晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣PPT教案

1、會計學1晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣固態(tài)物質(zhì)：晶體固態(tài)物質(zhì)：晶體 非晶體非晶體2.1 2.1 晶體學基礎(chǔ)晶體學基礎(chǔ)空間點陣和晶胞、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)、晶空間點陣和晶胞、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)、晶帶、晶面間距、倒易點陣、晶體的對稱性、帶、晶面間距、倒易點陣、晶體的對稱性、第1頁/共43頁 1 1、晶體、晶體晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形的特晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形的特征開始征開始在古代，無論中外，都把具有規(guī)則的幾何多在古代，無論中外，都把具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的水晶稱為晶體面體形態(tài)的水晶稱為晶體凡是具有（非人工琢磨而成）幾何多面體形凡是具有（非人工琢磨而成）幾何多面體形態(tài)的固

2、體都稱之為晶體態(tài)的固體都稱之為晶體 以上兩種定義都是不正確的以上兩種定義都是不正確的一、晶體的基本概念一、晶體的基本概念第2頁/共43頁l19121912年，年，X X射線晶體衍射實驗成功射線晶體衍射實驗成功，對晶體的研，對晶體的研究從晶體的外部進入到晶體的內(nèi)部，使結(jié)晶學進究從晶體的外部進入到晶體的內(nèi)部，使結(jié)晶學進入一個嶄新的發(fā)展階段。入一個嶄新的發(fā)展階段。l現(xiàn)已證明，現(xiàn)已證明，一切晶體一切晶體不論其外形如何，它的內(nèi)部不論其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點（原子、離子或分子）都是在三維空間有規(guī)質(zhì)點（原子、離子或分子）都是在三維空間有規(guī)律排列，主要表現(xiàn)為同種質(zhì)點的周期重復，構(gòu)成律排列，主要表現(xiàn)為同種質(zhì)點的

3、周期重復，構(gòu)成了所謂的了所謂的“空間格子空間格子”。l所有晶體都具有格子構(gòu)造所有晶體都具有格子構(gòu)造晶體的共同特點。晶體的共同特點。第3頁/共43頁Cl-Na+l晶體的正確的定義：晶體的正確的定義：晶體是內(nèi)部質(zhì)點在三維晶體是內(nèi)部質(zhì)點在三維空間呈周期性重復排列的固體；或者說晶體空間呈周期性重復排列的固體；或者說晶體就是具有空間格子的固體。就是具有空間格子的固體。石石 鹽鹽 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)第4頁/共43頁無色水晶無色水晶第5頁/共43頁鉆石原石鉆石原石第6頁/共43頁2 2、非晶體、非晶體 l有些狀似固體的物質(zhì)如玻璃、琥珀、松香等，它有些狀似固體的物質(zhì)如玻璃、琥珀、松香等，它們的們的內(nèi)部質(zhì)點

4、不作規(guī)則排列，不具有格子構(gòu)造，內(nèi)部質(zhì)點不作規(guī)則排列，不具有格子構(gòu)造，稱為非晶體。稱為非晶體。l從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，非晶體中質(zhì)點的分布頗似于液體從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，非晶體中質(zhì)點的分布頗似于液體，嚴格地說，它們不是固體，是過冷液體。，嚴格地說，它們不是固體，是過冷液體。 l只有晶體才能稱為真正的固體。只有晶體才能稱為真正的固體。 第7頁/共43頁晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或分子）在三晶體結(jié)構(gòu)的基本特征：原子（或分子）在三維維空間呈周期性重復排列，即存在長程有序。空間呈周期性重復排列，即存在長程有序。晶體和非晶體的兩大性能區(qū)別晶體和非晶體的兩大性能區(qū)別:例如：玻璃、石蠟和瀝青等都是非晶體，冰塊、NaCl、ZnS

5、 等都是晶體。各向同性各向同性各向異性各向異性固定熔點固定熔點熔化范圍熔化范圍 熔熔 點：點：晶體晶體非晶體非晶體方向性：方向性：第8頁/共43頁晶體的性質(zhì)：晶體的性質(zhì)：第9頁/共43頁第10頁/共43頁u玻璃經(jīng)高溫長時間加熱后能形成晶態(tài)玻璃玻璃經(jīng)高溫長時間加熱后能形成晶態(tài)玻璃u通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從液態(tài)快速冷卻下來也可能通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從液態(tài)快速冷卻下來也可能得得 到非晶態(tài)到非晶態(tài)u獲得非晶態(tài)的金屬和合金（采用特殊的制備方法獲得非晶態(tài)的金屬和合金（采用特殊的制備方法 ）第11頁/共43頁陣點陣點實際晶體的質(zhì)點在三維空間可以有無限多種排列方式，為了便實際晶體的質(zhì)點在三維空間可以有無

6、限多種排列方式，為了便于分析研究晶體中質(zhì)點的排列規(guī)律性，可先將實際晶體結(jié)構(gòu)看于分析研究晶體中質(zhì)點的排列規(guī)律性，可先將實際晶體結(jié)構(gòu)看成完整無缺的理想晶體并簡化，將其中每個質(zhì)點抽象為規(guī)則排成完整無缺的理想晶體并簡化，將其中每個質(zhì)點抽象為規(guī)則排列于空間的幾何點，稱之為陣點。列于空間的幾何點，稱之為陣點。第12頁/共43頁空間點陣空間點陣 為了說明點陣排列的規(guī)律與特點，在點陣中取出一個具有為了說明點陣排列的規(guī)律與特點，在點陣中取出一個具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點陣的組成單代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的重復堆砌就構(gòu)成了空間點元，稱為晶胞。將

7、晶胞作三維的重復堆砌就構(gòu)成了空間點陣。陣。晶晶 胞胞第13頁/共43頁晶胞a c b a c b 第14頁/共43頁圖 空間點陣第15頁/共43頁第16頁/共43頁第17頁/共43頁第18頁/共43頁第19頁/共43頁第20頁/共43頁所以根據(jù)晶胞中結(jié)點的分布情況，所有晶胞可以所以根據(jù)晶胞中結(jié)點的分布情況，所有晶胞可以分為四種格子類型：分為四種格子類型：原始格子、底心格子、體心原始格子、底心格子、體心格子和面心格子格子和面心格子。 原始格子原始格子底心格子底心格子體心格子體心格子面心格子面心格子第21頁/共43頁第22頁/共43頁第23頁/共43頁三斜：簡單三斜單斜：簡單單斜 底心單斜,90o

8、abc,90oabc第24頁/共43頁正交：簡單正交 底心正交體心正交面心正交,90oabc第25頁/共43頁菱方：簡單菱方六方：簡單六方123,90 ,120ooaaac,90oabc第26頁/共43頁四方：簡單四方 體心四方,90oabc第27頁/共43頁立方：簡單立方 體心立方 面心立方,90oabc第28頁/共43頁同一空間點陣可因選取晶胞的方式不同而得出不同的晶胞同一空間點陣可因選取晶胞的方式不同而得出不同的晶胞體心立方體心立方面心立方面心立方簡單菱方簡單菱方簡單三斜簡單三斜新晶胞不能反映立方晶系空間點陣的對稱性，故不能這樣選取新晶胞不能反映立方晶系空間點陣的對稱性，故不能這樣選取。

9、第29頁/共43頁+PICF第30頁/共43頁aab c120o120o120o六方晶系只有簡單六方點陣，六方晶系只有簡單六方點陣，在簡單六方點陣的上下面中心在簡單六方點陣的上下面中心添加結(jié)點后是否形成一個新的添加結(jié)點后是否形成一個新的點陣點陣底心六方點陣，如果底心六方點陣，如果它滿足六方晶系的對稱性，那它滿足六方晶系的對稱性，那它就是一個新的點陣。它就是一個新的點陣。但是所形成的點陣不再具有但是所形成的點陣不再具有6次旋轉(zhuǎn)對稱，因而不再是六方晶次旋轉(zhuǎn)對稱，因而不再是六方晶系，而帶心點陣可以連成簡單單斜點陣，因而不是新點陣。系，而帶心點陣可以連成簡單單斜點陣，因而不是新點陣。第31頁/共43頁

10、為什么沒有底心四方和面心四方？為什么沒有底心四方和面心四方？如果存在，從上圖可以看出，底心四方可以連成體積更小如果存在，從上圖可以看出，底心四方可以連成體積更小的簡單四方點陣，面心四方可以連成體積更小的體心四方的簡單四方點陣，面心四方可以連成體積更小的體心四方點陣，因此不存在底心四方點陣和面心四方點陣。點陣，因此不存在底心四方點陣和面心四方點陣。第32頁/共43頁由上圖可以看出。由上圖可以看出。4個簡單四方可以連成一個底心四方，個簡單四方可以連成一個底心四方，4個體心四方可以連成一個面心四方，但面積都比原來個體心四方可以連成一個面心四方，但面積都比原來大，這與晶胞的選取原則相抵觸。大，這與晶胞

11、的選取原則相抵觸。第33頁/共43頁為什么不存在體心單斜和面心單斜點陣？為什么不存在體心單斜和面心單斜點陣？如果存在，由上圖可以看出，如果存在，由上圖可以看出，2個體心和面心單斜都可個體心和面心單斜都可以連成一個底心單斜點陣，因而不是新的點陣。以連成一個底心單斜點陣，因而不是新的點陣。第34頁/共43頁空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學抽象，用以描述和分空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，它是由幾何點在三維空間析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，它是由幾何點在三維空間理想的周期性規(guī)則排列而成，由于各陣點的周圍環(huán)境相同，理想的周期性規(guī)則排列而成，由于各陣點的周圍環(huán)

12、境相同，它只能有它只能有14種類型。種類型。晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實際質(zhì)點（原子、離子或分子）的具晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實際質(zhì)點（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此實際存在體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此實際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。第35頁/共43頁上圖是金屬中常見的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，但它不能看作一上圖是金屬中常見的密排六方晶體結(jié)構(gòu)，但它不能看作一種空間點陣，這是因為位于晶胞內(nèi)的原子與晶胞角上的原種空間點陣，這是因為位于晶胞內(nèi)的原子與晶胞角上的原子具有不同的周圍環(huán)境，這樣的晶體結(jié)構(gòu)應屬簡單六方點子具有不同的周圍環(huán)境，這樣的晶體結(jié)構(gòu)應屬簡單六方點陣。陣。第36頁/共43頁圖 幾種晶體結(jié)構(gòu)的點陣分析(a) -Fe (b) NaCl (c) CaF2 (d) ZnS 盡管它們的晶體結(jié)構(gòu)完全不同，但是它們的點陣類型相同，都是面心立方盡管它們的晶體結(jié)構(gòu)完全不同，但是它們的點陣類型相同，都是面心立方。第37頁/共43頁任何一種晶體都有它自己的特定的晶體結(jié)構(gòu)，不可能有兩任何一種晶體都有它自己的特定的晶體結(jié)構(gòu)，不可能有兩種晶體具有完全相同的晶體結(jié)構(gòu)。因此，晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)目種晶體具有完全相同的晶體結(jié)構(gòu)。因此，晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)目極多，為了便于研究晶體，可把它抽象為空間點陣。極多，為了便于研究晶體，可把它抽象為空間點陣。第38頁/共43頁第39頁/共