[理学]高职结晶学与矿物学六、晶体化学基础.ppt

第六章 晶体化学基础;主要教学内容及重点 一、原子和离子类型 二、元素的离子类型 三、球体的最紧密堆积原理 四、配位数和配位多面体 五、矿物中的键型与晶格类型 六、类质同象的概念 ;一、 原子和离子半径; 晶体结构中，每种原子或离子均可占据 一定范围的球形空间，其半径就是原 子或离子半径。;1.绝对半径 按原子或离子的电子层构型从理论上计 算得出的半径。;2.有效半径 晶体结构中，原子或离子所占据的空间 范围为有效空间，其半径为有效半径。;⑴有效半径的影响因素 原子或离子本身的电子层构型， 化学键。 ;⑵有效半径的类型 同种元素的不同质点与其他元素的质点 以不同键力结合时，所占据的空间范围 大小不同。有效半径可分为以下类型：;共价半径：共价单质晶体中，相邻原子 中心间距的1/2。 金刚石： 相邻C原子中心间距： 0.154nm； C原子的共价半径： 0.077nm.;金属原子半径：共价单质晶体中，相邻 原子中心间距的1/2。 相邻Au原子中心间距： 0.2884nm。 Au原子半径： 0.1442nm. ;离子半径：在离子化合物晶体中，一对 相互接触的阴阳离子中心间距，就是这 两个离子的半径之和.各自的半径值， 可以根据紧密堆原理及有关晶胞参数用 比较法求出。;二、元素的离子类型; 晶体结构的具体形式，主要由原子或离 子的性质决定。而原子和离子的化学性 质，首先取决于它们的外电子层构型。;组成矿物的阴离子的种类很少，阴阳离子之间的结合，主要取决于金属阳离子的性质。 根据外电子层构型，将金属阳离子划分为以下三种类型：;1.惰性气体型离子 最外层电子数：2(ls2)或8 (ns2np6) 。主 要包括ⅠA、ⅡA主族元素离子 。 趋向于形成离子键。主要形成卤物、 氧化物和含氧盐矿物。;2.铜型离子 最外层电子数：18(ns2np6nd10)，与Cu+1 相同。主要包括ⅠB、ⅡB副族以及右侧 一些元素的离子。 趋向于形成共价键。主要形成硫化物、 含硫盐及类似化合物。;3.过渡型离子 最外层电子数在8-18之间。 除ⅠB、ⅡB以外的其它副族元素离子。;三、球体的最紧密堆积原理;等大球体的最密集堆积 1.堆积方式 第一层球 ;第二层球;第三层球：重复第一层球的??置 重复规律：ABAB ……; 最紧密堆积方式：六方最紧密堆积;第三层球：不重复第一层球的位置 第四层球：重复第一层球的位置 重复规律：ABCABC… … ;最紧密堆积方式：立方最紧密堆积;其它 ABACABAC ……四层重复一次 ABABCABABC……五层重复一次 …… …… 用ABC组合就可以表示任何最紧密堆积 层的重复规律。;2.孔隙 ⑴ 孔隙类型（只有两种） 四面体孔隙;八面体孔隙;;⑵ 每个球对应的孔隙数目 八面体孔隙数：6×1/6=1 四面体孔隙数： 8×1/4=2;⑶孔隙总数 n个球作最紧密堆积时，一定会产生n个 八面体孔隙和2n个四面体孔隙。 ;四、 配位数与配位多面体;1. 概念 配位数 每个原子或离子周围最邻近的原子或异 号离子的数目，称该原子或离子的配位 数。;配位多面体 以一个原子或离子为中心，将周围与之 成配位关系的原子或异号离子的中心连 接起来构成的几何多面体，称配位多面 体。 ; 五、矿物中的键型与晶格类型;不同的晶体，当内部键性相同时，常在 物理性质上表现出共同点，键性不同 时，物理性质特点亦有显著不同。 根据晶体结构中占主导地位的化学键的 类型，将晶体结构分为离子晶格、原子 晶格、金属晶格、分子晶格等几种类 型。; 1.离子晶格 晶格中占主导地位的化学键为离子键。 ⑴离子晶格的特点： 阴离子呈紧密堆积，阳离子充填孔隙，配位数较高。 结构电中性，阴阳离子有一定比例。 符合鲍林规则是离子晶格的基本特征。;⑵离子晶体的物理性质 折射率，反射率低，透明半透明，非金属光泽。 膨胀系数小。 硬度熔点有较大的变化范围。; 萤石CaF2 折射率：1.49 摩氏硬度：4 ; NaCl 折射率：1.5 摩氏硬度：2-2.5 熔点：804℃ ;BaSO4硬度：3-3.5；相对密度4.3-4.5;SrSO4-- 天青石 硬度：3-3.5； 相对密度3.9-4;CaSO4 2H2O 石膏晶体 玻璃光泽；硬度：2相对密度2.3;CaSO4 2H2O 石膏晶体 Gypsum;NaSO4 .10H2O 芒硝晶体 玻璃光泽；硬度：１.5-2；相对密度1.49;2.原子晶格 晶格中占主导地位的化学键为共价键。 共价键具有方向性和饱和性，故原子晶 格中的原子一般不是紧密堆积，原子配 位数较低。;原子晶体的物理性质： ⑴为绝缘体。 ⑵具有较大的折射率。 ⑶硬度和熔点比较高。 ; 金刚石晶体;金刚