晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型 (5)

1、第3章物質(zhì)的聚集狀態(tài) 與物質(zhì)的性質(zhì)第一節(jié)第1節(jié)認(rèn)識(shí)晶體學(xué)習(xí)目標(biāo)晶體的特征、類型晶體與非晶體的差異晶體形成的途徑晶體的特性晶胞的概念晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算雪花晶體食糖晶體美麗的晶體明礬晶體單質(zhì)硫食鹽晶體一、晶體的特性1.晶體與非晶體 (1)晶體：內(nèi)部微粒（原子、離子或分子）在空間按一定規(guī)律做周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。 (2)非晶體：內(nèi)部原子或分子的排列呈現(xiàn)雜亂無章的分布狀態(tài)。2.晶體的特性 （1）具有規(guī)則的幾何外形。（2）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。 （3）各向異性：晶體在不同方向上表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)。 （4）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

2、性。 （5）有固定的熔點(diǎn)而非晶態(tài)沒有。3.晶體的種類根據(jù)內(nèi)部微粒的種類和微粒間的相互作用不同，將晶體分為離子晶體、金屬晶體、原子晶體和分子晶體。石墨晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)拓展石墨10928金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵二、晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型 組成晶體的原子、離子或分子在沒有其他因素（如共價(jià)鍵的方向性）影響時(shí)，在空間的排列大都服從緊密堆積原理，這是因?yàn)榉謩e借助于沒有方向性的金屬鍵、離子鍵和分子間相互作用形成的金屬晶體、離子晶體和分子晶體的結(jié)構(gòu)中，都趨向于使原子或分子吸引盡可能多的原子或分子分布于周圍，并以密堆積的方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。1.等徑圓球的密堆積 金屬鍵沒有方向性，每個(gè)金屬原子中的

3、電子分布基本是球?qū)ΨQ的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。等徑圓球的密堆積方式有A3型最密堆積，A1型最密堆積。金屬晶體原子平面排列方式有幾種？4A132136非密置層42A5密置層配位數(shù)為4配位數(shù)為6 在一個(gè)層中，最緊密的堆積方式，是一個(gè)球與周圍6個(gè)球相切，在中心的周圍形成6個(gè)凹位，將其算為第一層。4613123456 第二層 對(duì)第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 )123456AB， 關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。稱為密置雙層 下圖是A3型六方緊密堆積的前視圖AB

4、ABA第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456 于是每兩層形成一個(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積-A3型。 配位數(shù) 12 。 ( 同層 6，上下層各 3 ) 第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的 2，4，6 位，不同于 AB 兩層的位置，這是 C 層。123456123456123456123456面心立方緊密堆積的前視圖ABCAABC 第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個(gè)周期。 得到面心立方堆積A1型。 配位數(shù) 12 。( 同層 6， 上下層各 3 ) 金屬晶體的兩種最密堆積方式鎂型和銅型 鎂型和銅型鎂型銅型2.非等徑圓球的密堆積 由離子構(gòu)成的晶體可視為

5、不等徑圓球的密堆積，即將不同半徑的圓球的堆積看成是大球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。 如NaCl配位數(shù)為6，即每個(gè)Na+離子周圍直接連有6個(gè)CI-，反之亦然。NaCI晶體中的CI-按A1型方式進(jìn)行最密堆積, Na+ 填在CI-所形成的空隙中.ZnS型離子晶體ZnS型離子晶體中的S2-按A1型方式進(jìn)行最密堆積, Zn2+填在S2-所形成的空隙中在分子晶體中，原子先以共價(jià)鍵形成分子，分子再以分子間作用力形成晶體如二氧化碳晶體，許多由有機(jī)化合物分子構(gòu)成的晶體都是分子晶體，由于分子晶體中的范德華力沒有方向性和飽和性，因此分子間盡可能采取緊密堆積方式，但分子的堆積與分子

6、的形狀有關(guān)如二氧化碳在空間是以A1型方式進(jìn)行最密堆積形成晶體干冰的晶體結(jié)構(gòu)圖分子的密堆積（與CO2分子距離最近的CO2分子共有12個(gè) ）此外需要注意的是，若晶體中的微粒間以共價(jià)鍵結(jié)合進(jìn)行堆積時(shí)，由于共價(jià)鍵具有方向性和飽和性，就決定了一個(gè)原子周圍的其他原子數(shù)目不僅有很有限的，而且堆積方向也是一定的，所以這種晶體中微粒堆積不服從緊密堆積原理冰中個(gè)水分子周圍有個(gè)水分子冰的結(jié)構(gòu)氫鍵具有方向性分子的非密堆積10928金剛石的晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵三、晶體結(jié)構(gòu)的基本單元-晶胞 (1)晶胞：從晶體中“截取”出來具有代表性的最小部分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。 (2)晶胞一定是一個(gè)平行六面體，其三條

7、邊的長度不一定相等也不一定互相垂內(nèi)；晶胞的形狀和大小由具體晶體的結(jié)構(gòu)所決定，晶胞不能是八面體或六方柱體等其他形狀。 (3)整個(gè)晶體就是晶胞按其周期性在二維空間重復(fù)排列而成的。這種排列必須是晶胞的并置堆砌。所謂并置堆砌是指平行六面體之間沒有任何空隙，同時(shí)，相鄰的八個(gè)平行六面體均能共頂點(diǎn)相連接。2. 常見三種密堆積的晶胞六方晶胞-A3型相鄰的三個(gè)平行六面體BCAA1面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型二、晶體中有關(guān)計(jì)算1.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算(1)簡單立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共享，微粒數(shù)為：81/8 = 1長方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)： 頂 -1/8 棱-1/4 面-1/2 心-1（2）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部屬于該晶胞。微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 2（3）面心立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有。微粒數(shù)為：81/8 + 61/2 = 4 3.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算 (1)六方晶胞：在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個(gè)晶胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：121/6 + 21/2 + 3 =