晶体化学的基础知识.ppt

??（1）请分析?－C3N4晶体中，C原子和N原子的杂化类型以及它们在晶体中的成键情况；（2）请在图1中画出?－C3N4的一个结构基元，并指出该结构基元包括个碳原子和个氮原子；第63页,共89页，2024年2月25日，星期天（3）实验测试表明，?－C3N4晶体属于六方晶系，晶胞结构见图2（图示原子都包含在晶胞内），晶胞参数a=0.64nm,c=0.24nm,请计算其晶体密度，（4）试简要分析?－C3N4比金刚石硬度大的原因（已知金刚石的密度为3.51g.cm-3）。第64页,共89页，2024年2月25日，星期天答案1．?解：（1）?－C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化；1个C原子与4个处于四面体顶点的N原子形成共价键，1个N原子与3个C原子在一个近似的平面上以共价键连接。第65页,共89页，2024年2月25日，星期天（2）一个结构基元包括6个C和8个N原子。第66页,共89页，2024年2月25日，星期天（3）从图2可以看出，一个?－C3N4晶胞包括6个C原子和8个N原子，其晶体密度为：计算结果表明，?－C3N4的密度比金刚石还要大，说明?－C3N4的原子堆积比金刚石还要紧密，这是它比金刚石硬度大的原因之一。第67页,共89页，2024年2月25日，星期天（4）?－C3N4比金刚石硬度大，主要是因为：（1）在?－C3N4晶体中，C原子采取sp3杂化，N原子采取sp2杂化，C原子和N原子间形成很强的共价键；（2）C原子和N原子间通过共价键形成网状结构；（3）密度计算结果显示，?－C3N4晶体中原子采取最紧密的堆积方式，说明原子间的共价键长很短而有很强的键合力。第68页,共89页，2024年2月25日，星期天例题2题目：今年3月发现硼化镁在39K呈超导性，可能是人类对超导认识的新里程碑。在硼化镁晶体的理想模型中，镁原子和硼原子是分层排布的，像维夫饼干，一层镁一层硼地相间，图5—l是该晶体微观空间中取出的部分原于沿C轴方向的投影，白球是镁原子投影，黑球是硼原子投影，图中的硼原子和镁原子投影在同一平面上。第69页,共89页，2024年2月25日，星期天硼化镁的晶体结构投影图第70页,共89页，2024年2月25日，星期天由图5—l可确定硼化镁的化学式为：画出硼化镁的一个晶胞的透视图，标出该晶胞内面、棱、顶角上可能存在的所有硼原子和镁原子（镁原子用大白球，硼原子用小黑球表示）。第71页,共89页，2024年2月25日，星期天解答[1]MgB2[2]第72页,共89页，2024年2月25日，星期天例题3最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结构可看作由镁原子和镍原子在一起进行(面心)立方最密堆积(ccp)，它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是1:3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。6－1画出该新型超导材料的一个晶胞（碳原子用小球，镍原子用大球，镁原子用大球）。6－2写出该新型超导材料的化学式。第73页,共89页，2024年2月25日，星期天答案答案：6－1（5分）在（面心）立方最密堆积－填隙模型中，八面体空隙与堆积球的比例为1:1,在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和所有棱的中心位置，它们的比例是1:3，体心位置的八面体由镍原子构成，可填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳原子。第74页,共89页，2024年2月25日，星期天6－2（1分）MgCNi3（化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错）。第75页,共89页，2024年2月25日，星期天例题4C60的发现开创了国际科学界的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a＝1420pm。在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K＋填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K＋和C60－存在，且C60－可近似看作与C60半径相同的球体。已知C的范德华半径为170pm，K＋的离子半径133pm。第76页,共89页，2024年2月25日，星期天（1）掺杂后晶体的化学式为；晶胞类型为；如果C60－为顶点，那么K＋所处的位置是