(gòu)中原子或離子處于相接觸時的半徑有效半徑：離子晶體中，正負(fù)離子相接觸的中心距，即為正負(fù)離子的半徑之和；共價鍵化合物的晶體中，兩個相鄰鍵合的中心距，即是兩個原子的共價半徑之和。在純金屬的晶體中，兩個相鄰原子中心距的一半，就是金屬原子半徑。當(dāng)前第2頁\共有54頁\編于星期六\6點2.球體緊密堆積原理離子晶體和原子晶體中原子和離子在結(jié)構(gòu)中堆積相當(dāng)于球體相互作最緊密堆積。晶體的緊密堆積有兩種：如純金屬晶體的等大球體最緊密堆積和離子作不等大球體的緊密堆積。當(dāng)前第3頁\共有54頁\編于星期六\6點ABABC等大球體緊密堆積方式（球體代表原子）當(dāng)前第4頁\共有54頁\編于星期六\6點四面體空隙和八面體空隙數(shù)

八面體空隙四面體空隙每個球周圍有8個四面體空隙，6個八面體空隙。n個等徑球堆積時，其四面體空隙數(shù)為8n/4=2n,八面體空隙數(shù)為6n/6=n當(dāng)前第5頁\共有54頁\編于星期六\6點Unitcell面心立方緊密堆積Face-centeredcubic

(ABCABC…)當(dāng)前第6頁\共有54頁\編于星期六\6點六方緊密堆積hcp(ABAB…)

Close-packedhexagonal當(dāng)前第7頁\共有54頁\編于星期六\6點Interstitials

TetrahedronOctahedron當(dāng)前第8頁\共有54頁\編于星期六\6點3.原子和離子的配位數(shù)指在晶體結(jié)構(gòu)中，該原子或離子的周圍與它直接相鄰結(jié)合的原子個數(shù)或所有異號離子的個數(shù)原子或離子的周圍與它直接相鄰結(jié)合的原子或離子的中心聯(lián)線所構(gòu)成的多面體，稱為原子或離子的配位多面體當(dāng)前第9頁\共有54頁\編于星期六\6點正負(fù)離子半徑比值與配位數(shù)的關(guān)系值正離子的配位數(shù)負(fù)離子多面體的形狀實例0.000~0.1552直線形干冰CO20.155~0.2253三角形B2O30.225~0.4144四面體SiO2，GeO20.414~0.7326八面體NaCl，MgO，TiO20.732~1.0008立方體ZrO2，CaF2，CsCl1.000以上12立方八面體Cu當(dāng)前第10頁\共有54頁\編于星期六\6點TetrahedronCenteroftetrahedron,o,oD=(3/4)DE2RfccABCDoACBED當(dāng)前第11頁\共有54頁\編于星期六\6點2RRR2r當(dāng)前第12頁\共有54頁\編于星期六\6點4.鮑林規(guī)則第一規(guī)則

在正離子周圍，形成一個負(fù)離子配位多面體，正負(fù)離子間的距離取決于它們的半徑之和，而配位數(shù)取決于它們的半徑之比。第二規(guī)則（靜電價規(guī)則）在一個穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個負(fù)離子的電價等于從鄰近的正離子配給該負(fù)離子各靜電鍵強度的總和。

當(dāng)前第13頁\共有54頁\編于星期六\6點第三規(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。圖2-44四面體和八面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)第四規(guī)則在晶體中有一種以上的正離子，那么高電價正離子的低配位數(shù)多面體之間盡可能彼此互不結(jié)合的趨勢。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.簡單立方結(jié)構(gòu)sc(ABCABC…)當(dāng)前第14頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-44四面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)(中心正離子間的距離為：1：0.58:0.33)

當(dāng)前第15頁\共有54頁\編于星期六\6點幻燈片11圖2-44八面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)(中心正離子間的距離為：1：0.71:0.58)當(dāng)前第16頁\共有54頁\編于星期六\6點簡單立方結(jié)構(gòu)sc

(ABCABC…)二、典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.原子緊密堆積方式當(dāng)前第17頁\共有54頁\編于星期六\6點體心

bcc

結(jié)構(gòu)

(ABCABC…)當(dāng)前第18頁\共有54頁\編于星期六\6點Unitcell面心立方緊密堆積

(ABCABC…)當(dāng)前第19頁\共有54頁\編于星期六\6點六方緊密堆積hcp(ABAB…)

當(dāng)前第20頁\共有54頁\編于星期六\6點2.原子的配位數(shù)與空隙簡單立方結(jié)構(gòu)中原子的配位數(shù)為6，體心立方結(jié)構(gòu)中原子的配位數(shù)為8。當(dāng)前第21頁\共有54頁\編于星期六\6點密排六方結(jié)構(gòu)中原子的配位數(shù)為12密排六方結(jié)構(gòu)中原子的配位數(shù)當(dāng)前第22頁\共有54頁\編于星期六\6點面心立方結(jié)構(gòu)中原子的配位數(shù)為12當(dāng)前第23頁\共有54頁\編于星期六\6點OctahedralsitesCubeandedgecentersitesTetrahedralsites8晶體結(jié)構(gòu)中的間隙位（1）:fcc當(dāng)前第24頁\共有54頁\編于星期六\6點當(dāng)前第25頁\共有54頁\編于星期六\6點2RRR2r當(dāng)前第26頁\共有54頁\編于星期六\6點TetrahedronCenteroftetrahedron,o,oD=(3/4)DE2RfccABCDoACBEDfcc當(dāng)前第27頁\共有54頁\編于星期六\6點Octahedralsites:Faceandedgecentersites晶體結(jié)構(gòu)中的空隙位(2):bcc面心和棱中點當(dāng)前第28頁\共有54頁\編于星期六\6點a/4abccTetrahedralsites側(cè)面中心線1/4和3/4處當(dāng)前第29頁\共有54頁\編于星期六\6點a0/4a0/2bccrinRbccTetrahedralsites當(dāng)前第30頁\共有54頁\編于星期六\6點a0/4a0/2bccrinRbccoctahedralsites當(dāng)前第31頁\共有54頁\編于星期六\6點Octahedralsites:××6晶體結(jié)構(gòu)中的空隙位(3):hcp當(dāng)前第32頁\共有54頁\編于星期六\6點晶體結(jié)構(gòu)中的空隙位(3):hcpTetrahedralsites××××棱和中心線的1/4和3/4處當(dāng)前第33頁\共有54頁\編于星期六\6點SCFCCBCCRRa0RR2Ra0RR2Ra03.點陣常數(shù)與原子半徑當(dāng)前第34頁\共有54頁\編于星期六\6點HCPC0C0/2*HCP點陣常數(shù)與原子半徑C0/22R2R當(dāng)前第35頁\共有54頁\編于星期六\6點Simplecubic4.一個晶胞中占有的原子數(shù)當(dāng)前第36頁\共有54頁\編于星期六\6點Body-centeredcubicFace-centeredcubic當(dāng)前第37頁\共有54頁\編于星期六\6點HCP當(dāng)前第38頁\共有54頁\編于星期六\6點5.堆積系數(shù)當(dāng)前第39頁\共有54頁\編于星期六\6點三、常見無機化合物晶體結(jié)構(gòu)晶體的對稱性，晶族晶系，離子緊密堆積原理，離子的配位數(shù)，晶體的鍵型，一個晶胞所占有正負(fù)離子的數(shù)目，質(zhì)點所處的空間坐標(biāo)，空間格子類型以及同型結(jié)構(gòu)的化合物等無機化合物晶體結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容:當(dāng)前第40頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-48NaCL晶胞當(dāng)前第41頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-49CsCL晶胞當(dāng)前第42頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-50-ZnS晶胞ZnS005050502502500507575當(dāng)前第43頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-51a-ZnS晶胞ZnS當(dāng)前第44頁\共有54頁\編于星期六\6點當(dāng)前第45頁\共有54頁\編于星期六\6點S2-：(0,0,0),(2/3,1/3,1/2)Zn2+：(0,0,5/8),(2/3,1/3,1/8)S2-：(0,0,0),(1/3,2/3,1/2)Zn2+：(0,0,3/8),(1/3,2/3,7/8)

空間群為：分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：屬于六方ZnS結(jié)構(gòu)的化合物有Al、Ga、In的氮化物，一價銅的鹵化物，Zn、Cd、Mn的硫化物、硒化物。

當(dāng)前第46頁\共有54頁\編于星期六\6點

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(dǎo)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(dǎo)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當(dāng)前第47頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-52CaF2晶胞當(dāng)前第48頁\共有54頁\編于星期六\6點Ca2+：(0,0,0),(1/2,1/2,0)，(1/2,0,1/2),(0,1/2,1/2)F-：(1/4,1/4,1/4),(3/4,1/4,1/4),(1/4,3/4,1/4),(1/4,1/4,3/4),(3/4,3/4,1/4),(3/4,1/4,3/4),(1/4,3/4,3/4),(3/4,3/4,3/4)屬于立方面心點陣，結(jié)構(gòu)單元為一個CaF2

空間群為：分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：或?qū)⒏麟x子坐標(biāo)平移1/4Ca2+：(1/4,1/4,1/4),(3/4,3/4,1/4),(3/4,1/4,3/4),(1/4,3/4,3/4)F-：(1/2,1/2,1/2),(0,1/2,1/2),(1/2,04,1/2),(1/2,1/2,0),(0,0,1/2),(0,1/2,0),(1/2,0,0),(0,0,0)

當(dāng)前第49頁\共有54頁\編于星期六\6點

SrF2,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(fù)離子占據(jù)Ca2+的位置。

當(dāng)前第50頁\共有54頁\編于星期六\6點圖2-53金紅石晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)前第51頁\共有54頁\編于星期六\6點

TiO2型（金紅石型）

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。Pauling