第二章 晶体结构与晶体中的陷第二章 晶体结构与晶体中的缺陷第二章 晶体结构与晶体中的缺陷第二章 晶体结构与晶体中的缺陷.ppt

第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 一、典型晶体结构 NaCl型；闪锌矿结构；萤石结构； 钙钛矿结构； 二、硅酸盐晶体结构 三、晶体结构缺陷 点缺陷 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 §2.1 典型结构类型 1. 金刚石（C） 立方晶系 2. 石墨（C） 六方晶系 同质多晶现象：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下，结晶成结构不同的晶体的现象。 描述结构的方法 （1）坐标系法 Cl-：000, ? ? 0, ? 0 ? ,0 ? ? Na+: 00 ? , ? 00,0 ? 0, ? ? ? （2）球体紧密堆积法 Cl- 按立方面心紧密堆积，Na+填充全部的八面体空隙 （3）配位多面体及其连接方式 NaCl是由Na-Cl八面体以共棱的方式连接而成的。 MgO具有NaCl结构，根据O2-半径0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算① 球状离子所占据的空间分数（堆积系数）；② MgO的密度。 解：① MgO属于NaCl型结构，即面心立方结构，每个晶胞中含有4个Mg2+和4个O2-，故MgO所占体积为 VMgO=4×4/3π(RMg2+3+RO2-3） =16/3π×(0.0723+0.1403) =0.0522（nm3) ∵Mg2+和O2-在面心立方的棱边上接触 ∴a=2（RMg2++RO2-）=2×(0.072+0.140)=0.424nm ∴堆积系数=VMgO/V晶胞=0.0522/(0.424)3=68.5% ②DMgO=mMgO/V晶胞=n.(M/N0)/a3 =4×(24.3+16.0)/[(0.424×10-7)3×6.02×1023] =3.51g/cm3 作业： 在萤石晶体结构中，Ca2+半径0.112nm，F-半径0.131nm，萤石晶胞棱长为0.547nm，求： ⑴萤石晶体中离子堆积系数 ⑵萤石的密度 ⑶ 性质特点 链内：Si4+－O2- 结合键强 链间： M+ －O2- 结合键弱 ∴性质表现为柱状或纤维状解理。 4. 层状结构 ⑴ 结构特点 [SiO4]4-以三个在同一平面的O2-（桥氧）将其连接成（六元环）向二维方向无限延伸成片状。 另一个非桥氧与金属离子M、OH-形成[M(O,OH)6]x-; M与O2-,OH-形成6配位，处于八面体空隙； 若为M2+，则M2+填充全部八面体空隙； 若为M3+， 则M3+填充全部八面体空隙的2/3。 （2） 类型 二层型（单网层）： 一层[SiO4]4-+[M(O,OH)6]x-; 三层型（复网层） 二层相对的[SiO4]4-层夹一层 [M(O,OH)6]x- ⑶ 高岭石结构 a. Al3+的配位数及配位多面体？ CN=6， Al3+ 与2个O2-和4OH-离子同时配位，形成[AlO2(OH)4]八面体 2个非桥氧将[SiO4]4-层和水铝石层连接起来 b. Al3+填充空隙的情况如何？ 填充八面体空隙的2/3 c. 各负离子的电价是否饱和？ 桥氧:O2-同时连接两个Si4+，饱和 非桥氧： O2-同时连接一个Si4+，两个Al3+ ，饱和 OH-：连接两个Al3+ ，饱和 d. 单元层之间的结合力？ 氢键：强，单元层之间水分子不易进入，可以交换的阳离子容量小。 范德华力：弱，单元层之间有水分子不易进入。 e. 晶体性质？ 层间结合力强，水分子不易进入层间，与水拌和体积不膨胀，泥料可塑性差（黏土-水系统解释）。 层内力远远大于层间力，容易形成片状解理。 ⑷ 蒙脱石结构 单元层间：范德华力，弱。 [SiO4]4-中的Si4+被Al3+取代（同晶取代）为平衡电价，吸附低价正离子，易解吸，使颗粒荷电，因此使陶瓷制品因带某些离子具有放射性。 性质： 加水体积膨胀，泥料可塑性好。 作业：判断下列硅酸盐的晶体结构，要求写出判断依据。 γ-Ca2[SiO4] K[AlSi3O8] CaMg[Si2O6] Mg2Al[AlSiO7] Mg3[Si4O10](OH)2 §2.3 晶体结构缺陷 晶体结构缺陷的类型 点缺陷 固溶体 非化学计量化合物 线缺陷 面缺陷 缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。 晶体结构缺陷的类型 分类方式： 　几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 　形成原因：热缺陷、固溶体、非化学计量化合物等 一、点缺陷（零维缺陷） ? 缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。 1.类型 ① 根据点缺陷对理想晶格偏离的几何位置分类 a. 空位（vacancy） 没有被占据的正常结点的位置 b. 间隙质点（interstitial part