化学竞赛晶体结构.pptx

晶体结构[初赛大纲]分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。晶胞（定义、晶胞参数和原子坐标及以晶胞为基础的计算）。点阵（晶格）能。配位数。晶体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型：NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS）、萤石（CaF2）、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、金红石、二氧化硅、钙钛矿、钾、镁、铜等。一、晶体的点阵理论晶体=点阵+结构基元一维周期排列的结构及其点阵一维周期性结构与直线点阵二维点阵格子的划分●●●●●●●●●(3)空间点阵 空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。相应地，按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。矢量a，b，c的长度a，b，c及其相互间的夹角α，β，γ称为点阵参数或晶胞参数。 晶胞是充分反映晶体对称性的基本结构单位。胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶体。CBADFEGH二、晶胞1.晶胞基本特征晶胞：晶体的基本重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。２.晶胞的两个要素 （1）晶胞的大小与形状 由晶胞参数a，b，c，α，β，γ表示， a，b，c 为六面体边长， α，β，γ 分别是bc ， ca , ab 所组成的夹角。（2）晶胞的内容 晶胞的大小、型式由a、b、c三个晶轴及它们间的夹角α.β.γ所确定。晶胞的内容由组成晶胞的原子或分子及它们在晶胞中的位置所决定。用原子坐标表示CBADFEGH原子坐标ABCDEFGH（1，0，1）（0，0，1）（0，1，1）（1，1，1）（0，0，0）体心（0，1，0）（1/2，1/2，1/2）（1，0，0）下面心（1/2，1/2，0）（1，1，0）右面心（1/2，1，1/2）右图为CsCl的晶体结构。Cl与Cs的1:1存在。若CS+Cl－取一点阵点，我们可将点阵点取Cl－的位置。根据Cl－的排列，我们可取出一个a=b=c，α=β=γ＝90o的立方晶胞，其中8个Cl原子位于晶胞顶点，但每个顶点实际为8个晶胞共有，所以晶胞中含8×1/8=1个Cl原子。Cs原子位于晶胞中心。晶胞中只有1个点阵点。故为素晶胞。图为8个CsCl晶胞。右上角为一个单胞。原子分数坐标：顶点（0，0，0）、体心 右图是金刚石的立方晶胞。a=b=c，α=β=γ＝90o写出原子分数坐标右图为金属锌的六方晶胞a=b, α=β= 90o, γ=120o写出原子分数坐标三、七大晶系根据晶体的对称性，按有无某种特征对称元素为标准，将晶体分成7个晶系：1. 立方晶系(c)：在立方晶胞4个方向体对角线上 均有三重旋转轴(a=b=c, α=β=γ=90o)。2. 六方晶系(h)：有1个六重对称轴 (a=b, α=β= 90o, γ=120o)3. 四方晶系(t)：有1个四重对称轴(a=b, α=β=γ=90o)晶胞形状：三方晶系的晶体可按两种方法进行划分：1.六方晶胞划分,如上面左图所示；2.按照菱面体型式进行划分，如上面右图所示。4. 三方晶系(h)：有1个三重对称轴晶胞参数：a=b, α=β=90o, γ=120o(六方); a=b=c, α=β=γ120o≠90o(菱面体) 5. 正交晶系(o)：有3个互相垂直的二重对称轴或3个互相垂直的对称面。晶胞参数 a≠b≠c,α=β=γ=90o6. 单斜晶系(m)：有1个二重对称轴或对称面晶胞参数： a≠b≠c，α=γ=90o≠β7. 三斜晶系(a)：没有特征对称元素晶胞参数： a≠b≠c，α≠β≠γ立方 a=b=c, ?=?=?=90°四方 Tetragonala=b?c, ?=?=?=90°正交 Rhombica?b?c, ?=?=?=90°三斜 Triclinica?b?c ?????单斜 Monoclinic a?b?c ?=?=90°, ??90°三方 Rhombohedrala=b=c, ?=?=??90°a=b?c, ?=?=90° ?=120°六方 Hexagonal a=b?c, ?=?=90°, ?=120°四、14种空间点阵型式七个晶系共有七种(正当)晶胞形状，晶体的正当晶胞和空间点阵的正当单位互相对应，因此，正当单位的形状也有七种：立方、六方、四方、三方、正交、单斜、三斜。从七种形状的几何体出发，每个顶点上放置一个点阵点，得到素(正当)单位，给出简单(P)的点阵型式。在这些素单位中再加入点阵点，得到复(正当)单位，这个过程称为点阵有心化。点阵有心化必须遵循三个原则：（1）由于点阵点周围环境相同，这要求加入的点阵点只能位于体心、面心、底心位置，给出体心(I)、面心(F)、底心(C)的点阵型式。（2）不破坏晶系的特征对称元素。（3）能给出新的正当单位。问题1.为什么没有底心立方的点阵型式？问题2.为什么无四方底心的点