实验五典型无机化合物晶体结构.doc

实验五 典型无机化合物晶体结构 一、实验目的与要求： 1．通过模型观察掌握等径球体最紧密堆积原理，并进一步了解各种参数； 2．通过观察模型，要求熟练掌握典型无机化合物晶体结构。 二、实验内容 （一）等径球体的最紧密堆积 理想情况下，离子可以看作不能相互挤入的“刚性球体”，晶体结构可以看作球体的相互堆积。晶体中离子相互结合要遵循能量最小的原则。从球体堆积角度来看，球体的堆积密度愈大，系统内能愈小，这就是最紧密堆积原理。 在无其它因素（价键的方向性能）的影响下，晶体中质点的排列服从最紧密堆积原理。 1．等径球体最紧密堆积有两种方式： 1）立方最紧密堆积：ABC/ABC/……可从其中取出立方面心晶胞。如图5-1所示。 2）六方最紧密堆积：AB/AB/……可从其中取出六方晶胞。如图5-2所示。 2．等径球体密堆积有两种空隙： 1）四面体空隙：由四个球围成，球体中心联线为四面体。（四面体空隙有两种观察方法） 2）八面体空隙：由六个球围成，球体中心联线为八面体。（八面体空隙有两种观察方法） 3．基本数据 1个球周围有12个球 1个球周围有8个四面体空隙 1个球周围有6个八面体空隙 球数：四面体空隙：八面体空隙 1：2：1 二、典型无机化合物晶体结构 1．NaCl型结构： ①Cl-作立方面心最紧密堆积； ②Na+填全部八面体空隙； ③[NaCl6]八面体共棱连接； ④晶胞中分子数Z 4 ⑤CN+ 6 CN- 6 ⑥Pauling 静电价规则：|-1| ×6 1，故符合Pauling规则。 2．CsCl型结构： ①Cl-作 堆积； ②Cs+填 空隙； ③多面体连接方式是 ； ④晶胞中分子数Z ； ⑤CN+ ；CN- ； ⑥用Pauling 静电价规则检验： ； 3．闪锌矿（立方ZnS）型结构： ①S2-作 堆积; ②Zn2+填 空隙； ③多面体连接方式是 ； ④晶胞中分子数Z ； ⑤CN+ ；CN- ； ⑥用Pauling 静电价规则检验： 。 4．纤锌矿（六方ZnS）型结构： ①S2-作 堆积; ②Zn2+填 空隙； ③[ZnS4]连接方式是 ； ④晶胞中分子数Z ； ⑤CN+ ；CN- ； ⑥用Pauling 静电价规则检验： 。 5．萤石（CaF2）型结构： ①F-作 堆积; ②Ca2+填 空隙； ③[CaF8]连接方式是 ； ④立方晶系分子数Z ； ⑤CN+ ；CN- ； ⑥用Pauling 静电价规则检验： 。 6．反萤石（Li2O）型结构： ①O2-作 堆积; ②Li2+填 空隙； ③多面体连接方式是 ； ④晶胞中分子数Z ； ⑤CN+ ；CN- ； ⑥用Pauling 静电价规则检验： 。 7．金红石（TiO2）型结构： ①O2作稍有变形的六方密堆积； ②Ti4+填1/2八面体空隙； ③四方晶系Z 2； ④Ti4+位于四方原始格子的结点位置，作简单格子排列，中心的Ti4+属于另一套格子； ⑤CN+ 6；CN- 3； ⑥用Pauling 静电价规则|-2| 4/6×3 2，故符合Pauling规则。 8．α-Al2O3（刚玉）型结构： ①O2-作六方最紧密堆积； ②Al3+填充于2/3的八面体空隙； ③三方晶系Z 2； ④[AlO6]多面体共面连接； ⑤CN+ 6；CN- 3； ⑥Pauling 静电价规则：|-2| ×4 2，故符合Pauling规则。 9．钙钛矿（CaTiO3）型结构： （CaTiO3）在高温时为立方晶系，Z 1。600℃以下为正交晶系，Z 4。从图中可以看出。Ca2+占有立方面心的顶角位置，O2-则占有立方面心的面心位置。因此，（CaTiO3）结构可以看成由O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方密堆积。Ti4+填充于1/4的八面体空隙之中。从图中可看出， Ti4+的配位数为6，Ca2+的配位数为12。 钙钛矿型结构在高温时属于立方晶系，在降温时，通过某个特定温度后将产生结构的畸变，使立方晶格的对称性下降。如果在一个轴向发生畸变（C轴略伸长或缩短），就由立方晶系变为四方晶系；如果在两个轴向发生畸变，就变为正交晶系；若不在轴向而是在体对角线[111]方向发生畸变，就成为三方晶系菱面体格子。这三种畸变，在不同组成的钙钛矿结构中都可能存在。 10、尖晶石（MgAlO4）型结构 尖晶石晶体结构属于立方晶系，Z 8。从图中可以看出，O2-可以看成是按立方紧密堆积排列。二价阳离子A填充于1/8的四面体空隙；三价阳离子B填充于1/2的八面体空隙中。从单位晶胞中配位多面体的连接方式来看，其中八面体之间是共棱相连，八面体与四面体之间是共顶相连。若图中A为Mg2+离子，B为Al3+离子。右图即为镁铝尖晶石结构，对于这种二价阳离子分布在八分之一的四面体空隙中，三价阳离子分布在1/2八面体空隙的尖晶石，称为正型尖晶石。如果二价阳离子