原版00---材料科学基础-上交.ppt

1.Pauling第一规则－负离子配位多面体规则 在离子晶体中，正离子（cations）的周围形成一个负离子（anions)配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。 r+/r- 0~0.155 0.155~0.255 0.255~0.414 0.414~0.732 0.732~1 1 配位数 2 3 4 6 8 12 形状 哑铃状 三角形 四面体 八面体 立方体 立方八面体 2. Pauling第二规则－电价规则 离子晶体的结构规则 Pauling运用离子键理论，在实验基础上总结了如下规则 负离子电价 正离子静电强度 配位数 正离子电荷 3. Pauling第三规则－负离子多面体共用顶、棱和面规则 在一个配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，结构稳定性降低。对电价高，配位数低的正离子，此效应尤为显著 共用一个顶点 共用棱 共用面 四面体 两四面体中心距离为1 0.58 0.33 八面体 两八面体中心距离为1 0.71 0.58 4. Pauling第四规则－不同种类正离子多面体间连接规则 在含多种正负离子的离子晶体中，电价高、配位数低的正离子配位多面体间，尽量互不结合 5. Pauling第五规则－节约规则 同一晶体同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度的趋于一致 一、 NaCl （Sodium Chloride）型结构 Rock Salt structure 由 Na＋ 和 Cl－ 各自组成的两个fcc叠加而成的：其中一个不动，而另一个fcc的所有阵点都相对于第一个点阵平移一个点阵矢量： 每个Na＋被6个 Cl－ 所包围，反之亦然，即配位数为6。每个原胞中只含一个 NaCl 分子。 属于这类结构的还有 KCl、LiF、PbS； 氧化物：MgO、CaO、BaO、CdO、MnO、 FeO、CoO、 NiO； 氮化物：TiN、NaN、ScN 、CrN、 ZrN ； 碳化物：TiC 等。 二、荧石（CaF2）型结构 Fluorite Crystal Structure 属 fcc 晶格（a=0.545nm），Ca2+　处在立方体的顶角和各面心位置，形成fcc结构，F-填充了全部的四面体空隙，构成了［FCa4］四面体。若F—作简单立方堆积，Ca2+ 填于半数的立方体空隙中，则构成[CaF8]立方体。Ca2+ 配位数为8，立方体之间共棱连接。即 Ca2+ 构成一套完整的面心立方格子；F-构成了两套 fcc 格子，它们在体对角线1/4和3/4处互相穿插而成。属 CaF2 型结构的化合物有ThO2、CeO2、UO2等，ZrO2可以看成是扭曲的 CaF2 型结构。 三、氯化铯型结构 Cesium Chloride Structure 　　Cs+ 和 Cl— 各自组成简单立方，套配而成的复式简单立方点阵，而不是体心立方点阵。在 CsCl 结构的一个晶胞中只包含一个基元——一个 CsCl 分子，故其晶胞即为原胞，属于CsCl型结构的还有TlBr, TlI等。 四 、?-Al2O3(刚玉)型结构 属三方晶系(菱方)，O--处于密排六方结构的结点上，而Al+++则位于八面体空隙中，只填满空隙的2/3，因此，每三个相邻的八面体空隙，有一个是空着的。还要求铝离子之间的间距最大。每一个Al+++被6个O—所包围，而每一个O--同时被四个铝氧八面体[AlO6]所共有，配位数6：4。 属于刚玉型结构的化合物有?-Fe2O3、?-Cr2O3、?-Ga2O3。 图：??-Al2O3的结构 (a) 晶体结构 (b)密堆积模型 离子晶体依靠较强的静电库仑力而结合，故结构甚为稳固。它的结合能通常比较大，约为800kJ/mol。离子晶体结合稳定性导致它具有导电性差、熔点高、硬度高和膨胀系数小等特点，大多数离子晶体对可见光是透明的。但在远红外区域则有特征吸收峰。 ?ABO3 ： CaTiO3(钙钛矿)型结构 CaCO3(方解石)型结构 图：钙钛矿型结构