典型晶体结构.ppt

1.7 典型晶体结构　 主要教学内容 元素单质的晶体结构 无机化合物的晶体结构 硅酸盐的晶体结构 同型结构 质点的种类不同，对应质点的排列方 式相同，称为同型结构。 典型结构 在若干种同型结构的晶体中选出一种 命名这种结构，即为典型结构。 元素单质的晶体结构 1.金属单质的晶体结构 典型的金属单质晶体，原子之间以金属键 结合，结构看成是由等大球紧密堆积而 成，原子配位数高。 结构按金属原子堆积方式可分为： A1型：立方最紧密堆积 A2型：立方体心紧密堆积 A3型：六方最紧密堆积 ⑴铜的晶体结构 属A1型，空间群Fm3m， 立方最紧密堆积，立方面心格子, ao=0.3608nm，CN=12，Z=4。 具有铜型结构的有Au、Ag、Pb、Ni、 Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等单质 晶体。 ⑵α-Fe的晶体结构 属A2型，空间群为Im3m，铁原子成立 方紧密堆积，立方体心格子。 ao=0.2860nm，CN=8，Z=2。 属α-Fe型结构的有W、Mo、Li、 Na、K、Rb、Cs、Ba等。 α-Fe晶体结构模型 属Os型结构的有Mg、Zn、Rh、Sc、 Gd、Y、Cd等。 2.非金属单质的晶体结构 原子之间多以共价键结合。原子配位 数一般符合CN = 8-N规则。 N：非金属原子在元素周期表中的族 数。 ⑴金刚石的晶体结构 等轴晶系，空间群 Fd3m， ao=0.3570nm，CN=4，Z=8。 金刚石的立方面心晶胞 碳原子除了位于晶胞的角顶和面心之 外，若将晶胞等分为8个小立方体，在 相间的小立方体的中心还存在着碳原 子。 Ⅰ型 (含N) Ⅰa型：N为N2、N3 、N n， 98%的天然无色--黄色钻石属于此类。 Ⅰb 型：N为孤N， 多数合成钻石属于此类。 Ⅰ型金刚石的主要用途：刀具、拉丝 模、砂轮、钻头等。 Ⅱ型（基本不含N） Ⅱa型：不含B，自然界少见，导热 很好。主要作为人造卫星、宇宙飞船、 远程导弹等的红外激光器的窗口材料。 Ⅱb型：含少量B，为半导体，天然蓝色钻石多为此类型。 ⑵石墨（C）的晶体结构 六方晶系，空间群P63/mmc，ao=0.246nm，co=0.680nm，Z=4。 石墨具有典型的层状结构，每层由碳原 子排列形成六方环状网，上层六方网环 的碳原子有一半对着下层六方网环的中 心。 层内每一个碳原子都与三个碳原子相 连，间距是0.1427nm 。层间碳原子的 间距为0.3355nm。因此石墨层间键的 强度比层内的弱。 AFM的逊原子分辨能力 Subatomic resolution by AFM First experimental image showing internal atomic structures. 由AFM显示的2H石墨中的碳原子 Revealing the hidden atom in graphite with AFM showing all atoms within the hexagonal graphite unit cells. 石墨的主要性能及用途： 耐高温性：熔点3580℃。石墨坩埚、耐火砖等。 润滑性：用作润滑剂，在-200-2000℃下有极高的滑动速度。 导电性：电极、电刷、电池、碳棒、碳管等。 化学稳定性：油漆、油墨、橡胶、塑料填料。 无机化合物的晶体结构 二元无机化合物晶体 1.AX型晶体 阴阳离子电价相同，比例为1:1。 主要有NaCl 型、 CsCl型、 ZnS型等。 NaCl的立方面心晶胞 属于NaCl型结构的二元化合物有： 卤化物(AX)， A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+ … X=F-、Cl-、Br-。 氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+ 氢化物 (AH), A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+… 硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+… 硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+… 碲化物 (ATe ), A= Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2… 碳化物（AC）， A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Th… 氮化物(AN), A=Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Np、Pu、Th、U… 过渡金属元素的氧化物。 ⑴CsCl型 等轴晶系，空间群Pm3m， a=0.411nm，CN=8，Z=1。 AX型化合物中，r+/r->0.732时，多为 CsCl型结构。 ⑶闪锌矿（α-ZnS）型结构 等轴晶系，空间群 ao=0.540nm，Z=4。CN=4 结构稳定于r+/r-=0.414－0.225的范围。 闪锌矿（α-ZnS）