離子晶體結(jié)構(gòu)PPT課件

1、正負(fù)離子半徑比值與配位數(shù)的關(guān)系 rr值值正離子的正離子的配位數(shù)配位數(shù)負(fù)離子多面體的形負(fù)離子多面體的形狀狀實(shí)實(shí) 例例0.000 0.000 0.1550.1552 2直線形直線形干冰干冰COCO2 20.155 0.155 0.2250.2253 3三角形三角形B B2 2O O3 30.225 0.225 0.4140.4144 4四面體四面體SiOSiO2 2，GeOGeO2 20.414 0.414 0.7320.7326 6八面體八面體NaClNaCl，MgOMgO，TiOTiO2 20.732 0.732 1.0001.0008 8立方體立方體ZrOZrO2 2，CaFCaF2 2，C

2、sClCsCl1.0001.000以上以上1212立方八面體立方八面體CuCu第1頁/共47頁2.電價(jià)規(guī)則(鮑林第二規(guī)則)iinZS)(在一個(gè)穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)負(fù)離子的電價(jià)等于從鄰近的正離子配給該負(fù)離子各靜電鍵強(qiáng)度的總和。 3.負(fù)離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則（鮑林第三規(guī)則） 在配位結(jié)構(gòu)中，配位多面體共用棱，特別是共用面的存在會(huì)降低這個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第2頁/共47頁四面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)共頂、共棱、共面時(shí)，中心正離子間的距離為：1：0.58 ：0.33第3頁/共47頁共頂、共棱、共面時(shí)，中心正離子間的距離為：1：0.71:0.58幻燈片 11 八面體的共頂、共面和共棱聯(lián)結(jié)第4頁/共

3、47頁4.不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則（鮑林第四規(guī)則）在含有兩種以上正離子的離子晶體中，一些電價(jià)較高、 配位數(shù)較低的正離子配位多面體之間有盡量互不結(jié)合的趨勢(shì)。 5、節(jié)約規(guī)則（鮑林第五規(guī)則 ）在晶體中，本質(zhì)上不同組成的結(jié)構(gòu)單元的數(shù)目，趨向了最少。第5頁/共47頁典型的離子晶體的結(jié)構(gòu)晶胞中離子的排列，離子的配位數(shù)，晶體常數(shù)與離子半徑關(guān)系式，一個(gè)晶胞所占有正負(fù)離子的數(shù)目，質(zhì)點(diǎn)所處的空間坐標(biāo)，空間格子類型以及同型結(jié)構(gòu)的化合物等。要求掌握的具體內(nèi)容：1.AB型化合物結(jié)構(gòu)第6頁/共47頁（1）CsCL型結(jié)構(gòu)：CsBr,CsI圖2-52 CsCL晶胞第7頁/共47頁圖圖2-53 NaCl2-53 Na

4、Cl晶胞晶胞（2）NaCl型結(jié)構(gòu)：MgO,FeO,TiN,TiC等第8頁/共47頁圖2-54 -ZnS晶胞1 1111 1(0,0,0),( ,0),( ,0, ),(0, )2 2222 2ZnS1 1 13 3 11 3 33 1 3( , ),( , ),( , ),( , )4 4 44 4 44 4 44 4 4（3） 立方ZnS型(閃鋅礦型）結(jié)構(gòu)：CdS,CuCl等25025005075750 5050050第9頁/共47頁圖圖2-55 a-ZnS2-55 a-ZnS晶胞晶胞ZnS六方ZnS型（纖鋅礦型）結(jié)構(gòu)833132;8700:2213132;000:222ZnS第10頁/共4

5、7頁 立方ZnS和六方ZnS是非常重要的兩種晶體結(jié)構(gòu)。 已投入使用的半導(dǎo)體除Si、Ge單晶為金剛石型結(jié)構(gòu)外，III-V族和II-VI族的半導(dǎo)體晶體都是ZnS型，且以立方ZnS型為主.例如：GaP, GaAs, GaSb，InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe。第11頁/共47頁2.AB2型化合物結(jié)構(gòu)(1) CaF2(螢石型）結(jié)構(gòu)第12頁/共47頁屬于立方面心點(diǎn)陣， 結(jié)構(gòu)單元為一個(gè)CaF2 SrF2, CeO2 ,UO2,HgF2等晶體屬CaF2型，而Li2O, Na2O, Be2C等晶體屬反螢石型，即正離子占據(jù)F-離子位置，負(fù)離子占據(jù)Ca2+的位置。 第13頁/共47

6、頁（2）金紅石型結(jié)構(gòu)四方簡(jiǎn)單點(diǎn)陣，每個(gè)晶胞2個(gè)Ti2+，4個(gè)O2-O2- 近似按立方A1 型堆積，Ti4+填充了變形八面體空隙中（占據(jù)率50%）, O2- 的配位數(shù)為3，Ti4+ 的配位數(shù)為 6。第14頁/共47頁Ti4+： 1 1 1(0,0,0),( , )2 2 2O2-： 111111( , ,0),(1,1,0),(, ),(, )222222u uuuuuuuu為一結(jié)構(gòu)參數(shù)，金紅石本身u = 0.31。 MgF2, FeF2, VO2，CrO2， PbO2，WO2，MoO2等為金紅石型。 分?jǐn)?shù)坐標(biāo)： 第15頁/共47頁3.A2B3型化合物結(jié)構(gòu)為代表以32OAlaO2-近似作六方最緊

7、密堆積，配位數(shù)為4，堆積層垂直于三次軸，Al3+充填了O2-形成的八面體空隙數(shù)的2/3,每三個(gè)相鄰的八面體空隙有一個(gè)是有規(guī)則地空著；每個(gè)晶胞含4個(gè)Al3+和6個(gè)O2-。剛玉型結(jié)構(gòu)第16頁/共47頁Al3+空隙DEFOAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlFOAAlDOB第17頁/共47頁NoImage平行3次軸方向上，兩個(gè)實(shí)心八面體和一個(gè)空心八面體相間排列每三個(gè)相鄰的八面體就有一個(gè)有規(guī)則地空著，這樣六層構(gòu)成一個(gè)周期。第18頁/共47頁4.ABO3型化合物結(jié)構(gòu)： CaTiO3型和CaCO3方解石型CaTiO3晶體結(jié)構(gòu):立方P，Ca2+位于角頂，O2-位于面心，Ti4+位于立方體

8、中心；以Ca2+和O2-作面心立方緊密堆積，形成4n個(gè)八面體空隙和8n個(gè)四面體空隙，Ti4+填入的 1/4 八面體空隙中 CaTiO3高溫下為立方晶系，低溫下為正交晶系。第19頁/共47頁圖2-49 尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)5.AB2O4型化合物結(jié)構(gòu):尖晶石MgAl2O4尖晶石MgAl2O41812的四面體空隙中，而Al3+填入的八面體空隙中 1812的四面體空隙中，而Al3+填入的八面體空隙中 1812的八面體空隙中 以O(shè)2-作立方緊密堆積，形成4n個(gè)八面體空隙和8n個(gè)四面體空隙，Mg2+填入1/8的四面體空隙而Al3+填入1/2的八面體空隙。第20頁/共47頁硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

9、 : (2)結(jié)構(gòu)中Si-O-Si鍵為鍵角1450的折線。(4)硅氧四面體間只能共頂連接，而不能共棱和共面連接。(1)基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體。(3)每一個(gè)O2-最多只能連接二個(gè)硅氧四面體。第21頁/共47頁 SiOSiO4 4 4 4-四面體四面體是硅酸鹽的基本構(gòu)造單位，可孤立地存在；也可以角頂相聯(lián)形成多種是硅酸鹽的基本構(gòu)造單位，可孤立地存在；也可以角頂相聯(lián)形成多種復(fù)雜的絡(luò)陰離子，即各種形式的硅氧骨干，再與金屬陽離子結(jié)合形成多種硅酸鹽礦物。復(fù)雜的絡(luò)陰離子，即各種形式的硅氧骨干，再與金屬陽離子結(jié)合形成多種硅酸鹽礦物。 第22頁/共47頁NoImage 返回橋氧第23頁/共47頁活性氧活性氧（非橋

10、氧非橋氧）： SiOSiO4 4 4-4-四面體中與四面體中與1 1個(gè)個(gè)SiSi相聯(lián)結(jié)的相聯(lián)結(jié)的O O。 惰性氧惰性氧（橋氧橋氧橋氧橋氧）： SiOSiO4 4 4-4-四面體中與四面體中與2 2個(gè)個(gè)SiSi相聯(lián)結(jié)的相聯(lián)結(jié)的O O，其電荷已中和其電荷已中和。 第24頁/共47頁一、孤島狀結(jié)構(gòu) SiO4四面體在結(jié)構(gòu)中不直接連接, 而靠MO6連接起來的, 即SiO4四面體被MO6八面體隔離。絡(luò)陰離子: SiO44- ZrSiO4(鋯英石)、Mg2SiO4(鎂橄欖石)，(MgFe)2SiO4(橄欖石) 晶體代表: 第25頁/共47頁橄欖石 (Mg,Fe)2SiO4返回第26頁/共47頁金綠柱石銫綠柱

11、石海藍(lán)寶石第27頁/共47頁二、組群狀結(jié)構(gòu) SiO4四面體是以二個(gè)、三個(gè)、四個(gè)和六個(gè)通過公共氧連接而成的四面體群體，這種群體看成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)單元在結(jié)構(gòu)中不直接連接, 而靠MO6連接起來的。絡(luò)陰離子: Si2O76-， Si3O96-， Si4O128- ，Si6O1812- 綠柱石結(jié)構(gòu) Be3Al2Si6O18 堇青石結(jié)構(gòu)Mg2Al3AlSi5O18 晶體代表: 第28頁/共47頁NoImage雙四面體返回第29頁/共47頁組群狀 三方環(huán)第30頁/共47頁SiO 4abc環(huán)狀硅氧骨干 下一頁第31頁/共47頁NoImage環(huán)狀硅氧骨干綠柱石第32頁/共47頁綠柱石Be3Al2Si6O18

12、第33頁/共47頁三、鏈狀結(jié)構(gòu) 無數(shù)個(gè)SiO44-間通過共用2或3個(gè)角頂，沿一個(gè)方向彼此相連，無限延伸成鏈。鏈間為其他金屬陽離子聯(lián)結(jié)。常見單鏈和雙鏈。絡(luò)陰離子: 單鏈 Si2O64-雙鏈 Si4O116-透輝石CaMgSi2O6 、透閃石Ca2Mg5Si4O112(OH)2 晶體代表: 第34頁/共47頁c=0.520nm0c=1.220nm0b=0.732nm0SiO 4abc硅灰石薔薇輝石輝石返回輝石第35頁/共47頁雙鏈（莫來石，石棉等）第36頁/共47頁四、層狀結(jié)構(gòu) 每個(gè)SiO44-均以3個(gè)角頂分別與相鄰的3個(gè)SiO44-相連結(jié)而形成向二維空間無限延展的硅氧四面體層。NoImage層狀

13、硅氧骨干兩層活性氧（及OH)按最緊密堆積方式，上下層位置錯(cuò)開OH位于六方網(wǎng)格中心，與活性氧同高度第37頁/共47頁Mg3Si4O10(OH)2(滑石)、KAl2AlSi3O10(OH)2(白云母) 、Al2Si4O10(OH)2 （葉臘石） 、 Al4Si4O10(OH)8(高嶺石)晶體代表: 絡(luò)陰離子: Si4O1012- 按硅氧四面體層（T）和八面體層（O)組合的型式，結(jié)構(gòu)單元層有兩種基本型式：（1）雙層型結(jié)構(gòu)單元層（TO型）：如高嶺石（2）三層型結(jié)構(gòu)單元層（TOT型）：如云母、 葉臘石第38頁/共47頁云母，蒙脫石（TOT型）第39頁/共47頁OHOAlSiO4TO型高嶺石第40頁/共4

14、7頁五、架狀結(jié)構(gòu) 硅氧四面體所有四個(gè)頂點(diǎn)均與相鄰硅氧四面體的頂點(diǎn)相連,并向三維空間伸延的架狀結(jié)構(gòu)。絡(luò)陰離子: SiO2石英SiO2 ，KAlSi3O8（鉀長(zhǎng)石），NaAlSi3O8（鈉長(zhǎng)石），CaAl2Si2O8（鈣長(zhǎng)石）和BaAl2Si2O8（鋇長(zhǎng)石） 晶體代表: 第41頁/共47頁石英架狀第42頁/共47頁 架狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特征是SiO4四個(gè)頂角氧都與相鄰的SiO4共有，SiO4排列成具有三維空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。石英就屬于架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，圖示出了a-方石英的晶體結(jié)構(gòu)，Si4+的排列方式與金剛石結(jié)構(gòu)完全相同，在距離最近且完全等距離的每2個(gè)Si4+之間插入O2-，就構(gòu)成了a-方石英的晶體結(jié)構(gòu)。 石英晶體結(jié)