晶体结构

1、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 2 2 氯化铯结构氯化铯结构 3 CaI3 CaI 2 2 结构结构 4 4 萤石结构萤石结构 5 5 食盐食盐结构结构 6 6 闪锌矿结构闪锌矿结构 7 7 金刚石结构金刚石结构 8 8 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 1 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。

2、 第八章 分子结构和晶体结构 第一节离子键和离子晶体 第二节共价键和分子结构 第三节分子间作用力、氢键和分子晶体 在分子或晶体中，直接相邻的原子或离子之 间存在强烈相互作用。
化学上把分子或晶体中直 接相邻的原子或离子之间的强烈相互作用称为化 学键。
化学键的类型有离子键、共价键和金属键。
晶体的种类繁多，但若按晶格内部微粒间的 作用力来划分，可分为离子晶体、原子晶体、分 子晶体和金属晶体四种。

3、p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y 1 9 5 ( 2 0 0 8 ) 178185journal homepage: www.elsevier.com/locate/jmatprotecEffect of thermal treatment on the crystalstructure and morphology of zirconiananopowders produced bythree different routesM.M. Rashad , H.M. BaioumyCentral Metallurgical Research and Development Institute, P.O. Box 87, Helwan, Cairo, EgyptarticleArticle history:infoabstractZirconia ZrO2 nanopowders have been successfully prepared via three processing rou。

4、我们讨论过原子结构、分子结构，对于化学键的形成也有了初步的了解，同时也知道组成千万种物质的质点可以是离子、原子或分子。
又根据物质 在不同温度和压强下，物质主要分为三态：气态、液态和固态，下面我们观察一些固态物质的图片。
投影 ： 1、蜡状白磷； 2、黄色的硫磺； 3、紫黑色的碘； 4、高锰酸钾 讲述 ： 像上面这一类固体，有着自己有序的排列，我们把它们称为晶体；而像玻璃这一类固体，本身原子排列杂乱无章，称它为非晶体，今天我们的课题就是一起来探究晶体与非晶体的有关知识。
板书 ：一、晶体与非晶体 板书 ： 1、晶体与非晶体的本质差异 提问 ： 在初中化学中，大家已学过晶体与非晶体，你知道它们之间有没有差异？ 回答 ： 学生：晶体 有固定熔点，而非晶体无固定熔点。
讲解 ： 晶体有固定熔点，而非晶体无固定熔点，这只是晶体与非晶体的表观现象，那么他们在本质上有哪些差异呢？ 投影 晶体与非晶体的本质差异 自范性 微观结构 晶体 有 原子在三维空间里呈周期性有序排列 2 非晶体 没有 原子排列相对无序 板书 ： 自范性：晶体能自发性。

5、Cl晶体是一种透红外材料；ZnS带有一定的共价键成分，是一种半导体材料；NiAs晶体的性质接近于金属。
大多数AX型化合物的结构类型符合正负离子半径比与配位数的定量关系。
只有少数化合物在r+/r-0.732或r+/r-0.414时仍属于NaCl型结构。
如KF，LiF，LiBr，SrO，BaO等。
,表3-2-1 AX型化合物的结构类型与r+/r-的关系,1.NaCl型结构NaCl属于立方晶系（见图1-2-1），晶胞参数的关系是a=b=c，=90o，点群m3m，空间群Fm3m。
结构中Cl离子作面心立方最紧密堆积，Na+填充八面体空隙的100%；,两种离子的配位数均为6； 配位多面体为钠氯八面体NaCl6或氯钠八面体ClNa6(阳离子配位数由离子半径比决定，阴离子配位数 mCNA=nCNX AmXn)； 八面体之间共棱连接（共用两个顶点）； 一个晶胞中含有4个NaCl“分子”，整个晶胞由Na离子和Cl离子各一套面心立方格子沿晶胞边棱方向位移1/2晶胞长度穿插而成。
,图1-2-1 NaCl晶胞图,对于晶体的结构描述方法有3种： 一个是坐标方法； 二是按球体的。

6、nnon半径,R.D. Shannon,Acta Cryst. A32 (1976), 751.,2、配位数和配位多面体,配位数（CN）：一个原子或离子的配位数是指在晶体结构中，该原子或离子的周围，与它直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。
,金属晶体：若原子作最紧密堆积，CN12，若作A2堆积，CN8； 共价晶体：由于共价键有方向性和饱和性，因此其CN值不受球体紧密堆积的规则支配，通常较低，一般不会超过4；,离子晶体：阳离子一般处于阴离子紧密堆积的空隙中，因此其配位数通常为4，6，8，但是当阴离子不作紧密堆积时，阳离子还可能出现其他配位数,配位多面体：是指在晶体结构中，与某一个阳离子（或原子）成配位关系的相邻结构的各个阴离子（或原子），它们的中心联线所构成的多面体。
（如三角形、四面体、八面体、立方体等）,3、离子的极化,离子的极化: 指离子在外电场作用下，改变其形状和大小的现象（又：在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形的现象）。
,极化,被极化,主极化,极化率（）来表示，极化率定义为在单位有效电场强度（E）下所产。

7、些不常见的结构。
,图2-1 常见金属晶体的晶胞结构,（a）面心立方（A1型）,（b）体心立方（A2型）,（c）密排六方（A3型）,面心立方结构常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等，晶格结构中原子坐标分别为0,0,0，0,1/2,1/2，1/2,0,1/2，1/2,1/2,晶胞中所含原子数为,体心立方结构常见体心立方的金属有-Fe、V、Mo等，晶格中原子坐标为0,0,0，1/2,1/2,1/晶胞中原子数为：,密排六方结构Zn、Mg、Li等是常见的密排六方结构的金属，原子分布除了简单六方点阵的每个阵点0,0,0上有原子外，在六方棱柱体内还有3个原子。
在六方柱晶胞中，顶点的每个原子为6个晶胞所共有，上下底面中心的原子为2个晶胞所共有，所以六方柱晶胞所包含的原子数为：,二、非金属元素单质的晶体结构,1.惰性气体元素的晶体惰性气体在低温下形成的晶体为A1（面心立方）型或A3（六方密堆）型结构。
由于惰性气体原子外层为满电子构型，它们之间并不形成化学键，低温时形成的晶体是靠微弱的没有方向性的范德华力直接凝聚成最紧密堆积的A1型或A3型分子。

8、图 4-4a可知，当入射 X射线与晶面相交 角 时，假定晶面就是镜面（即布拉格面，入射角与出射角相等），那末容易看出，图中两条射线 1和 2的光程差是 AC+ DC，即 2dsin 。
当它为波长的整数倍时（假定入射光为单色的，只有一种波长） 2d sin = n ， n =1， 2， 布拉格（ Bragg）公式 在 方向射出的 X 射线即得到衍射加强。
根据布拉格公式，即可以利用已知的晶体（ d 已知）通过测 角来研究未知 X射线的波长；也可以利用已知 X射线（ 已知）来测量未知晶体的晶面间距。
三、 实验步骤 1. 样品制备 2. XRD 测试样品 3. 学生自带笔记电脑，安装 Fullprof 和 UltraEdit 程序（老师给） 4. 结构精修 5. 结构输出及分析 四、 晶 体结构测试与精修时应注意事项 1、晶体的各向异性温度因子是如何定义的？ 答：晶体中的原子普遍存在热运动，这种运动在绝对零度。

9、求出该晶面的米勒指数。
3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（ 001）与 210，（ 111）与 112，（ 110）与 111，（ 322）与 236，（ 257）与 111，（ 123）与 121，（ 102），（ 112），（ 213）， 110，111， 120， 321 4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
5、已知 Mg2+半径为 0.072nm， O2-半径为 0.140nm，计算 MgO 晶体结构的堆积系数与密度。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
7、从理论计算公式计算 NaC1 与 MgO 的晶格能。
MgO 的熔点为 2800 ， NaC1 为 80l , 请说明这种差别的原因。
8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低 (只有 34.01 )，为什么它也很稳定 ? 9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为 25 9； 10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为 1.74 克 /厘米 3，求它的晶胞体。

10、到有规则外形的固体，冬天在寒冷的玻璃窗上面结成的冰花、奇妙的雪花；吃的食盐和冰糖；各种各样的宝石、玉石、水晶等等，它们都是晶体，这些都是大家熟悉的东西，但是谁会想到炒菜的铁锅或者是金属窗户以及路上跑的汽车金属外壳等等也是晶体呢？尽管想不到，但是它们确实是晶体。
,晶体的基本概念,物质是由原子、原子团、分子和分子团这些物质微粒构成的。
根据物质微粒在三维空间排列方式的不同，物质可分为晶体和非晶体两类。
自然界的绝大多数物质在固态下都为晶体，只有少数为非晶体。
晶体是指组成物质的微粒在三维空间做有规则、周期性排列形成的物体。
金属和合金在固态下通常都是晶体。
非晶体是指组成物质的微粒在三维空间做无规则、随机性排列形成的物体。
,晶体的基本概念,晶体与非晶体的本质区别只是物质微粒的排列方式不同，不涉及物质的化学成分和物质状态，因此，同样成分的物质可以有晶体和非晶体两种状态。
此外，如果物质的微粒在三维空间做有规则、周期性排列形成的是液体状态，那么这个就是所谓的液晶。
特点：晶体具有规则的几何形状，有一定的熔点，具有各向异性；非晶体则没有规则的几何形状，没有固定的熔点，具有各向同性。
,晶体的基本概念,晶。

11、理论结晶温度,实际结晶温度,T,过冷度,T= T0 - Tn,纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度,二、金属的结晶现象 1、过冷现象 从冷却曲线可知，纯金属的实际结晶温度Tn总是低于理论结晶温度T0的，这种现象称为过冷现象。
理论结晶温度T0减去实际结晶温度Tn的差值T称为过冷度。
过冷度T不是一个恒定值，与金属含的杂质、冷却速度等元素相关。
金属纯度越高，可达到的过冷度越大，冷却速度越快，过冷度也越大。
过冷度越大，实际结晶温度就越低。
,2、结晶潜热 金属由固态转化为液态吸收的热量叫熔化潜热，由液态转化为固态放出的热量叫结晶潜热。
如果结晶潜热大于向周围环境散失的热量，温度会上升 如果结晶潜热等于向周围环境散失的热量，温度保持不变 如果结晶潜热小于向周围环境散失的热量，温度会持续下降 结晶潜热的释放和散失影响结晶过程。
,任务提出 液态金属是如何形成固态晶体的呢？结晶过程是怎样进行的呢？它的微观过程又是如何进行的呢？,课题2晶体的形核与长大,技能训练,实验一 盐类结晶过程观察 1、观察透明盐类的结晶过程及结晶后的形态，对不透明金属的结晶过程建立感性认识。
2、观察具有枝晶的。

12、手段来进行研究。
二元合金相图有匀晶相图、共晶相图、包晶相图三种基本形式,模块五 合金的结晶,二元合金相图的基本知识 相图:是利用图解方法表达合金系平衡条件下，在不同温度、不同成分下的各相之间关系的图解，也称为状态图或平衡图。
利用相图可以了解任意成分的合金在任意温度下所处的 状态、相组成，也可通过杠杆定律来计算各相的成分和相对含量，还可了解合金在加热和冷 却过程中可能发生的相变。
相图是进行微观分析，制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工艺的重要参考依据，也是研究材料十分重要的工具。
,二元合金相图的建立,1.二元相图的表示方法 二元合金相图用温度-成分的直角坐标系来表示，横坐标表示成分，纵坐标表示温度。
横坐标上的任意一点均表示一种合金的成分，A、B两点表示组成合金的两组元 C点的成分为 A含量（即质量分数）为40%、B含量为60%。
在成分和温度坐标平面上的任意一点的坐标表示一种合金的成分和温度。
D点表示合金的成分同C点，即含A 40%，含 B 60%，温度为90,二元合金相图的坐标表示,二元合金相图的建立,2.二元合金相图的建立 目前所用的相图大多是用实验方法建立起来的。
实验方。

13、有同晶型化合物结构，Rietveld精修 若新结构类型，解结构1）首先考虑小单晶，单晶衍射数据，解结构2）粉末衍射数据：解结构,程序：Fullprof,尝试法 同构型法，重原子置换法 Rietveld全谱拟合法 从头计算法（分峰直接法） 最大熵法 蒙特卡洛法 遗传算法 ,基于粉末衍射数据测定晶体结构,粉末衍射法测定晶体结构 （第二版） 梁敬魁 科学出版社,Shi Ying, Liang JingKui, Liu Quanlin and Chen Xiaolong, Unknown Crystal Structure Determination From X-ray Powder Diffraction Data, Science in China 41A (2), 191-197 (FEB 1998),X射线晶体衍射结构分析基础,晶体结构分析：应用举例,衍射峰位分析：指标化，晶格常数精确测定及应用举例衍射强度分析：原子位置测定及应用举例,注意：实验数据采集：实验注意事项，准确，精确,衍射数据的指标化(数据分析)晶格常数精确测量晶格常数分析及应用,基于粉末衍射数据分析。

14、化学组成甚为复杂。
因此，在表征硅酸盐晶体的化学式时，通常有两种方法： 一种是所谓的氧化物方法， 另一种是无机络盐表示法 。
氧化物方法 ：即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物按一定的比例和顺序全部写出来，先是 1价的碱金属氧化物，其次是 2价、 3价的金属氧化物，最后是 SiO例如，钾长石的化学式写为 K2OAl2O36SiO2； 无机络盐表示法 ：把构成硅酸盐晶体的所有离子按照一定比例和顺序全部写出来，再把相关的络阴离子用 括起来。
先是 1价、 2价的金属离子，其次是 Al3+和 Si4+，最后是 O2-或 OH 。
如钾长石为 KAlSi3On （ 1）构成硅酸盐晶体的 基本结构单元 SiO4四面体。
Si-O-Si键是一条夹角不等的折线，一般在 145o左右。
n （ 2） SiO4四面体的每个顶点，即 O2-离子最多只能为两个SiO4四面体所共用。
n （ 3）两个相邻的 SiO4四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。
n （ 4） SiO4四面体中心的 Si4+离子可部分地被 Al3+ 所取代。
硅酸盐晶体结构的共同特点：硅。

15、被4个晶胞所共用,位于面心的原子,被2个晶胞所共用,位于体心的原子,为该晶胞所独有,1：在氯化钠的晶胞中，平均属于每个晶胞的Na+个数为_,CI-个数为_,练习一,2：氯化钠晶胞中一个CI-周围等距的Na+ 有多少个？,3：氯化钠晶胞中一个Na+周围等距周围等距的Cl-有多少个？,练习一,4 在NaCl晶体中与每个Na+距离等同且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为 ( ) A.正四面体 B.正六面体 C.正八面体 D.正十二面体,答案 C,常见的NaCl型离子晶体有碱金属元素（铯除外）的卤化物、银的卤化物（碘化银除外）、碱土金属元素（铍除外）的氧化物、硫化物和硒化物的晶体等。
,本节小节：,1 构成离子晶体的微粒是：,2微粒间的化学键为：,3离子晶体化学式的含义为：,4离子晶体中是否存在分子：,晶体网站www.crystalastar.org,作业：第八页一（1）（2）,A,。

16、ylicacidasasyntheticpyrazinepyrazolethiopheneintermediatethioneverygreatcommercialvalue,thecurrent2-pyrazinecarboxylicacidsynthesismethodsvaried,pyrazinecarboxylicacidcomplexesininorganicchemistry,bio-simulationandanalyticalchemistrydisciplines,suchasthefieldhasimportanttheoreticalsignificanceandapplicationprospects.Thisissueistoexaminetheacidligandspyrazineandpyrazineacidsynthesistoexplorethebestpathpyrazineligandcrystalstructureofformicacidandformicacidpyrazineligandsthroughhydrogenbondstoform。