第五章结晶化学.ppt

目录 第一节 球体的最紧密堆积原理 第二节 配位数和配位多面体 第三节 离子的极化 第四节 矿物中的键型和晶格类型 第五节 矿物晶体的结构规律 第六节 类质同象 第七节 有序无序结构、同质多象、多型 1、球体的最紧密堆积 质点之间趋向尽可能靠近，形成最紧密堆积。 等大球体的最紧密堆积 不等大球体的紧密堆积两种 金属元素的晶体结构 金属键没有方向性 金属原子中电子的分布呈球形对称 金属原子在晶体中总是趋向于密堆积的结构 常见金属晶体的结构特点: 堆积密度大 配位数高 球体的紧密堆积 三层 三层 两层 密堆 密堆 堆积系数、致密度 等径圆球的各种最紧密堆积形式具有相同的堆积密度，其堆积系数即球体积与整个堆积体积比均为0.7405. 以立方面心为例计算： 对角线上球体相互接触，若球半径为R，晶胞边长为a，则面对角线长为4R且等于 体心立方结构的空隙 体心立方的空隙 六方紧密堆积空隙 金属单质的结构与性质 ◆ 由于金属采用密堆积结构以及离域电子的金属键，在几何因素和电子因素两方面的作用下，使金属容易形成组成可变的合金，并具有许多宝贵的特性和应用。 ◆ 如金属在锻压或锤打下，原子密堆积层之间发生相对移动时，能保持密堆积结构和金属键，而使金属具有延展性。 离子晶体的结构 NaCl晶体的结构 NaCl晶体结构 离子晶体特点 陶瓷材料中的晶相大多属离子晶体。 离子晶体是由正负离子通过离子键，按一定方式堆积起来而形成 的。由于离子键的结合力很大，所以离子晶体在硬度高、强度大、熔点和沸点较高，热膨胀系数较小，但脆性大；良好绝缘体；往往无色透明。 共价晶体 共价晶体受共价键合轨道数和方向性的约束，一个特定原子的最邻近原子数是有限制的，达不到密堆积程度，堆积效率较低。如金刚石晶体的堆积系数仅有0.34。 8-N（8减N，N表示这个原子最外层的电子数）法则反映了某个元素在结合成共价晶体时，所能获得的最大成键轨道数目。 硅晶体结构 砷的晶体结构 共价晶体的性质 共价键的结合力通常要比离子键强，所以共价键具有强度高、硬度高、脆性大、熔点高、沸点高和挥发性低等特性，结构也比较稳定，导电能力差。 5、矿物晶体的结构规律 哥氏结晶化学规律 鲍林规则 哥希密特结晶化学定律 不同的离子，形成的晶体结构是不同的。如MgO与CsCl 同种离子，在不同的情况下，可形成不同的结构。如Al、硼、铁、钛等。 化合物中，阴阳离子的比例不同所形成的结构也是不同的。如：AX与A2X TiO2（金红石结构）和Ti2O3（刚玉结构） 　Fe2O3（刚玉结构）和Fe3O4（反尖晶石结构） 组成质点大小不同，配位数和晶体结构也不同。 极化性能对晶体结构的影响。 鲍林规则 一、负离子配位多面体规则 阳离子的配位数取决于阴阳离子的半径比，整个结构视为由负离子配位多面体按一定方式连接而成，正离子则处于负离子多面体的中心。 如：NaCl的结构,看作是Cl－立方最紧密堆积，即视为由Cl－的配位多面体——氯八面体连接而成，Na+占据全部八面体中央。 （对于复杂离子晶体就难于采用这种方法描述。） 第一规则的核心 阳离子配位数取决于阳离子和阴离子半径的比值，而非两者的半径。 表6-4可见，同一种元素有不同的配位数。 二、静电价规则 稳定的晶体结构中，从所有相邻接的阳离子到达一个阴离子的静电键的总强度（S），等于阴离子的电荷数。 S = Z+/n （n为配位数） 萤石结构: Ca2+的配位数是8，则Ca-F键的静电价强度为S=2/8=1/4，如要保持结构稳定,则根据本原则,需要4个F才能稳定。 三、关于负离子多面体共用点、棱与面的规则 在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性，对于电价高、配位数低的正离子(如硅离子)来说，此效应尤为显著。当阴阳离子半径比接近于该配位多面体稳定的下限值时，更为显著。 在Si—O四面体中，一般只有共顶方式连接，没有发现共棱和共面连接方式。 四、含有不同阳离子时的情况 一个晶体结构中，有多种阳离子存在，则高价、低配位数的配位多面体趋于尽可能互不相连，它们中间由其它阳离子配位多面体隔开，至多也只能以共顶方式相连。 在镁橄榄石Mg 2[SiO4]中, 存在着[MgO6]八面体和[SiO4]四面体, [SiO4]四面体彼此互不相连,距离较远,而与[MgO6]八面体共