晶體的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié)晶胞

1、晶體的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第一節(jié) 晶胞二晶胞1. 晶胞：描述晶體結(jié)構(gòu)的基本單元蜂巢與蜂室銅晶體銅晶胞 晶體與晶胞的關(guān)系可用蜂巢與峰室的關(guān)系比喻然而蜂巢是有形的，晶胞是無形的，是人為劃定的。晶胞參數(shù)(三維點(diǎn)陣)晶胞的大小和形狀可用晶胞的三條棱邊長(zhǎng)度(軸長(zhǎng))a, b, c 及三棱邊夾角(軸角)，來描述金剛石晶體石墨烯晶體銅晶體NaCl晶體結(jié)構(gòu)和晶胞思考與交流: 1.上述銅晶體、金剛石、CO2晶體、NaCl晶體的晶胞的空間構(gòu)形呈什么形狀？ 2.在上述晶體中，晶胞是如何排列的？晶胞之間是否存在空隙？CO2晶胞平行六面體無隙并置特點(diǎn)：晶胞一般都是平行六面體.晶胞在晶體中“無隙并置”。2.晶胞“無隙并置”3、三

2、種典型立方晶體結(jié)構(gòu)體心立方簡(jiǎn)單立方面心立方體心：1面心：1/2頂點(diǎn)：1/8棱邊：1/44.晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算分?jǐn)偡ǎ壕О我馕恢蒙系囊粋€(gè)原子如果是被n個(gè)晶胞所共有，那么，每個(gè)晶胞對(duì)這個(gè)原子分得的份額就是1/n一個(gè)立方體頂點(diǎn)的原子被八個(gè)晶胞共用，則平分給一個(gè)晶胞的只有1/8一層上為四個(gè)立方體堆積，上、下共兩層頂點(diǎn)頂點(diǎn)：一個(gè)立方體棱上的原子被四個(gè)晶胞共用，則平分給一個(gè)晶胞的只有1/4（2）：棱上面心：占1/2體心：完全屬于(8 + 6 )3 =12典例1：下圖是CO2分子晶體的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，其中有多少個(gè)CO2分子？多少個(gè)原子？8 + 6 =4金剛石晶胞示意圖典例2：金剛石晶胞中有幾個(gè)碳原子？8

3、個(gè) 練習(xí)：如圖所示，在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中，（1）每一個(gè)最小的碳環(huán)完全擁有碳原子數(shù)為 ，（2）每一層內(nèi)碳原子數(shù)目與CC共價(jià)鍵數(shù)目比值為 典例三、石墨及其結(jié)構(gòu)空間層狀結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)俯視圖22:3三棱柱晶胞中： 頂點(diǎn)：1/12； 水平棱:1/4； 豎棱:1/6 面心：1/2 ； 體心：完全屬于 知識(shí)拓展-非立方晶胞中典例：導(dǎo)學(xué)案102-513題頂點(diǎn)，水平棱是空間上下兩層共同所有六方棱柱晶胞中：頂點(diǎn);1/6； 水平棱:1/4； 豎棱:1/3 面心：1/2 ； 體心：完全屬于 知識(shí)拓展-非立方晶胞中典例：小題巧練10：-18題啟發(fā)石墨歸納：均攤法頂點(diǎn)：有1/8屬于該立方體棱邊：有1/4屬于該立方體面心：

4、有1/2屬于該立方體體心：完全屬于該立方體審題一定要注意是晶體結(jié)構(gòu)(均攤法)，還是分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)(其化學(xué)式由圖中所有實(shí)際存在的原子個(gè)數(shù)決定)小技巧：頂點(diǎn):(360。/晶胞夾角)2 豎棱:(360。/晶胞夾角)1、堆積原理二、金屬晶體的原子堆積模型 組成晶體的金屬原子在沒有其他因素影響時(shí)，在空間的排列大都遵循緊密堆積原理。這是因?yàn)榻饘冁I沒有方向性，因此都趨向于使金屬原子吸引更多的其他原子分布于周圍，并以緊密堆積方式降低體系的能量，使晶體變得比較穩(wěn)定。緊密堆積：微粒之間的作用力，使微粒間盡可能的相互接近，使它們占有最小的空間?？臻g利用率：空間被晶格質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的百分?jǐn)?shù)。用來表示緊密堆積的程度。配位數(shù)

5、：在密堆積中，一個(gè)原子或離子周圍距離最近且相等的原子或離子的數(shù)目。2、堆積幾個(gè)概念金屬原子在二維空間（平面）上有兩種排列方式 （a）非密置層 （b）密置層 非密置層在三維空間里堆積有幾種方式？不同方式堆積時(shí)金屬晶體的配位數(shù)、原子的空間利用率、晶胞的區(qū)別？配位數(shù)=4配位數(shù)=6思考與交流3、金屬原子在二維平面的堆積方式（1）簡(jiǎn)單立方堆積：非密置層堆積，空間利用率低（52%）配位數(shù)是 個(gè).只有金屬（Po）采取這種堆積方式6每個(gè)晶胞含原子數(shù)：1 空間利用率=晶胞所含原子體積總和*100% 晶體體積空間利用率的計(jì)算：a：晶胞單位長(zhǎng)度r=原子半徑簡(jiǎn)單立方一個(gè)晶胞含有一個(gè)原子2、非密置層的另一種堆積是將上層

6、金屬原子填入下層的金屬原子形成的凹穴中（2）體心立方堆積 鉀型許多金屬（如堿金屬、Fe等）采取這種堆積方式。每個(gè)晶胞含原子數(shù)：2配位數(shù)：8非密置層堆積，空間利用率不高（68%）（ IA，VB，VIB）空間利用率計(jì)算例1：計(jì)算體心立方晶胞中金屬原子的空間利用率。 解：體心立方晶胞：中心有1個(gè)原子， 8個(gè)頂點(diǎn)各1個(gè)原子，每個(gè)原子被8個(gè)晶胞共享。每個(gè)晶胞含有幾個(gè)原子:1 + 8 1/8 = 2體心立方堆積空間利用率計(jì)算設(shè)原子半徑為r 、晶胞邊長(zhǎng)為a ，根據(jù)勾股定理，2a 2 + a 2 = (4r) 2空間利用率 = 晶胞含有原子的體積 / 晶胞體積 100% =一個(gè)晶胞兩個(gè)球123456 第二層對(duì)

7、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)AB， 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。思考：密置層的堆積方式有哪些？ 下圖是此種六方緊密堆積的前視圖ABABA 第一種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的球。123456于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積 配位數(shù) ( 同層 ，上下層各 ) 12 63鎂型六方密堆積3、按密置層的堆積方式的第一種：六方最密堆積1200平行六面體六方緊密堆積密置層的堆積方式第一種：六方最密堆積配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：12（同層6個(gè)，上下層各3個(gè)）74%2鎂型六方密堆積（Be

8、Mg B B B ） 密致層-第二種是將第三層的球?qū)?zhǔn)第一層的 2，4，6 位，不同于 AB 兩層的位置，這是 C 層。123456123456123456123456此種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。 配位數(shù) 。(同層 ,上下層各 ) 126 3按密置層的堆積方式的第二種：面心立方堆積: 銅型4、金屬原子在三維空間的堆積方式 （1）簡(jiǎn)單立方堆積：只有金屬（Po）采取這種堆積方式每個(gè)晶胞含原子數(shù)：1配位數(shù)是 個(gè).6配位數(shù)：空間占有率：每個(gè)晶胞含原子數(shù)：銅型 面心立方BCA12（同層6個(gè)，上下層各3個(gè)）74%4（B P

9、b Pd Pt ）根據(jù)晶胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有關(guān)數(shù)據(jù)，求算晶體的密度或晶胞參數(shù)a（晶胞邊長(zhǎng)）對(duì)于立方晶胞可建立如下求算途徑晶胞的密度求一個(gè)晶胞的質(zhì)量一個(gè)晶胞中粒子數(shù)目n摩爾質(zhì)量阿伏伽德羅常數(shù)求一個(gè)晶胞的體積晶胞邊長(zhǎng)（或離子半徑）得關(guān)系式：晶胞邊長(zhǎng)為a，原子半徑為r.由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r每個(gè)面心立方晶胞含原子數(shù)目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3 r ) 3 100 % = 74 %面心立方空間利用率計(jì)算面心立方最密堆積堆積方式及性質(zhì)小結(jié)簡(jiǎn)單立方堆積體心立方密堆積六方最密堆積面心立方六方體心

10、立方簡(jiǎn)單立方74%74%68%52121286Cu、Ag、AuMg、Zn、TiNa、K、FePo簡(jiǎn)單立方鉀型（體心立方密堆積）鎂型（六方最密堆積）鎂型（六方最密堆積）削成一個(gè)六面體晶體的特征對(duì)稱性可劃分為立方、六方、三方、四方、正交、單斜、三斜為7個(gè)晶系，堆積方式分類：非密置層：簡(jiǎn)單立方堆積體心立方堆積密置層：六方堆積面心立方堆積Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na

11、+Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+可見：在NaCl晶體中，鈉離子、氯離子按一定的規(guī)律在空間排列成立方體。5、晶胞類型：（1）鈉離子和氯離子的位置：鈉離子和氯離子位于立方體的頂角上，并交錯(cuò)排列。鈉離子：體心和棱中點(diǎn)；氯離子：面心和頂點(diǎn)，或者反之。（一）氯化鈉型晶胞（3）與Na+等距離且最近的Na+ 、Cl- 各有幾個(gè)？ 計(jì)算方法：均攤法 頂點(diǎn)占1/8；棱占1/4；面心占1/2；體心占1 （2）每個(gè)晶胞含鈉離子、氯離子的個(gè)數(shù)與Na+等距離且最近的Na+ 有：12個(gè)與Na+等距離且最近的Cl- 有：6個(gè)-Cl- Na+NaCl的晶體結(jié)構(gòu)模型NaCl晶體中陰、陽離子配位數(shù)（二）氯

12、化銫型晶胞-Cs+-Cl-CsCl的晶體結(jié)構(gòu)及晶胞構(gòu)示意圖CsCl晶胞（1）銫離子和氯離子的位置：銫離子：體心氯離子：頂點(diǎn)；或者反之。（2）每個(gè)晶胞含銫離子、氯離子的個(gè)數(shù)銫離子：1個(gè) ；氯離子：1個(gè)（3）與銫離子等距離且最近的銫離子、氯離子各有幾個(gè)？銫離子：6個(gè) ；氯離子：8個(gè)Ca2+的配位數(shù)：8F-的配位數(shù)：4一個(gè)CaF2晶胞中含： 4個(gè)Ca2+和8個(gè)F-（三）CaF2 型晶胞(四) ZnS型晶胞陽離子的配位數(shù)：4陰離子的配位數(shù)：4一個(gè)ZnS晶胞中含：4個(gè)陽離子和4個(gè)陰離子3、典型的原子晶體（1）金剛石 在金剛石晶體中每個(gè)碳原子被周圍4個(gè)碳原子包圍,處于中心的該碳原子以共價(jià)鍵與周圍4個(gè)碳原子結(jié)合,成為正四面體型結(jié)構(gòu),碳以SP3雜化軌道形成共價(jià)鍵。這些結(jié)構(gòu)向空間發(fā)展,構(gòu)成彼此聯(lián)結(jié)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其中形成的最小環(huán)中含6個(gè)碳原子。每個(gè)碳原子被12個(gè)六元環(huán)共用。 1mol金剛石中含有的C-C共價(jià)鍵數(shù) 2mol。10928154pm鍵能： 熔點(diǎn)： 大于35500C硬度：很大 練習(xí)：如圖所示，在石墨晶體的層狀結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)最小的碳環(huán)完全擁有碳原子數(shù)為 ，每個(gè)C完全擁有CC數(shù)為 其密度為 。石墨中CC夾角為： 1200， CC鍵長(zhǎng)： 1.421010 m層間距： 3.35 1010 m5、石墨及其結(jié)構(gòu)空間層狀結(jié)構(gòu)