《几种典型结构》PPT课件

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1、九 种 典 型 结 构 (1) 立 方 面 心 结 构 ： 空 间 群 ： Fm3m, 相 当 于 等 大球 立 方 最 紧 密 堆 积 。 (2) 六 方 结 构 ： 空 间 群 ： P63/mmc， 相 当 于 等 大 球六 方 最 紧 密 堆 积 。 (3) 立 方 体 心 结 构 ： 空 间 群 ： Im3m， 为 非 最 紧 密堆 积 方 式 。 空 间 群 ： Pm3m， 立 方 原 始 格 子 。 空 间 群 ： P-3m， 三 方 原 始 格 子 。 在 单 位 晶 胞 中 ， 阳 离 子 分 布 在 8个 角 顶 ， 阴 离 子 分布 中 由 上 下 各 3个 阳 离 子 构

2、 成 的 正 三 方 柱 中 ， 并 间隔 地 在 上 半 部 的 中 心 和 下 半 部 的 中 心 。 因 此 ， 该 结 构 也 可 以 理 解 为 ： 阴 离 子 做 六 方 最 紧 密堆 积 ， 阳 离 子 填 充 在 间 隔 一 层 的 全 部 八 面 体 空 隙 中 。 具 有 该 种 结 构 的 物 质 主 要 有 ：VCl2, PbI2, GeI2, PtO2, ToBr2, RhTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, SnS2, MnI2, NiTe2, PdTe2, PtS2, CdI2, MgI2, CaI2, CoBr2, FeBr2, FeI2, ZrS2

3、, ZrSe2, MnBr2等 。具 有 反 CaI2结 构 的 物 质 有 ：Ag 2F， B2O， Ni2C 空 间 群 ： Fm3m， 立 方 面 心 结 构 。Ca分 布 于 晶 胞 的 角 顶 及 面 心 ； F分 布 在 晶 胞 8等 分之 后 每 个 小 立 方 体 的 中 心 。 萤 石 结 构 可 以理 解 为 ： Ca2+ 做 立方 最 紧 密 堆 积 ， F-充 填 在 其 中 全 部 的四 面 体 孔 隙 中 。 N个 球 最 紧 密 堆 积 有2N个 四 面 体 空 隙 ，所 以 Ca:F= 1:2，故 得 其 分 子 式 为CaF2。 萤 石 晶 胞 中 存 在 平

4、 行 于（ 111） 面 的 离 子 堆 积 层 ，因 此 ， 萤 石 具 有 111完 全解 理 。 阳 离 子 配 位 四 面 体 的 连 接 ： 共 棱 联 结 形 成 的 萤 石 结 构 。晶 胞 中 由 8个 FCa4共 棱 连 接 而 成 ， 而 且 四 面 体 的 每 根棱 都 被 共 用 了 。 阴 离 子 配 位 立 方 体 ： 全 部 共 棱 形 成 萤 石 结 构 。 CaF8配 位 立 方 体 沿 3维 方 向 相 间 排 列 而 成 。 反 萤 石 型 结 构 球 键 图 阳 离 子 四 面 体 配 位 阴 离 子 立 方 体 配 位 反 萤 石 型 结 构 可 看

5、作 ： 阴 离 子 做 立 方 最 紧 密 堆 积 ， 阳 离子 充 填 在 全 部 的 四 面 体 空 隙 中 。 空 间 群 ： Fm3m， 立 方 面 心 格 子 。 具 有 NaCl型 结 构 的 部 分 物 质 。 表 9.4 与 石 盐 等 结 构 的 物 质 (111) (200) (220) 空 间 群 F-43m， 立 方 面 心 格 子 。Zn分 布 于 晶 胞 的 角 顶 及 面 心 。 如 果 把 晶 胞 8等 分 ， S分布 于 间 隔 的 小 立 方 体 的 中 心 。 闪 锌 矿 的 晶 体 结 构 ： 球 键 图 (左 )、 配 位 多 面 体 连 接 图 (右

6、 ) 结 构 中 ， S2- 和 Zn2+配 位 数 都 是 4， 配 位 多 面 体 都是 四 面 体 。 四 面 体 共 角 顶 相 联 。 从 图 可 看 出 ， SZn4四 面 体 （ ZnS4 四 面 体也 是 一 样 ） 共 角 顶 联 成的 四 面 体 基 元 层 与 111方 向 垂 直 。 由 于 S 2-和 Zn2+都 呈 配 位 四 面 体 ， 所 以 闪 锌 矿 只 用 一 种 配 位多 面 体 结 构 形 式 表 达 (S和 Zn互 换 是 一 样 的 )。 如 果 将 闪 锌 矿 结 构 中 的 Zn和 S都 变 成 C， 则 结 构 变 成 金 刚石 结 构 （

7、Fd3m） 。 具 有 闪 锌 矿 型 结 构 的 物 质 等 轴 晶 系 ， 空 间 群 Fd3m。 立 方 面 心 结 构 。金 刚 石 的 晶 体 结 构 中 ， 碳 原 子 分 布 在 角 顶 和 面 心 ， 以 及 把 晶 胞八 等 分 之 后 ， 半 数 交 替 的 小 立 方 体 中 心 。 金 刚 石 的 晶 体 结 构 可 以 看 成 是 半 数 的 C作 立 方 最 紧 密 堆 积 (蓝球 )， 另 外 一 半 C相 间 地 充 填 在 其 中 的 四 面 体 孔 隙 中 (红 球 )而 构成 的 。 该 晶 体 是 典 型 的 原 子 晶 体 ， 每 个 碳 原 子 都

8、以 sp3杂 化 轨 道 与 四个 碳 原 子 形 成 强 的 共 价 键 ， 键 长 为 0.155nm， 键 角 为 10928 16 ， 即 C的 配 位 数 4， 配 位 多 面 体 是 四 面 体 。 碳 碳 配 位四 面 体 在 三 维 空 间 共 角 顶 相 联 ， 形 成 最 坚 强 的 晶 体 结 构 。 如 果 金 刚 石 晶 胞 沿 一 个 L3立 起 来 ， 金 刚 石 似 乎 显 示 出 层 状 结构 特 征 ， 虽 然 不 是 很 特 征 ， 但 金 刚 石 的 确 平 行 111存 在 中 等解 理 。 由 于 C-C键 的 键 能 大 （ 347 kJ/mo）

9、， 价 电 子 都 参 与 了 共 价 键的 形 成 ， 使 得 晶 体 中 没 有 自 由 电 子 ， 所 以 金 刚 石 是 自 然 界 中 最 坚 硬 的 固 体 ， 熔 点 高 达 3550 。 金 刚 石 及 其 等 结 构 物 质 比 较物 质 名 称 金 刚 石 单 晶 硅 锗 锡化 学 式 C Si Ge Sn a0/nm 0.3567 0.5431 0.5623 0.6489H 10 7 6 5D / g/cm3 3.51 2.336 5.47 5.77颜 色 无 色 黑 色 淡 灰 色 白 色熔 点 ( ) 3550 1410 958 937主 要 用 途 超 硬 材 料

10、半 导 体 材 料 半 导 体 材 料 焊 锡 材 料特 点 由 左 至 右 ， 物 质 的 共 价 键 性 逐 步 变 弱 空 间 群 ： Pm3m， 立 方 面 心 结 构 。Ca-角 顶 ， O-面 心 ， Ti-体 心 。 TiO6八 面 体 共 角 顶 连 接 ， Ca填 充 在 其 间 的 空 隙中 ， Ca为 12次 配 位 。 （ Spinel） ， AB2O4 (MgAl2O4)空 间 群 Fd3m。 立 方 面 心 结 构 。Mg: 8a: 0.5 0.5 0.5Al: 16d: 0.125 0.125 0.125O: 32e: 0.264 0.264 0.264 结 构

11、中 ， O2-作 立 方 最 紧 密 堆 积 ， 阳 离 子 A(二 价 )占据 1/8的 四 面 体 空 隙 ， AO4四 面 体 在 结 构 中 间 隔 地 成层 分 布 ， 在 同 一 层 内 ， 临 近 的 四 面 体 的 顶 点 相 互 反 向 ； 阳 离 子 B(三 价 )占 据 1/2的 八 面 体 空 隙 ， 形 成 BO6 八 面 体 ，BO6八 面 体 亦 成 层 分 布 。 间 隔 性 地 ， 一 个 层 的 八 面 体 全 部 被 占据 ， 一 个 层 的 半 数 八 面 体 被 占 据 ， 后 者 和 AO4四 面 体 同 层 。在 111方 向 ， 由 BO6八 面

12、 体 单 纯 构 成 的 层 与 由 AO4四 面 体和 BO6八 面 体 共 同 组 成 的 层 交 替 排 列 形 成 了 尖 晶 石 结 构 。 尖 晶 石 通 式 是 A2 B3 2O4， 表 示 二 价 阳 离 子 A占 据 了晶 胞 四 面 体 空 隙 ， 三 价 阳 离 子 B占 据 八 面 体 空 隙 ， 此 即尖 晶 石 结 构 ， 代 表 是 尖 晶 石 （ MgAl2O4） 。 当 结 构 中 的 四 面 体 空 隙 被 B3 占 据 ， 而 八 面 体 空 隙 则被 B3 和 A2 各 占 一 半 ， 即 有 分 子 式 B3 (A2 B3 )2O4时 ，这 种 结 构

13、 叫 做 反 尖 晶 石 结 构 ， 代 表 物 质 磁 铁 矿（ Fe3 (Fe2 Fe3 )2O4） 。 当 结 构 中 四 、 八 面 体 孔 隙 被 A2 和 B3 无 序 占 据 时 ，叫 混 合 尖 晶 石 结 构 ， 代 表 晶 相 是 镁 铁 矿 （ Fe, Mg) 3O4。 Fe3O4 VMn2O4 NiAl2O4 NiGa2O4 Co3S4 TiZn2O4 -Fe2O3 LiTi2O4 CoAl2O4 MgGa2O4 NiCo2S4 VZn2O4MnFe2O4 MnTi2O4 ZnAl2O4 MnGa2O4 Fe2SiO4 SnMg2O4MgFe2O4 ZnCr2O4 Co

14、3O4 ZnIn2S4 Ni2SiO4 TiMg2O4Ti Fe2O4 CoCr2O4 GeCo2O4 MgIn2O4 Co2SiO4 WNa2O4LiMn 2O4 CuMn2O4 VCo2O4 CuV2S4 Mg2SiO4 CdIn2O4 具 有 尖 晶 石 型 结 构 的 部 分 物 质 LiMn2O4锂 电 材 料 四 面 体 层 （ T） 和 八 面 体 层 （ O）T层 SiO4共 3个 角 顶 成 六 方 网 层 ， 第 4个 角 顶 (活 性 氧 )朝 向同 一 方 向 ； 在 六 方 网 孔 中 心 、 与 活 性 氧 同 高 度 处 存 在 一 个 OH。半 径1.3A O层

15、 两 个 T层 活 性 氧 相 向 、 错 开 一 定 距 离 做 紧 密 堆 积 ， 阳 离子 充 填 八 面 体 孔 隙 ， 形 成 O层 。或 ： 一 边 是 T层 的 顶 点 氧 和 羟 基 ， 另 一 边 为 一 层 羟 基 。 三 八 面 体 型 结 构 和 二 八 面 体 型 结 构 当 每 个 六 方 网 孔 下 的 3个 八 面 体 空 隙 （ 一 共 是 -6价 ） 被 三个 （ 二 价 ） 阳 离 子 充 填 时 ， 整 个 结 构 称 作 三 八 面 体 型 结 构 ； 当3个 八 面 体 空 隙 被 两 个 （ 三 价 ） 阳 离 子 充 填 时 ， 则 结 构 称

16、作 二八 面 体 型 结 构 。 三 八 面 体 结 构 的 O层每 个 配 位 离 子 被 三 个 八 面 体 共 用 ， 分 给 每 个 八 面 体 阳 离 子 -1/3价 ，6个 总 和 为 -2价 。 因 此 每 个 八 面 体 样 子 只 能 为 +2价 。 每 个 配 位 离 子 被 两 个 八面 体 共 用 ， 分 给 每 个 八面 体 样 子 -1/2价 电 荷 ， 6个 共 -3价 ， 因 此 八 面 体阳 离 子 为 +3价 。二 八 面 体 结 构 的 O层 结 构 单 元 层 及 基 本 类 型T层 和 O层 的 不 同 堆 积 方 式 构 成 了 层 状 结 构 硅

17、酸 盐 的 结 构 单 元 层 ：1 1型 （ TO型 ） ： 1层 T层 和 1层 O层 ， 代 表 矿 物 是 高 岭 石 。 2 1型 （ TOT型 ） ： 2层 T层 夹 1层 O层 ， 代 表 矿 物 是 滑 石 。 层 间 域 结 构 单 元 层 之 间 的 空 间 叫 层 间 域 。 层 间 域 可 以 完 全 空 置 ， 也可 以 被 其 它 物 质 充 填 ， 如 离 子 ， 分 子 ， 水 和 有 机 物 等 。滑 石 结 构 云 母 结 构 高 岭 石 (kaolinite) 八 面 体 阳 离 子 在 每 层 占 据 同 样 的 位 置 。 7.17-7.20A 0.0

18、00.652.223.374.307.17 7.17-7.20A 八 面 体 表 面 离 子 分 布 ： 四 面 体 片 层 间 的 表 面 离 子 分 布 蒙 皂 石 族 (Smectite) Ca2+携 带 大 量 水 分 子 15A 5.5-6ACa2+携 带 大 量 水 分 子 (1) 来 源 于 四 面 体 片 的Al-Si替 代 。 这 时 ， 与 配平 电 荷 的 层 间 阳 离 子 距 离较 近 ， 称 之 为 “ 近 电 ” 。 记 为 Xt(2) 来 源 于 八 面 体 片 的Mg-Al替 代 。 这 时 ， 于 配平 电 荷 的 层 间 阳 离 子 距 离较 远 ， 称 之 为 “ 远 电 ” 。 记 为 Xo 在 晶 胞 所 示 范 围内 ， 每 个 单 面 只有 -0.33价 的 电 荷 。 平 均 每 个 基底 氧 携 带 电 荷 约为 -0.055价 。 1个 Ca2+配 平的 电 荷 范 围 羟 基 铝 柱 撑 蒙 脱 石 结 构 示 意18A 8.520A