《材料科学基础教学课件》4离子晶体结构.ppt

图2-53 NaCl晶胞 图2-54 -ZnS晶胞 图2-55 a-ZnS晶胞 [SiO4]4-四面体是硅酸盐的基本构造单位，可孤立地存在；也可以角顶相联形成多种复杂的络阴离子，即各种形式的硅氧骨干，再与金属阳离子结合形成多种硅酸盐矿物。 桥氧 活性氧（非桥氧）： [SiO4]4-四面体中与1个Si相联结的O。 惰性氧（桥氧桥氧）： [SiO4]4-四面体中与2个Si相联结的O，其电荷已中和。 绿柱石 二、组群状结构 ?SiO4?四面体是以二个、三个、四个和六个通过公共氧连接而成的四面体群体，这种群体看成一个结构单元。结构单元在结构中不直接连接, 而靠?MO6?连接起来的。 络阴离子: ?Si2O7?6-， ?Si3O9?6-， ?Si4O12?8- ，?Si6O18?12- 绿柱石结构 Be3Al2?Si6O18? 堇青石结构Mg2Al3?AlSi5O18? 晶体代表: 双四面体 返回 ?Si2O7?6- 环状硅氧骨干 下一页 ?Si3O9?6- ?Si4O12?8- ?Si6O18?12- 绿柱石Be3Al2[Si6O18] 六方晶系，环与环重叠，上下层错开300。环内通道可赋存H2O，K+、Cs+等。 环状硅氧骨干 堇青石结构：Mg2Al3?AlSi5O18? ，Al四配位 金绿柱石 铯绿柱石 海蓝宝石 三、链状结构 无数个[SiO4]4-间通过共用2或3个角顶，沿一个方向彼此相连，无限延伸成链。链间为其他金属阳离子联结。常见单链和双链。 络阴离子: 单链 ?SiO3?n4- 双链 ?Si4O11?n6n- 透辉石CaMg?Si2O6? 、蔷薇辉石（Mn,Ca)[SiO3],透闪石Ca2Mg5?Si4O11?2(OH)2 晶体代表: 硅灰石 蔷薇辉石 辉石 莫来石，石棉 四、层状结构 每个[SiO4]4-均以3个角顶分别与相邻的3个[SiO4]4-相连结而形成向二维空间无限延展的硅氧四面体层。 基本结构单元：硅氧四面体层和含有氢氧的其他阳离子氧八面体层 硅氧四面体分布在一个平面内，组成六方形网层。在相当每个硅氧四面体组成的六方环内能容纳三个阳离子配位八面体。 层状硅氧骨干 两层活性氧（及OH)按最紧密堆积方式，上下层位置错开 均有OH， OH位于六方网格中心，与活性氧同高度 Mg3?Si4O10?(OH)2(滑石)、KAl2?AlSi3O10?(OH)2(白云母) 、Al2?Si4O10?(OH)2 （叶腊石） 、 Al4?Si4O10?(OH)8(高岭石) 晶体代表: 络阴离子: ?Si4O10?12- 按硅氧四面体层（T）和八面体层（O)组合的型式，结构单元层有两种基本型式： （1）双层型结构单元层（TO型）：如高岭石 （2）三层型结构单元层（TOT型）：如云母、 叶腊石 OH O Al [SiO4] TO型 高岭石 Al4?Si4O10?(OH)8 高岭石的片状结构中，一面为OH，另一面为O，晶层之间能形成氢键，故晶层间联接力有氢键力和范德华力，晶层间联接力强，水分子不能进入晶层间。从高岭石的单位晶胞来看，高岭石是电中性。 * * 陶瓷材料是由金属与非金属元素通过离子键或兼有离子键和共价键的方式结合起来。陶瓷的晶体结构大多属于离子晶体。 典型的离子晶体是碱金属元素与卤族元素之间形成的化合物晶体。 2.4 离子晶体结构 2.4.1 离子晶体的结构规则 1. 负离子配位多面体原则（鲍林第一规则） 在正离子周围，形成一个负离子配位多面体，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半径之比。 离子晶体结构视为由负离子多面体按一定方式连接而成，正离子处于负离子多面体的中央。为形成稳定结构，一个正离子趋向于以尽可能多的负离子为邻，即尽可能大的配位数。 正负离子半径比值与配位数的关系 Cu 立方八面体 12 1.000以上 ZrO2，CaF2，CsCl 立方体 8 0.732 ~ 1.000 NaCl，MgO，TiO2 八面体 6 0.414 ~ 0.732 SiO2，GeO2 四面体 4 0.225 ~ 0.414 B2O3 三角形 3 0.155 ~ 0.225 干冰CO2 直线形 2 0.000 ~ 0.155 实 例 负离子多面体的形状 正离子的配位数 值 2.电价规则(鲍林第二规则) 在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于从邻近的正离