結(jié)構(gòu)化學(xué)授課教案5

1、第五章 晶體結(jié)構(gòu)§5-1晶體的點陣?yán)碚?一、晶體的點陣?yán)碚?.點陣：由X一射線衍射實驗表明，晶體是由在空間有規(guī)律地重復(fù)排列的微粒（原子、分子、離子）組成的，晶體中微粒的有規(guī)律地重復(fù)排列晶體的周期性、不同品種的晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)在空間排列的周期性是共同的。 為了討論晶體周期性,不管重復(fù)單元的具體內(nèi)容,將其抽象為幾何點（無質(zhì)量、無大小、不可區(qū)分),則晶體中重復(fù)單元在空間的周期性排列就可以用幾何在空間排列來描述。例如：聚乙炔，排列成一條線的等徑圓球，等徑球密置層、NaCl晶體等。 由無數(shù)個幾何點在空間有規(guī)律的排列構(gòu)成的圖形稱為點陣（此定義不太嚴(yán)格，點陣嚴(yán)格的定義在下面給出）。 構(gòu)

2、成點陣的幾何點稱為點陣點，簡稱陣點。 用點陣的性質(zhì)來研究晶體的幾何結(jié)構(gòu)的理論稱為點陣?yán)碚? 平移：所有點陣點在同一方向移動同一距離且使圖形復(fù)原的操作。 點陣的嚴(yán)格定義:按連接任意兩點的向量進行平移后能復(fù)原的一組點叫點陣。 構(gòu)成點陣的條件：點陣點數(shù)無窮大； 每個點陣點周圍具有相同的環(huán)境；平移后能復(fù)原。2直線點陣（一維點陣）在直線上等距離排列的點直線點陣由聚乙炔、直線排列的等徑圓球可以抽取出直線點陣。· · · · · · · ·|a|b| |c| 沿向量等平移都能使圖形復(fù)原。 直線點陣中連接任意兩相鄰陣點的向量稱素向

3、量（又稱基本向量）。上圖中為素向量,稱為復(fù)向量。 直線點陣中有無窮多個平移操作可使其復(fù)原，用數(shù)學(xué)語言描述則為) 對向量的加法構(gòu)成一個群平移群。 3.平面點陣 所有點陣點分布在一個平面上。其中都是素向量，為復(fù)向量。平移群： 4空間點陣（三維點陣）所有陣點分布在三維空間上平移群。 5正當(dāng)單位（正當(dāng)格子） 對平面點陣按選擇的素向量和用兩組互不平行的平行線組（過點陣點，等間距），把平面點陣劃分成一個個的平行四邊行，可得到平面格子。 由于素向量的選取有多種形式，所以一個平面點陣可得到多種平面格子。 平面格子中的每一個平行四邊形稱為一個單位。 四邊形頂點上的陣點，對每個單位的貢獻為1/4 四邊形邊上的陣點

4、，對每個單位的貢獻為1/2 四邊形內(nèi)的陣點，對每個單位的貢獻為1。 只含一個陣點的單位素單位（素格子） 含有兩個或兩個以上陣點的單位一復(fù)單位（復(fù)格子） 注意：素單位肯定是由素向量構(gòu)成，但素向量不一定構(gòu)成素單位。 為了研究問題方便，有時要選取正當(dāng)單位。 在考慮對稱性盡量高的前提下，選取含點陣點盡量少的單位正當(dāng)單位（正當(dāng)格子） 正當(dāng)單位可以是素單位，也可以是復(fù)單位。 平面正當(dāng)格子有四種類型五種形式（見書中圖51.4） 為什么正方形正當(dāng)格子沒有帶芯的？ 注意：平面正當(dāng)格子中只有矩形格子有素格子和復(fù)格子（帶芯格子）之分，這是因為其它三種形狀的格子的話，必定能取出同類形狀的更小的素格子來。 由空間點陣按

5、選擇的向量把三維點陣劃分成一個個的平行六面體，可得到空間格子，空間格子中的每個平行六面體稱為空間格子的一個單位，也有素單位（素格子）、復(fù)單位（復(fù)格子）、正當(dāng)單位（正當(dāng)格子）之分。 空間點陣的正當(dāng)單位有七種形狀，十四種型式（見書中圖52.6）二、晶體的微觀結(jié)構(gòu)點陣結(jié)構(gòu) 1如何從晶體的微觀結(jié)構(gòu)中抽取出點陣點。 選取點陣點點周圍環(huán)境必須完全相同 （指周圍原子的種類、數(shù)目和原子分布的方向） 可舉平面石墨為例。 2晶體結(jié)構(gòu)與點陣 晶體結(jié)構(gòu)的周期性有兩方面的內(nèi)容： 重復(fù)周期的大小平移向量。 重復(fù)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)基元（包括原子的種類、數(shù)目以及分布方式）。 結(jié)構(gòu)基元對應(yīng)點陣中的點陣點： 晶體點陣 + 結(jié)構(gòu)基元 2晶

6、胞及晶胞的兩個基本要素。 空間點陣是晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)抽象，晶體具有點陣結(jié)構(gòu)?？臻g點陣中可以劃分出一個個的平行六面體一空間格子，空間格子在實際晶體中可以切出一個個平行六面體的實體，這些包括了實際內(nèi)容的實體，叫晶胞，即晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中的基本重復(fù)單位。 晶胞一定是平行六面體，它們堆積起來不能構(gòu)成晶體。晶胞也有素晶胞，復(fù)晶胞和正當(dāng)晶胞立分，只含一個結(jié)構(gòu)基元的晶胞稱為素晶胞。 正當(dāng)晶胞可以是素晶胞，也可以是復(fù)晶胞，即在照顧對稱性的前提下，選取體積最小的晶胞，以后如不加說明，都是指正當(dāng)晶胞。 晶胞的兩要素: (1)晶胞的大小和形狀，用晶胞參數(shù)表示。 (2)晶胞中各原子的位置，用原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示。晶胞參數(shù)：

7、 選取晶體所對應(yīng)點陣的三個素向量為晶體的坐標(biāo)軸X,Y,Z稱為晶軸。 晶軸確定之后，三個素向量的大小，a、b、c及這些向量之間的夾角、就確定了晶體的形狀和大小, 、a、b、c為晶胞參數(shù)。 晶胞中任一原子的位置可用向量表示稱（X,Y,Z)為P原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。 具體實例見書中P484的CsClCl-（0,0,0），Cs+ 3、晶面與晶面指標(biāo)： 一個空間點陣中可以從不同的運向劃分出不同的平而點陣組，每一組中的各點陣面都是互相平行的，且距離相等。（見書中圖5113）各組平面點陣對應(yīng)于實際晶體中不同方向的晶面（注意晶面并非專指晶體表面）用“晶面指標(biāo)”來描述這些不同方向的晶面。晶面指標(biāo)：晶體在三個晶軸上的倒

8、易截數(shù)的互質(zhì)整數(shù)比,首先看一個晶面在三個晶軸上的截距（或截長） 由圖，可以看出 稱為該晶面在三個晶軸上的截數(shù) 若晶面和晶軸平行，則截面為無窮大，為避免出現(xiàn)無窮大，取截數(shù)的倒數(shù)：稱為倒量截數(shù)，將這些地倒易截數(shù)化為一組互整數(shù)比 稱為該晶面的晶面指標(biāo)，要注意以下幾點： 一個晶面指標(biāo)代表一組互相平行的晶面。 晶面指標(biāo)的數(shù)值反映了這組晶面間的距離大小和陣點的疏密程度。晶面指標(biāo)越大，晶面間距越小，晶面所對應(yīng)的平面點陣上的陣點密度越小。 由晶面指標(biāo)可求出這組晶面在三個晶軸上的截數(shù)和截長 截數(shù) 截長 要求看懂書中圖51.15和圖51.16中的晶面指標(biāo)。并會確定晶面的晶面指標(biāo)。 三、晶體結(jié)構(gòu)與點陣結(jié)構(gòu)的關(guān)系 點

9、陣是反映晶體結(jié)構(gòu)周期性的科學(xué)抽象。 晶體則是點理論的實踐依據(jù)和晶體研究對象。 點陣是反映晶體結(jié)構(gòu)周期性的幾何形式。 平移群是反映晶體結(jié)構(gòu)周期性的代數(shù)形式。 點陣和晶體的對應(yīng)關(guān)系： 空間點陣 陣點 直線點陣 平面點陣 晶體 結(jié)構(gòu)基元 晶棱 晶面 素單位 復(fù)單位 正當(dāng)單位 素晶胞 復(fù)晶胞 正當(dāng)晶胞§5-2晶體的對稱性晶體的對稱性 晶體的對稱性分宏觀對稱性和微觀對稱性，這里只討論宏觀對稱性。 晶體在外形上呈現(xiàn)出的對稱性為晶體的宏觀對稱性。 1、對稱元素和對稱操作 從宏觀上看晶體是一有限圖形，所以其對稱元素至少通過公共點，即都是點對稱、具有點群的性質(zhì)，晶體的宏觀對稱元素共4種，相應(yīng)的對稱操作

10、有4類. 對稱元素 對稱操作 旋軸 旋轉(zhuǎn)L（）基轉(zhuǎn)角 反映面成鏡面 m 反映M 對稱中心 i 倒反I 反軸 旋轉(zhuǎn)倒反L() I （要注意晶體宏觀對稱性與分子對稱性中所用名稱與符號的差異，見書中表5-2.1） 2、宏觀對稱元素的限制 晶體的空間點陣結(jié)構(gòu)中，任何對稱軸（包括旋轉(zhuǎn)軸和反軸）都必須與一組直線點陣平行，除重軸外，任何對稱軸還必與一組平面點陣垂直；任何對稱面必與一組平行的平面點陣平行，而與一組直線點陣垂直。 晶體中對稱軸（旋轉(zhuǎn)軸和反軸的軸次只能是1，2，3，4，6） 注意： 晶體中沒有5次或立于7次的旋轉(zhuǎn)軸 晶體的反軸中只有4是可獨立存在的，其它反軸都不會獨立存在，即有這些反軸時，必有其它

11、對稱元素存在，可有樂元素的組合來表示例如： 所有在晶體宏觀對稱性中只有8種獨立的對稱元素。 對稱元素 符號 對稱中心 i 反映面（鏡面） m 一重旋轉(zhuǎn)軸 二重旋轉(zhuǎn)軸 三重旋轉(zhuǎn)軸 四重旋轉(zhuǎn)軸 六重旋轉(zhuǎn)軸 四重反軸 2、晶體的宏觀對稱類型一32個點群 一個晶體可能只有一種宏觀對稱元素，也有可能有多種對稱元素，這些對稱元素的組合構(gòu)成這個晶體的對稱元素系，這個對無法元素系對應(yīng)一系列的對稱操作，這些對稱操作構(gòu)成一個點群。 將上述8種獨立的宏觀對稱元素的所有可能組合形式一一列出得到的對稱元素系只有32種；也對應(yīng)32種點群，也就是說晶體就其宏觀對稱性面言有32種宏觀對稱類型；一般用熊夫里斯記號（與分子點群記

12、號相同）和國際記號標(biāo)記晶體所屬的點群，教材P499500，表52.4列出了32個點群及所包含的對稱元素。熊夫里斯記號 國際符號3、七個晶系 晶體在宏觀上表現(xiàn)出不同的對稱性，實際上是微觀上晶胞的對稱性不同，都不會超出32個點群之外，在這些點群中，有些具有某些共同的對稱元素。 例如：五種點群中都有4個中都有 將這些共同擁有的對稱元素稱為“特征對稱元素” 按特征對稱元素及其數(shù)目的不同，將32個點群分為7類，7類具有不同的對稱性，對應(yīng)七種不同形狀的晶胞，稱之為7個晶系。 例如：有的稱為立方晶系，屬點群有或的稱六方晶系，有或稱正交晶系點群。7個晶系按對稱性高低分為三個晶族；高級、中級、低級晶族，高級晶族

13、具有不止一個高次軸的晶體（立方晶系），中級；只有一個高次軸（六方、三方、四方）、低級：不具有高次軸（正交、單斜、三斜）為了標(biāo)級晶體在各個方向的對稱性，規(guī)定晶胞中的“位”。 例如：立方晶系第一位：第二位：(體對角線）第三位：(面對角線） 將各個“位”上的對稱元素一一列出則構(gòu)成點群的O際記號 例：立方晶系 第32號點群： 其國際符號的意義：在第一位方向（即)有一與平行的4重軸，和與垂直的反映面。 在與第二位（)平行的方向上有一3重軸。 在第三位方向（)有一與之平行的2重軸和與之垂直的方向有一反映面。晶族晶系特征對稱元素三個位的方向晶胞參數(shù)高級立方 中級 六方 四方 三方或 低級 正交 單斜 三斜或

14、或無 4、14種空間點陣形式（14種布拉堆格子） 按照選取正當(dāng)晶胞的原則，有些晶系的正當(dāng)晶胞是素晶胞，有些晶系只能素晶胞作為正當(dāng)晶胞，7個晶系的正當(dāng)晶胞對應(yīng)的空間點陣形式有14種，稱為14種空間點陣形式（或14種布拉維格子）見書中圖5.2-6。§5-3金屬晶體結(jié)構(gòu)一、晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理 由于金屬鍵、離子鍵、范德華力等沒有方向性和飽和性，所以在金屬晶體，離子晶體，和一些分子型晶體中，組成晶體的微?？偸勤呄蛴谙嗷ヅ湮粩?shù)高，能充分利用空間的密度大的緊密堆積結(jié)構(gòu)，為了研究方便，將晶體中的原子，離子等視為具有一定體積的圓球。 空間利用率：單位體積中圓球所占體積的百分?jǐn)?shù) 配位數(shù)：一個圓球周圍的

15、圓球數(shù)目 由于密堆積方式充分利用空間，從而使體系的勢能盡可能降低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 二、金屬晶體的等徑圓球密堆積 把組成金屬單質(zhì)晶體的原子看作是等經(jīng)圓球。 1、等徑圓球的密堆積 單層密堆積中只有一種方式，（見書中圖5一3.1）這種堆積方式中，每個球的配位數(shù)為6，球周圍有6個三角形空隙從中可以抽出平面六方格子（注意六方格子是平行四邊形而不是六邊形）（見書中圖531）雙層等經(jīng)圓球密堆積也只有一種方式，上層中的球凸出部位填在下層的空隙之上這時上下兩層圓球形成的空隙為正四面體空隙和正八面體空隙。 六方密堆積（A3密堆積） 在等徑圓球密置雙層之上再放一層，有兩種方式，其中之一是和三層中球的位置在密置雙層的正四

16、面體空隙之上，即第三層與第一層重復(fù)，即采用ABAB方式堆積（書圖5一34）從中可以抽出六方晶胞，所以稱為六方密堆積，（亦叫A3密堆積）其晶胞參數(shù)為，c=1.633a（教材P518圖）每個晶胞中含有兩個球體（但不是兩個點陣點）其分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為（0，0，0），配位數(shù)為12,空間利用率為74.05，注意：在此種密堆積方式中，若抽取點陣的話，并不是每個球都可作為點陣點，只有A層或B層中心的球可作為點陣點，即結(jié)構(gòu)基元為兩個球，（一個格子中只有一點陣點，為素格子) 面心立方密堆積（A1型密堆積） 放置第三層時，球的位置落在密置雙層正八面體空隙之上投影位置即與第二層球錯開又與第二層球錯開，即采用ABCABC方式

17、堆積（見書圖5一3.3)從中可以抽出立方面心晶胞，所以稱為面心立方堆積（也稱A1型密堆積） 每個晶胞中含4個圓球（也是4個結(jié)構(gòu)基元或4個點陣點）其分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為（0,0,0），（），（)，() 配位數(shù)為12，空間利用率為74.05%。 在此種密堆積方式中，以每個圓球為一個點陣點（結(jié)構(gòu)基元）可抽出立方面心點陣（立方體的一個體對角線方向與密置層垂直）除了以上兩種密堆積方式外，還有兩種常見的密堆積方式（但不是最密堆積） 體心立方密堆積（A2型密堆積） A2密堆積不是最密堆積，其結(jié)構(gòu)見書中圖5一3.5從這種堆積方式中可抽取出立方體心晶胞（或立方體心點陣）每個球?qū)?yīng)一個點陣點，所以稱為體心立方密堆積（也

18、稱A2型密堆積）每個晶胞中有兩個球，其分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為（0,0,0）（)配位數(shù)為8，空間利用率為68.02 4.金剛石型密堆積（A4型密堆積） A4型密堆積也不是最密堆積，其結(jié)構(gòu)見書中圖5一3.7，在這種密堆積中，圓球的排布與金剛石中碳原子排布類似，所以稱為金剛石型密堆積（也稱為A4型密堆積）。 配位數(shù)為4，空間利用率為34.01。 2、金屬晶體的密堆積形式與金屬的原子半經(jīng)若知道金屬晶體的堆積方式，也就知道其點陣型式和晶胞中原子的排列方式，由X射線衍射測出其晶胞參數(shù)，從而可以求出金屬原子的半徑（接觸半徑）. 三、晶體結(jié)構(gòu)的能帶理論 金屬晶體是由大量金屬原子組成的，由N個分子組成的金屬晶體可看成是一個

19、“大分子”。N個金屬原子組成金屬后，N個原子中的每一種原子軌道相互組合發(fā)展成相應(yīng)的N個分子軌道，這N個分子軌道就形成一個能帶（見書中圖5一3.10和5一3.11） 在相鄰原子間重迭程度大的原子軌道（外層軌道）形成的能帶較寬。 填滿電子的能帶稱為滿帶 未填充電子的能帶稱為空帶 未被電子完全填滿的能帶稱為導(dǎo)帶 在相鄰的能帶間一般存在著一定的能帶間隔，稱禁帶 有時相鄰的兩個能帶會出現(xiàn)部分重迭，稱疊帶 四、全屬鍵的本質(zhì)和金屬的一般性質(zhì) 1、金屬晶體中原子的結(jié)合力一金屬鍵 當(dāng)金屬原子形成晶體對，電子（尤其是價電子）由原子能級進入晶體能級（能帶）形成離域加N中心鍵，高度離域化，使體系能量降低，形成一種強烈

20、的吸引作用。 金屬鍵的特點：高度離域的多中心鍵沒有方向性和飽和性。 2、金屬的一般性質(zhì)： 一般具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，不透明有光澤,具有良好的延展性和可塑性。§5-4 離子晶體和離子鍵 一、不等徑圓球密堆積 離子晶體中正.負離子具有接近球?qū)ΨQ的電子云分布，可以將負離子看作是具有一定半徑的圓球，為了使能量降低，正(負）離子盡可能多的與負（正）離子接觸。但一般負離子半徑較大，所以一般是負離子（大球）按一定方式推積，正離子（小球）填充在負離子堆積形成的空隙中，從面形成較穩(wěn)定的離子晶體。 二、離子半徑 離子半徑是指正負離子之間的接觸半徑，即正負離子之間的核間距為正負離子半徑之和。 由負離子

21、的堆積形式，正負離子的接觸情況以及晶胞參數(shù)可求出離子半徑 例如：NaCl型晶體中，正負離子相互排列，正負離子的接觸有三種（從一個晶面看）見書中P546頁圖 第一種情況：負離子半徑比正離子半徑大很多，負離子之間接觸，正離子之間不完全接觸 第二種情況：正負離子之間正好都能接觸 第三種情況：正離子半徑較大，把負離子撐開，正負離子之間接觸但負離子之間不能接觸由(a)可求出負離子半徑r-，再由（c）可求出正離子半徑r+， 三、離子半徑比與離子晶體結(jié)構(gòu) 離子晶體中一般是負離子形成密堆積,正離子填充在負離子形成的空隙中，負離子不同的堆積方式形成不同的空隙，正負離子半徑比不同可產(chǎn)生不同的接觸情況，為了使體系能

22、量盡量降低，要求正負離子盡量接觸，所以正負離子半徑比就決定了正離子填充什么樣的空隙，也就決定了離子晶體的結(jié)構(gòu)。1、立方體空隙（圖）離子按立方體形式堆積形成立方體空隙 正離子填充在立方體空隙中，若正負離子正好接觸，這時正負離子配位數(shù)都是8立方體的體對角線 若正負離子都接觸，最密堆積方式 正離子把負離子撐開，負負離子不接觸，但正負離子接觸，也能穩(wěn)定存在 負離子接觸，但正負離子不接觸,不穩(wěn)定。 當(dāng)時，形成等徑球堆積 時，填充立方體空隙 2、八面體空隙 正負離子配位數(shù)都為6（圖） 若正負離子正好接觸 若，負離子接觸，正負離子不接觸，不穩(wěn)定 若，正離子把負離子撐開，正負離子還能接觸，穩(wěn)定。 若時，正離子

23、填充立方體空隙（因此時配位數(shù)為8，更穩(wěn)定） 填充八面體空隙 3、四面體空隙 配位數(shù)為4 經(jīng)計算，正負離子正好接觸時， 時，填充四面體空隙 正負離子半徑化配位數(shù)多面體空隙4四面體6八面體8立方體 見書P550表5一4.6（背過） 四、幾種典型的離子晶體結(jié)構(gòu)(書P538） 負離子采取什么樣的堆積方式，是由決定的，盡管離子晶體的結(jié)構(gòu)多種多樣，但它們的結(jié)構(gòu)可以歸納成幾種典型的結(jié)構(gòu)形式常見的有NaCl型，CsCl型，立方ZnS等，它們代表了很多離子晶體。 1. NaCl型 以NaCl為代表的這類晶體屬立方晶系，其正負離子相間排列，Na+ 或Cl-各組成一套立方面心點陣，正負離子的配位數(shù)為6：6（見書中圖

24、5一4.4）?？梢猿槌隽⒎矫嫘狞c陣結(jié)構(gòu) 每個晶胞含有4個Na+和Cl-，結(jié)構(gòu)基元1個Na+,一個或Cl-，其分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為：Na+（或Cl-）：頂點（0，0，0）面心（），（），（）Cl-或Na+ ：體心（），棱上三個（），（），（） 2CsCl型 以CsCl為代表的這類晶體屬立方晶系，Cs+或Cl-組成簡單立方點陣（注意：是簡單立方點陣，而不是體心立方，抽取點陣點時或取Cs+為點陣點，或取Cl-為點陣點，都構(gòu)成簡單立方點陣），正負離子的配位數(shù)都為8。 每個晶胞含1個Cl-和1個Cs+，結(jié)構(gòu)基元是一個Cl-和，其分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為：Cl-（Cs+）：（0，0，0） Cs+（或Cl-）：（） 屬于這類晶體的

25、還有CsBr，CsI等。§5-5共價型原子晶體和混合型晶體 一、共價型原子晶體 所有原子都以共價鍵相結(jié)合形成的晶體稱為共價型晶體。 共價型原子晶體的特點： 原子間以共價鍵相結(jié)合，共價鍵有方向性和飽和性，所以原子的配位數(shù)由鍵的數(shù)目決定，一般配位數(shù)較低，鍵的方向性決定了晶體結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型；由于共價鍵的結(jié)合力比離子鍵大，所以共價型原子晶體都有較大的硬度和高的熔點，其導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較差。 金剛石是一種典型的共價型原子晶體（結(jié)構(gòu)見書圖5一5.1） 在這種晶體中，每個C原子采取sp3雜化,C與C相連，形成四面體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在空間連續(xù)排布就形成了金剛石。它屬于A4型密堆積，可抽出面心立方晶胞，每

26、個C的配位數(shù)為4。 Si，Ge，Sn的單質(zhì)，SiC和SiO2 都屬于共價型晶體。 二、混合鍵型晶體 內(nèi)部結(jié)構(gòu)含有兩種以上鍵型的晶體混合鍵晶體.石墨是一種典型的混合鍵型的晶體,其結(jié)構(gòu)書中圖5-5.4,石墨中，每個C以sp2 雜化與其它C形成平面大分子(大共軛分子），由多層平面大分子排列起來就構(gòu)成了石墨。 在每一層內(nèi)，C與C以共價鍵結(jié)合，鍵長1.42,而層與層之間是靠范德華力相結(jié)合，比化學(xué)鍵弱得多,層相距為3.4,由于有離域的電子，所以，石墨具有一些金屬的性質(zhì)。如良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。具有金屬光澤等，由于石墨層與層之是結(jié)合力較弱，層間容易滑動，所以,石墨是一種很好的潤滑劑。屬于這類晶體的還有：Ca

27、I2， CdI2，MgI2, Ca（OH）2等。§5-6分子型晶體和分子間作用力 一、分子型晶體 單原子分子或共價分子由范德華力凝聚而成的晶體分子型晶體，這種晶體是由單原子分子組成，如惰性氣體的晶體，則其組成微粒間都是靠范德華力結(jié)合，這與共價型原子晶體是有區(qū)別的。 由于范德華力沒有方向性和飽和性，所以一般這種晶體中都盡可能采用密堆積方式。例如：He晶體屬A3型密堆積，Ne，Ar晶體屬A1型密堆積，有些接近球形的分子晶體也采用密堆積方式，如H2晶體屬A3型密堆積，Cl2晶體是A1型密堆積。 CO2晶體是一種典型的分子晶體，其結(jié)構(gòu)見書圖5一6.1從這種晶體可抽出立方面心晶胞，每個晶胞含4

28、個CO2分子。 二、氫鍵型晶體 分子中與電負性大的原子X以共價鍵相連的氫原子，還可以和另一個電負性大的原子Y之間形成一種弱的鍵一稱為氫鍵 氫鍵有方向性和飽和性 通常在晶體中分子間趨向盡可能多生成氫鍵以降低能量。 冰是一種典型的氫鍵型晶體，屬于六方晶系，其結(jié)構(gòu)見書中圖5一6.4在冰中每個O原子周圍有4個H，2個H近一些，以共價鍵相連，2個H較遠，以氫鍵相連，氫的配位數(shù)為4。為了形成穩(wěn)定的四面體型結(jié)構(gòu)，水分子中原有的鍵角（）也稍有擴張，使各鍵之間都接近四面體角（）這種結(jié)構(gòu)是比較疏松的，因此冰的密度比水小。當(dāng)冰熔化成水時，部分氫鍵遭到破壞，但仍有一部分水分子以氫鍵結(jié)合成一些小分子集團，這些小分子集團

29、可以堆集的比較緊密，固而冰融化成水時體積減小,當(dāng)溫度很高時分子熱運動加劇，分子間距離增大，體積增大，密度減小，只有在時水的密度最大。§5-7 晶體的X-射線衍射一、X-射線在晶體中的衍射高速電子打到重金屬上，激發(fā)出內(nèi)層電子（如K層），使內(nèi)層電子空缺。外層電子向內(nèi)層躍遷，輻射出電磁波h,產(chǎn)生X-射線。X-射線波長1-10Å，用于測定晶體結(jié)構(gòu)的X-射線波長0.5 2.5Å，晶體中原子間距1Å左右，二者數(shù)量級相同，晶體可作為X射線的天然衍射光柵，對X-射線衍射的分析，可以確定晶體的結(jié)構(gòu)。發(fā)生衍射的兩列波的光程差為=n (n=0,1,2,)n=0,衍射方向與入射

30、方向一致，叫零級衍射；n=1, =，一級衍射n=2, =2，二級衍射二、衍射方向1、 勞埃方程把空間點陣看成是互不平行的三組直線點陣的組合。得到：a(cos-cos0)=ha(cos-cos0)=ha(cos-cos0)=hh,k,l=0,±1, ±2.hkl叫衍射指標(biāo)，區(qū)分晶面指標(biāo)h*k*l*(互質(zhì)整數(shù))，hkl的整數(shù)性決定各衍射方向彼此分立。2、 布拉格方程 把空間點陣看成由互相平行的且間距相等的一系列平面點陣組成，由這種物理模型出發(fā)得到布拉格方程。 勞埃方程和布拉格方程有內(nèi)在聯(lián)系，勞埃方程可以轉(zhuǎn)化成布拉格方程。勞埃方程的推論：（1） 晶面指標(biāo)（h*k*l*）與衍射方向

31、（hkl）的關(guān)系有：h=nh*,k=nk*,l=nl*(2)在衍射nh*,nk*,nl*中，每一個晶面（平面點陣組h*k*l*）都可以成為衍射線的反射面。一組晶面（h*k*l*）面間距dh*k*l*光程差為2dsin=nnh* nk* nl*即hkl是晶面反射X-射線后衍射方向（hkl）時的反射角，等于入射角。布拉格方程：2d h*k*l*sin=n 衍射方向由hkl確定。注明：h=nh*,k=nk*,l=nl*布拉格方程是多晶粉末衍射法的理論基礎(chǔ)。三、衍射強度1、 結(jié)構(gòu)因子原子的衍射強度Ia=IeZ2 (Z為核電荷數(shù))原子中各電子并非集中在一起，只是近似。Ia=f2Ief<Z,f相當(dāng)于

32、有效電子數(shù)，叫原子散射因子，同種原子f一樣，不同原子f不同。整個晶體的衍射強度是一個晶胞衍射強度的若干倍，將晶胞作為一個X-射線的整體，他們在衍射方向（hkl）散射X-射線強度：Ihkl= IeFhkl2Ie：電子衍射強度Fhkl：結(jié)構(gòu)因子，F(xiàn)hkl：結(jié)構(gòu)振幅衍射強度與晶胞中原子的空間排布有關(guān)，即與晶體的結(jié)構(gòu)有關(guān)故Fhkl稱為結(jié)構(gòu)因子。Fhkl與上式中的f類似，相當(dāng)于在衍射方向（hkl）上每個晶胞散射X-射線的有效電子數(shù)。Fhkl與晶胞中各原子的散射因子fj有關(guān)，可推導(dǎo)得：fj為晶胞中原子的散射因子，hkl：衍射指標(biāo)。衍射強度IhklFhkl22、 系統(tǒng)消光對NaCl晶體（立方面心）練習(xí)題一、判斷正誤1、空間點陣的平移向量可由其素向量a，b，c的下列通式Tmnpmanbpc m,n,p=0,±1,&#