矿物的晶体化学知识讲义.pptx

第二部分 矿物学 Conspectus of mineralogy矿物的晶体化学 crystalloid chemistry矿物的化学成分 chemistry component矿物的物理性质 physical characters矿物的形态 configuration of mineral矿物的形成与变化 forming and transformation of mineral第七章 矿物的晶体化学原子和原子半径球体的最紧密堆积配位数和配位多面体类质同像、同质多像晶体结构的有序—无序、多型、型变何谓晶体化学？What’s crystalloid chemistry?晶体化学 是研究单质或化合物中离子、分子或原子在晶体内的分布规律，从而阐明化学成分与晶体结构以及与晶体的物理性质、化学性质之间关系的分支学科。一、原子和原子半径1.基本概念 绝对半径：计算得出的各种原子或离子的半径（理论半径） 有效半径：由实验方法得到的各种原子或离子的半径 共价半径：同种元素的原子共价单键结合时，其核间距的一半称为该原子的共价半径 金属半径：在金属单质晶格中，两相邻原子核间距的一半称 为该原子的金属半径 范德华半径：在原子间仅存在范德华作用时，两相邻原子核间距的一半称为范德华半径2. 原子半径、离子半径的规律同种元素的原子半径而言，共价半径最小同种元素的半径，阳离子原子阴离子同一周期元素，半径随原子序数增加而减小同一族元素，由上向下，半径增大（左上 右下）镧系和錒系元素中，半径随原子序数增加而逐渐缩小，称之为镧系收缩，使得其后的第六周期元素与同族中第五周期元素半径相近同种元素，电价相同情况下，半径随配位数增大而增大过渡元素离子半径变化趋势复杂 原子和离子半径的大小，特别是相对大小，对晶体结构中指点的排列方式影响很大。很多情况下，晶体结构可视为由各种大小的质点——球形原子、离子呈紧密堆砌而成。二、球体的最紧密堆积 spheriform closest packingWhy ?球体堆积晶体结构 具有一定有效半径的离子或原子 刚性小球 金属键和离子键都没有方向性和饱和性 晶体中原子或离子的化合遵循内能最小的原则单元素晶体等大球体 化合物不等大球体1、等大球体的最紧密堆积isometric spheriform closest packingB处和C处可通过旋转后，堆积效果相同，故二层球堆积只有一种——堆积于第一层形成的空隙之上。第三层球堆积时，置于第二层堆积形成的空隙之上，出现两种不同的方式：ABA，ABC第四层： ABAB……. 或ACAC… ABCA…. 第五层：ABABA 或ACACA ABCAB… 第六层…ABABAB或ACACAC ABCABC或ACBACB六方最紧密堆积Hexagonal closest packing两层重复ABABAB....最紧密堆积面（0001） 立方最紧密堆积 cubic closest packing三层重复 ABCABCABC....最紧密堆积面（111）四层重复：ABCBABCBABCB…五层重复：ACBCBACBCB…六层重复：ABCACBABCACB…（两层重复中：ABAB ,相邻上下层为同号层；三层重复中：ABCABC ,相邻上下层为异号层）因此，4，5，6，7… 层重复可以看作是由同号和异号排列、重复、组合而成。最基本的排列方式只有两种：ABABAB…六方最紧密堆积和ABCABCABC….立方最紧密堆积四面体空隙八面体空隙空隙的类型和数目最紧密堆积 空隙率25.95%当n个球做最紧密堆积时四面体空隙数=2n八面体空隙数=n空隙分布特点：六方堆积中，四面体—四面体；八面体—八面体立方堆积堆积中，四面体—八面体；八面体—四面体2、不等大球体的最紧密堆积different spheriform closest packing阴离子作最紧密堆积阳离子充填其空隙最紧密堆积原理可适用于许多晶体结构，特别是金属晶格和离子晶格例如： TiO2 晶体： O作等大球体紧密堆积，Ti充填于八面体空隙之中FeCr2O4晶体： O作等大球体紧密堆积，Cr充填于八面体空隙之中，Fe充填于四面体空隙之中三 配位数和配位多面体 coordination number and coordination polyhedron 配位数 (coordination number C.N.) 每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子或异号离子的数目 配位多面体(coordination polyhedron)以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位关系或异号离子的中心联线所形成的几何图形 影响配位数的因素 influence factor of C.N.质点的相对大小，堆积的紧密程度及质点间化学键的