第1節(jié)認(rèn)識(shí)晶體

1、第一節(jié)第一節(jié)認(rèn)識(shí)晶體認(rèn)識(shí)晶體一、晶體的特性一、晶體的特性1.晶體的概念晶體的概念內(nèi)部微粒（原子、離子或分子）在空內(nèi)部微粒（原子、離子或分子）在空間按一定規(guī)律做間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列周期性重復(fù)排列構(gòu)成構(gòu)成的固體物質(zhì)。的固體物質(zhì)。 2、非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)雜亂無(wú)章的分布狀態(tài)。呈現(xiàn)雜亂無(wú)章的分布狀態(tài)。2.晶體的特性晶體的特性 （1）具有規(guī)則的）具有規(guī)則的幾何外形幾何外形。（2）自范性：在適宜條件下，晶體能夠）自范性：在適宜條件下，晶體能夠自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形。自發(fā)地呈現(xiàn)封閉的、規(guī)則的多面體外形。 （3）各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)）各向異

2、性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)出不同的物理性質(zhì)。（硬度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、光。（硬度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)）學(xué)性質(zhì)） （4）對(duì)稱性：晶體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都）對(duì)稱性：晶體的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特有的對(duì)稱性。具有特有的對(duì)稱性。 （5）有固定的熔、沸點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有。）有固定的熔、沸點(diǎn)，而非晶體沒(méi)有。3.晶體的種類(lèi)晶體的種類(lèi)根據(jù)內(nèi)部根據(jù)內(nèi)部微粒的種類(lèi)和微粒間的相互微粒的種類(lèi)和微粒間的相互作用作用不同，將晶體分為離子晶體、金不同，將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。屬晶體、原子晶體和分子晶體。晶體類(lèi)型晶體類(lèi)型微粒種類(lèi)微粒種類(lèi)微粒間相互微粒間相互作用作用實(shí)例實(shí)例離子晶體離子晶體

3、金屬晶體金屬晶體原子晶體原子晶體分子晶體分子晶體陰、陽(yáng)離子陰、陽(yáng)離子離子鍵離子鍵金屬原子金屬原子原子原子分子分子金屬鍵金屬鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵分子間作用力分子間作用力氯化鈉氯化鈉銅銅金剛石金剛石冰冰另：晶體用途（另：晶體用途（P71P71了解）了解）二、晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型二、晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型 組成晶體的金屬原子、離子或分子在組成晶體的金屬原子、離子或分子在沒(méi)有其他因素影響時(shí)，在空間的排列大都沒(méi)有其他因素影響時(shí)，在空間的排列大都服從服從緊密堆積緊密堆積原理，這是因?yàn)榻饘冁I、離原理，這是因?yàn)榻饘冁I、離子鍵和分子間作用力沒(méi)有方向性和飽和性。子鍵和分子間作用力沒(méi)有方向性和飽和性。而以密堆積的方式可降低體系

4、的能量，使而以密堆積的方式可降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。晶體變得比較穩(wěn)定。 在一個(gè)在一個(gè)層層中，最緊密的堆積方式，是一個(gè)球與周?chē)?，最緊密的堆積方式，是一個(gè)球與周?chē)?6 個(gè)球相切個(gè)球相切，這樣形成的層稱為，這樣形成的層稱為密置層。密置層。在中心的周?chē)谥行牡闹車(chē)纬尚纬?6 個(gè)凹位，將其算為第一層。個(gè)凹位，將其算為第一層。1.等徑圓球的密堆積（金屬晶體）等徑圓球的密堆積（金屬晶體） 由于金屬鍵沒(méi)有方向性，金屬原子中的電子由于金屬鍵沒(méi)有方向性，金屬原子中的電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球在三維空間堆積而成的。成是由直

5、徑相等的圓球在三維空間堆積而成的。等徑圓球的密堆積方式有等徑圓球的密堆積方式有A3型最密堆積，型最密堆積，A1型型最密堆積和最密堆積和A2 型密堆積。型密堆積。 等徑圓球在等徑圓球在列列上緊密堆積只有一種，即所有原子上緊密堆積只有一種，即所有原子在在一條直線一條直線上。上。123456 第二層第二層 相對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)相對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。位。 ( 或?qū)?zhǔn)或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的位，其情形是一樣的 )123456 關(guān)鍵是第三層，相對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最關(guān)鍵是第三層，相對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的

6、堆積方式。緊密的堆積方式。 下圖是下圖是A3型六方型六方緊密堆積的前視圖緊密堆積的前視圖ABABA 第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即即 ABAB 堆積方式，形成堆積方式，形成六方緊密堆積六方緊密堆積-A3型型。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。 ( 同層同層 6，上下層各，上下層各 3 ) 第三層的第三層的另一種另一種排列排列方式，方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層是將球?qū)?zhǔn)第一層的的 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 兩層的位置，這是兩層的位置，這是 C 層。層。123456123456123456123456面心立方緊

7、密堆積的前視圖面心立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排第四層再排 A，于是形，于是形成成 ABCABC 三層一三層一個(gè)周期。個(gè)周期。 得到得到面心立方堆面心立方堆積積A1型型。 配位數(shù)配位數(shù) 12 。( 同層同層 6， 上下層各上下層各 3 ) 這兩種堆積都是最緊密堆積，空間利用率為這兩種堆積都是最緊密堆積，空間利用率為 74.05%。 金屬鉀金屬鉀 K 的的體心立方堆積體心立方堆積 還有一種空間利用率稍低的堆積方式還有一種空間利用率稍低的堆積方式A2型型-體心立方堆積體心立方堆積：立方體：立方體 8 個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，但均與體心位置上的球相切個(gè)頂點(diǎn)上的球互不相切，但均與體心位置

8、上的球相切。 配位數(shù)配位數(shù) 8 ，空間利用率為，空間利用率為 68.02% 。六方緊密堆積六方緊密堆積 （A3） 面心立方緊密堆積面心立方緊密堆積(A1)體心立方堆積體心立方堆積 (A2) 金屬的金屬的堆積方式堆積方式BCA ABCABC 形式的堆形式的堆積，積，為什么是面心立方堆積？為什么是面心立方堆積？ 我們來(lái)加以說(shuō)明。我們來(lái)加以說(shuō)明。2.非等徑圓球的密堆積（離子晶體）非等徑圓球的密堆積（離子晶體） 由離子構(gòu)成的晶體可視為不等徑圓球的密由離子構(gòu)成的晶體可視為不等徑圓球的密堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是大球大球先按一定方式做等徑圓球的密堆積。小球再填

9、先按一定方式做等徑圓球的密堆積。小球再填充在大球所形成的空隙中。充在大球所形成的空隙中。 NaCl配位數(shù)為配位數(shù)為6，即每個(gè)，即每個(gè)Na+離子周?chē)苯舆B有離子周?chē)苯舆B有6個(gè)個(gè)CI-，反之亦然。，反之亦然。3.分子晶體的密堆積分子晶體的密堆積分子間通過(guò)范德華力結(jié)合成晶體，由于范德華分子間通過(guò)范德華力結(jié)合成晶體，由于范德華力沒(méi)有方向性和飽和性，晶體盡可能采取緊密力沒(méi)有方向性和飽和性，晶體盡可能采取緊密堆積。堆積。4.原子晶體的堆積原子晶體的堆積原子通過(guò)共價(jià)鍵形成晶體，由于原子通過(guò)共價(jià)鍵形成晶體，由于共價(jià)鍵的方向共價(jià)鍵的方向性和飽和性性和飽和性，決定一個(gè)原子周?chē)訑?shù)很有限，決定一個(gè)原子周?chē)訑?shù)

10、很有限，堆積方向也確定，堆積方向也確定，不服從緊密堆積原理。不服從緊密堆積原理。蜂巢與蜂室蜂巢與蜂室銅晶體銅晶體銅晶胞銅晶胞晶體結(jié)構(gòu)的基本單元晶體結(jié)構(gòu)的基本單元晶胞晶胞三、晶體結(jié)構(gòu)的基本單元三、晶體結(jié)構(gòu)的基本單元-晶胞晶胞1.晶胞晶胞 (1)(1)晶胞：從晶體中晶胞：從晶體中“截取截取”出來(lái)具有代表性的最小部出來(lái)具有代表性的最小部分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的最小重復(fù)單元最小重復(fù)單元。(2)(2)晶胞是晶胞是晶體結(jié)構(gòu)的基本單元晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，是一個(gè)平行六面體。，是一個(gè)平行六面體。(3)(3)整個(gè)晶體就是晶胞重復(fù)排列而成的。可以從一整個(gè)晶體就是晶胞重復(fù)排列而成的?？?/p>

11、以從一個(gè)晶胞推斷晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。個(gè)晶胞推斷晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。2. 常見(jiàn)三種密堆積的晶胞常見(jiàn)三種密堆積的晶胞六方晶胞六方晶胞-A3型型面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型型體心立方晶胞體心立方晶胞-A2型型平行六平行六面體面體無(wú)隙并置無(wú)隙并置頂點(diǎn)頂點(diǎn)：棱邊棱邊：面心面心：體心體心：體心：體心：1面心：面心：1/2頂點(diǎn)：頂點(diǎn)：1/81/8棱邊：棱邊：1/43.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算長(zhǎng)方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)：長(zhǎng)方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)： 頂點(diǎn)頂點(diǎn)-1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面心面心-1/2 -1/2 體心體心-1-1方法方法-切割法：切割法：某晶

12、胞中的微粒，如果被某晶胞中的微粒，如果被n個(gè)晶胞所共有，則微粒的個(gè)晶胞所共有，則微粒的1/n屬于該晶胞屬于該晶胞左圖為一個(gè)氯化鈉晶胞，左圖為一個(gè)氯化鈉晶胞，晶胞中平均有鈉離子和晶胞中平均有鈉離子和氯離子各多少個(gè)？氯離子各多少個(gè)？都是都是4個(gè)！個(gè)！面心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為面心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶個(gè)晶胞共有，在面心的為胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有。個(gè)晶胞共有。 微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：81/8 + 61/2 = 4 體心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為體心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共享，處于體心的金屬原子全個(gè)晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 2 、在、在CsCl晶體中晶體中,每個(gè)每個(gè)Cs+同時(shí)吸引著同時(shí)吸引著_個(gè)個(gè)Cl-?每個(gè)每個(gè)Cl-同時(shí)吸引著同時(shí)吸引著_個(gè)個(gè)Cs+?、在、在CsCl晶體中晶體中,每個(gè)每個(gè)Cs+周?chē)c之等距離且最近的周?chē)c之等距離且最近的Cs+有有_個(gè)個(gè)?這些這些Cs