2.5典型化合物的晶体结构2-李会巧.ppt

严格按照布拉维格子的选取原则，从刚玉结构中抽象出来的空间点阵应该是一个简单六方格子，晶体的结构基元由 6 个 O2? 和 4 个 Al3+ 构成。但是，如果忽略 Al3+ 层之间的差异，刚玉结构也可以抽象为一个简单三方点阵。大多数相关的专著和教科书中都把刚玉结构描述为一个简单三方结构。在刚玉结构中，阳离子的配位数为 4，阴离子的配位数为 6。 空间格子：O2－离子按六方密堆积的方式排列，形成ABAB…重复的规律， Al3＋离子充填于2/3的八面体空隙，其分布具一定的规律，即离子之间的距离保持最远。 键性：具有离子键性质的共价键。 性质：熔点为2050℃ ，是构成高温耐火材料、高绝缘陶 瓷等功能陶瓷的主要物相。 属于刚玉型结构的晶体： a－Fe2O3；Cr2O3；Ti2O3；V2O3；FeTiO3 ；MgTiO3 (10) 金刚石晶体结构 化学式为： C 晶体结构为：立方晶系，a＝0.356nm 空间格子： C原子组成面心立方格子 C原子位于面心立方的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体的中心 键型：每个C原子周围有四个C碳原子 之间形成共价键 形成：自然界形成、实验室合成 性质：金刚石是硬度最大的矿物，具 有金刚石结构的材料具有半导 体性能。 与金刚石结构相同的有： 硅、锗、灰锡、合成的立方氮 化硼等。 （11）石墨结构 化学式： C 晶体结构：六方晶系（2H） a＝ 0.146nm c＝0.670nm 三方晶系（3R） 结构表现： C原子组成层状排列，层内C原子呈 六方环状排列，每个碳原子与三个相 邻的碳原子之间的距离为0.142nm， 层与层之间的距离为0.335nm。 键型：层内为共价键，层间为分子键 性质： 碳原子有一个电子可以在层内移动，平行于层的方向具有良好的导电性。石墨的硬度低，熔点高，导电性好。 每个CaF2晶胞有4个Ca2＋和8个F－原子分数坐标如下： Ca2＋ 0,0,0 1/2,1/2,0 1/2,0,1/2 0,1/2,1/2 F－ 1/4,1/4,1/4 3/4,1/4,1/4 1/4,3/4,1/4 1/4,1/4,3/4 3/4,3/4,1/4 3/4,1/4,3/4 1/4,3/4,3/4 3/4,3/4,3/4 碱土金属氟化物，一些稀土元素如Ce、Pr的氟化物，过渡金属Zr、Hf的氧化物属CaF2型晶体，如： BaF2；PbF2；CeO2；ThO2；UO2；ZrO2 萤石结构 处于面心立方结点位置上的 Ca2+ 构成了一套面心点阵 处于立方体内部的F? 分为两组，各构成一套面心立方点阵 红色的结点和黄色的结点是不等同点 红色的结点和黄色的结点是不等同点 体对角线中点处有一个Ca 体对角线中点处没有Ca 在萤石结构中存在有三类等同原子：Ca; 红色的F; 黄色的F。各类等同原子分别构成一套面心立方点阵 许多金属 (如Cd、Hg、Pb、Sr、Ba等) 的氟化物、锕系和镧系元素的二氧化物、ZrO2 等具有萤石结构。其中 UO2 是一种极好的核燃料。另一种同样具有萤石结构的氧化物 PuO2 也是一种核燃料，通常和 UO2 一道制成混合氧化物陶瓷燃料，用于快中子增殖和新型转换堆。CeO2 和 ZrO2 则是高温燃料电池中构成氧离子导电通道的新型固体电解质材料。 一些碱金属的氧化物、硫化物、硒化物和碲化物 (如 LiO2、Na2O、K2O、LiS2、Na2S、LiSe2、Na2Se、K2Se、LiTe2、Na2Te、K2Te 等) 具有所谓的反萤石结构。这种结构的特征就是阴、阳离子在晶胞中的位置与萤石结构更好相反，阴、阳离子的配位数分别为 8 和 4。 萤石（CaF2） 结构特点： 8个F-之间形成“空洞”，结构比较开放 形成负离子填隙 负离子扩散 萤石型结构负离子填隙是主要扩散 机制 立方ZrO2属萤石型结构，应用： 测氧传感器探头 氧泵 固体氧化物燃料电池中的电解质材料 — 被称作固体快离子导体（900~1000?C O2-电导率达0.1S/cm） 习 题 以萤石 (CaF2) 晶胞为例，说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。 计算萤石 (CaF2) 晶体的理论密度