常见九种典型的晶体结构分析.ppt
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1、常见九种典型的晶体结构常见九种典型的晶体结构1 1 金属单质结构金属单质结构金属单质结构金属单质结构2 2 氯化铯结构氯化铯结构氯化铯结构氯化铯结构3 CaI3 CaI2 2结构结构结构结构4 4 萤石结构萤石结构萤石结构萤石结构5 5 食盐食盐食盐食盐结构结构结构结构6 6 闪锌矿结构闪锌矿结构闪锌矿结构闪锌矿结构7 7 金刚石结构金刚石结构金刚石结构金刚石结构8 8 钙钛矿结构钙钛矿结构钙钛矿结构钙钛矿结构9 9 层状硅酸盐结构层状硅酸盐结构层状硅酸盐结构层状硅酸盐结构1 金属单质结构金属单质结构(1)立方面心结构:空间群:Fm3m,相当于等大球立方最紧密堆积。属于该结构的物质主要有:铝、
2、铜、金、银、铂、属于该结构的物质主要有:铝、铜、金、银、铂、铅等单质。铅等单质。(2)六方结构:空间群:P63/mmc,相当于等大球六方最紧密堆积。属于该结构的物质主要有:Os、Ru、Re、Zn等单质。(3)立方体心结构:空间群:Im3m,为非最紧密堆积方式。属于该结构的物质主要有:属于该结构的物质主要有:T T、V V、WW、LaLa、CeCe、PrPr、NdNd、YbYb、EuEu、TiTi、U U、BaBa、SrSr、K K、NaNa、CaCa、MgMg等单质。等单质。值得指出的是,部分元素的单质可以在不同条件下值得指出的是,部分元素的单质可以在不同条件下形成不同的结构,或者可以有不同的
3、结构状态共存。形成不同的结构,或者可以有不同的结构状态共存。如如单质铁单质铁:-铁(铁(铁(铁(Iron-alphaIron-alpha)-(奥氏体)(奥氏体)-立方体心立方体心-铁(铁(Iron-gamaIron-gama)-(马氏体)(马氏体)-立方面心立方面心-铁(铁(铁(铁(Iron-Iron-EpsilonEpsilon)-六方结构六方结构2 氯化铯氯化铯(CsCl)结构结构空间群:Pm3m,立方原始格子。阴离子分布在晶胞的8个角顶,阳离子充填在其所形成的立方体空隙中。立方体共面连接。具有该结构的物质主要有:KCl,NaCl,TiCl,RbF,CsN,NbN,NbO,AgI,TiTh
4、等物质。3 CaI2结构结构空间群:P-3m,三方原始格子。在单位晶胞中,阳离子分布在8个角顶,阴离子分布中由上下各3个阳离子构成的正三方柱中,并间隔地在上半部的中心和下半部的中心。因此,该结构也可以理解为:阴离子做六方最紧密堆积,阳离子填充在间隔一层的全部八面体空隙中。具有该种结构的物质主要有:VCl2,PbI2,GeI2,PtO2,ToBr2,RhTe2,TiS2,TiSe2,TiTe2,SnS2,MnI2,NiTe2,PdTe2,PtS2,CdI2,MgI2,CaI2,CoBr2,FeBr2,FeI2,ZrS2,ZrSe2,MnBr2等。具有反CaI2结构的物质有:Ag2F,B2O,Ni
5、2C4 萤石结构萤石结构空间群:空间群:Fm3mFm3m,立方面心结构。,立方面心结构。CaCa分布于晶胞的角顶及面心;分布于晶胞的角顶及面心;F F分布在晶胞分布在晶胞8 8等分等分之后每个小立方体的中心。之后每个小立方体的中心。萤石结构可以萤石结构可以理解为:理解为:CaCa2+2+做立做立方最紧密堆积,方最紧密堆积,F F-充填在充填在其中全部的其中全部的四面体孔隙中。四面体孔隙中。N N个球最紧密堆积有个球最紧密堆积有2N2N个四面体空隙个四面体空隙,所以所以Ca:F=1:2Ca:F=1:2,故得其分子式为故得其分子式为CaFCaF2 2。萤石晶胞中存在平行于萤石晶胞中存在平行于(11
6、1)面的离子堆积层,)面的离子堆积层,因此,萤石具有因此,萤石具有111完全完全解理。解理。阳离子配位四面体的连接:共棱联结形成的萤石结构。阳离子配位四面体的连接:共棱联结形成的萤石结构。晶胞中由晶胞中由8 8个个 FCaFCa4 4 共棱连接而成,而且四面体的每根共棱连接而成,而且四面体的每根棱都被共用了。棱都被共用了。阴离子配位立方体:全部共棱形成萤石结构。阴离子配位立方体:全部共棱形成萤石结构。CaFCaF8 8 配位立方体沿配位立方体沿3 3维方向相间排列而成。维方向相间排列而成。反萤石型结构反萤石型结构 球键图球键图 阳离子四面体配位阳离子四面体配位 阴离子阴离子立方体配位立方体配位
7、反萤石型结构可看作:阴离子做立方最紧密堆积,阳离反萤石型结构可看作:阴离子做立方最紧密堆积,阳离子充填在全部的四面体空隙中。子充填在全部的四面体空隙中。结构类型结构类型结构类型结构类型物质名称物质名称物质名称物质名称萤石型结萤石型结萤石型结萤石型结构构构构萤石萤石萤石萤石(CaF2)(CaF2)氯化锶氯化锶氯化锶氯化锶(SrCl(SrCl2 2)氯化钡氯化钡氯化钡氯化钡(BaCl(BaCl2 2)氟化铅氟化铅氟化铅氟化铅(PbF(PbF2 2)反萤石型反萤石型反萤石型反萤石型结构结构结构结构氧化钾氧化钾氧化钾氧化钾(K(K2 2O)O)氧化钠氧化钠氧化钠氧化钠(Na(Na2 2O)O)氧化锂氧
8、化锂氧化锂氧化锂(Li(Li2 2O)O)5 石盐结构石盐结构空间群:Fm3m,立方面心格子。具有具有NaCl型结构的部分物质。型结构的部分物质。表9.4 与石盐等结构的物质氯化物氯化物氯化物氯化物碳化物碳化物碳化物碳化物氮化物氮化物氮化物氮化物氧化物氧化物氧化物氧化物氟化物氟化物氟化物氟化物溴化物溴化物溴化物溴化物硫化物硫化物硫化物硫化物氯化钾氯化钾氯化钾氯化钾(KCl)(KCl)氯化铷氯化铷氯化铷氯化铷(RbCl)(RbCl)碳化钛碳化钛碳化钛碳化钛(TiC)(TiC)碳化钒碳化钒碳化钒碳化钒(VC)(VC)碳化锆碳化锆碳化锆碳化锆(ZrC)(ZrC)氮化钒氮化钒氮化钒氮化钒(VN)(VN
9、)氮化钛氮化钛氮化钛氮化钛(TiN)(TiN)氮化锆氮化锆氮化锆氮化锆(ZrN)(ZrN)氮化钪氮化钪氮化钪氮化钪(ScN)(ScN)氮化铕氮化铕氮化铕氮化铕(EuN)(EuN)氧化镁氧化镁氧化镁氧化镁(MgO)(MgO)氧化钴氧化钴氧化钴氧化钴(CoO)(CoO)氧化镍氧化镍氧化镍氧化镍(NiO)(NiO)氧化锰氧化锰氧化锰氧化锰(MnO)(MnO)氟化锂氟化锂氟化锂氟化锂(LiF)(LiF)氟化银氟化银氟化银氟化银(AgF)(AgF)溴化钠溴化钠溴化钠溴化钠(NaBr)(NaBr)溴化钾溴化钾溴化钾溴化钾(KBr)(KBr)溴化铷溴化铷溴化铷溴化铷(RbBr)(RbBr)硫化锰硫化锰硫化锰
10、硫化锰(MnS)(MnS)方铅矿方铅矿方铅矿方铅矿(PbS)(PbS)(111)(200)(220)6 闪锌矿结构闪锌矿结构 空间群空间群 F-43m,立方面心格子。,立方面心格子。Zn分布于晶胞的角顶及面心。如果把晶胞分布于晶胞的角顶及面心。如果把晶胞8等分,等分,S分分布于间隔的小立方体的中心。布于间隔的小立方体的中心。闪锌矿的晶体结构:球键图闪锌矿的晶体结构:球键图(左左)、配位多面体连接图、配位多面体连接图(右右)结构中,结构中,S S2-2-和和ZnZn2+2+配位数都是配位数都是4 4,配位多面体都,配位多面体都是四面体。四面体共角顶相联。是四面体。四面体共角顶相联。从图可看出,从
11、图可看出,SZn4SZn4四面体(四面体(ZnS4ZnS4 四面体四面体也是一样)共角顶联成的也是一样)共角顶联成的四面体基元层与四面体基元层与111111方方向垂直向垂直。由于由于S S2-2-和和ZnZn2+2+都呈配位四面体,所以都呈配位四面体,所以闪锌矿只用一种配位闪锌矿只用一种配位多面体结构形式表达多面体结构形式表达(S(S和和ZnZn互换是一样的互换是一样的)。如果将闪锌矿结构中的如果将闪锌矿结构中的ZnZn和和S S都变成都变成C C,则结构变成金刚则结构变成金刚石结构(石结构(Fd3mFd3m)。)。物质类型物质类型物质类型物质类型物质名称物质名称物质名称物质名称物质名称物质名
12、称物质名称物质名称氯化物氯化物氯化物氯化物氯化铜氯化铜氯化铜氯化铜(CuCl)(CuCl)碳化物碳化物碳化物碳化物碳化硅碳化硅碳化硅碳化硅 (SiC)(SiC)氮化物氮化物氮化物氮化物氮化硼氮化硼氮化硼氮化硼(BN)(BN)氮化镓氮化镓氮化镓氮化镓(Ga)(Ga)磷化物磷化物磷化物磷化物磷化硅磷化硅磷化硅磷化硅(SiP)(SiP)磷化硼磷化硼磷化硼磷化硼(BP)(BP)磷化铝磷化铝磷化铝磷化铝(AlP)(AlP)磷化铟磷化铟磷化铟磷化铟(InP)(InP)硫化物硫化物硫化物硫化物硫化镉硫化镉硫化镉硫化镉(CdS)(CdS)硫化锡硫化锡硫化锡硫化锡(SnS)(SnS)毒砂毒砂毒砂毒砂 (HgS)
13、(HgS)氧化物氧化物氧化物氧化物氧化镉氧化镉氧化镉氧化镉(CdO)(CdO)氧化钴氧化钴氧化钴氧化钴(CoO)(CoO)砷化物砷化物砷化物砷化物砷化镓砷化镓砷化镓砷化镓(GaAs)(GaAs)砷化铟砷化铟砷化铟砷化铟(InAs)(InAs)硒化物硒化物硒化物硒化物硒化汞硒化汞硒化汞硒化汞(HgSe)(HgSe)硒化锰硒化锰硒化锰硒化锰(MnSe)(MnSe)蹄化物蹄化物蹄化物蹄化物蹄化铝蹄化铝蹄化铝蹄化铝(AlSb)(AlSb)蹄化铟蹄化铟蹄化铟蹄化铟(InSb)(InSb)具有闪锌矿型结构的物质具有闪锌矿型结构的物质 7 金刚石结构金刚石结构等轴晶系,空间群等轴晶系,空间群Fd3mFd3m
14、。立方面心结构。立方面心结构。金刚石的晶体结构中,碳原子分布在角顶和面心,以及把晶胞金刚石的晶体结构中,碳原子分布在角顶和面心,以及把晶胞八等分之后,半数交替的小立方体中心。八等分之后,半数交替的小立方体中心。金刚石的晶体结构可以看成是半数的金刚石的晶体结构可以看成是半数的C C作立方最紧密堆积作立方最紧密堆积(蓝蓝球球),另外一半,另外一半C C相间地充填在其中的四面体孔隙中相间地充填在其中的四面体孔隙中(红球红球)而构而构成的。成的。该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以sp3sp3杂化轨道与四杂化轨道与四个碳原子形成强的共价键,键长为个碳原子形成强的
15、共价键,键长为0.155nm0.155nm,键角为,键角为10910928162816,即,即C C的配位数的配位数4 4,配位多面体是四面体。碳碳配位,配位多面体是四面体。碳碳配位四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构。四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构。如果金刚石晶胞沿一个如果金刚石晶胞沿一个L L3 3立起来,金刚石似乎显示出层状结立起来,金刚石似乎显示出层状结构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行构特征,虽然不是很特征,但金刚石的确平行111111存在中等存在中等解理。解理。由于由于C-CC-C键的键能大(键的键能大(347 kJ/mo347 kJ/mo),价
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