晶體結構課件

第10章晶體結構第10章晶體結構1元素單質(zhì)的晶體結構無機化合物的晶體結構主要教學內(nèi)容元素單質(zhì)的晶體結構主要教學內(nèi)容2晶體結構參數(shù)晶系空間群的國際符號晶胞參數(shù)晶胞中的分子數(shù)原子或離子的配位數(shù)原子或離子的坐標晶體結構參數(shù)晶系3晶體結構圖

晶體結構圖反映質(zhì)點在晶胞中的位置和分布規(guī)律，有幾種不同的模式：原子(離子)球體堆積(hard-spheremodel)化學鍵聯(lián)接(ball-and-stickmodel)配位多面體(polyhedralmodel)多種方式綜合晶體結構圖晶體結構圖反映質(zhì)點在晶胞中的位置和分布規(guī)律，4同型結構

質(zhì)點種類不同，對應質(zhì)點排列方式相同，稱為同型結構。典型結構

在若干種同型結構的晶體中選出一種命名這種結構，即為典型結構。NaCl型結構ClNa同型結構NaCl型結構ClNa5⑴金屬單質(zhì)的晶體結構

原子之間以金屬鍵結合，結構看成是由等大球緊密堆積而成，原子配位數(shù)高。按金屬原子堆積方式可分為：A1型：立方最緊密堆積A2型：立方體心緊密堆積A3型：六方最緊密堆積10.1元素單質(zhì)的晶體結構⑴金屬單質(zhì)的晶體結構10.1元素單質(zhì)的晶體結構6等軸晶系，原子呈立方最緊密堆積，屬A1型。a具有銅型結構的有Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等單質(zhì)晶體。①Cu型結構空間群Fm3ma=0.3608nm，CN=12，Z=4。Cu坐標：0,0,0；1/2,1/2,0;1/2,0,1/2;0,1/2,1/2.等軸晶系，原子呈立方最緊密堆積，屬A1型。a具有銅型結構的有7等軸晶系，原子成立方緊密堆積，屬A2型，屬α-Fe型結構的有W、Mo、Li、Na、K、Rb、Cs、Ba等。a②α-Fe型空間群為Im3ma=0.2860nm，CN=8，Z=2Fe坐標：0，0，0；1/2，1/2，1/2等軸晶系，原子成立方緊密堆積，屬A2型，屬α-Fe型結構的有8

六方晶系，原子成六方最緊密堆積，屬A3型。屬Os型結構的有Mg、Zn、Rh、Sc、Gd、Y、Cd等。③Os型cXYU1/21/21/2空間群為P6/mmca=0.2712nm，c=0.4314nm，CN=12，Z=2。六方晶系，原子成六方最緊密堆積，屬A3型。屬Os型結構的有9

原子之間多以共價鍵結合。原子配位數(shù)一般符合CN=8-N規(guī)則。N：非金屬原子在元素周期表中的族數(shù)。

⑵非金屬單質(zhì)的晶體結構原子之間多以共價鍵結合。⑵非金屬單質(zhì)的晶體結構10等軸晶系。碳原子之間以共價鍵結合，每個碳原子周圍有4個碳原子，形成四面體配位。①金剛石型碳原子位于晶胞的角頂和面心，以及相間的4個小立方體的中心。空間群Fd3ma=0.3570nmCN=4，Z=8等軸晶系。碳原子之間以共價鍵結合，每個碳原子周圍有4個碳原子111/21/21/21/23/43/41/41/41/2滑移(b+c)/4滑移(a+c)/4金剛石型結構中的d滑移面C原子坐標：0,0,0；1/2,1/2,0;1/2,0,1/2;0,1/2,1/21/4,1/4,1/4;3/4,3/4,1/4;

3/4,1/4,3/4;1/4,3/4,3/4

1/21/21/21/23/43/41/41/41/2滑移(12六方晶系，層狀結構，層內(nèi)每個C與3個C連接，形成六方環(huán)狀網(wǎng)層；上層六方網(wǎng)環(huán)的碳原子有一半對著下層六方網(wǎng)環(huán)的中心。層的重復規(guī)律為ABAB…..。②石墨(2H,C)上層(B)下層(A)c0.1427nm0.3355nm0.6708nm六方晶系，層狀結構，層內(nèi)每個C與3個C連接，形成六方環(huán)狀網(wǎng)層13底層：中層：頂層：2H石墨的晶胞劃分XYU1/2底層：2H石墨的晶胞劃分XYU1/214底層中間層頂層石墨的晶胞包括三層，底層C原子的位置與頂層相同，中間層不同。底層中間層頂層石墨的晶胞包括三層，底層C原子的位置與頂層相同15底層：中層：頂層：XYU1/2空間群P63/mmc，a=0.246nm，c=0.6708nm，Z=4。底層：XYU1/2空間群P63/mmc，16二元無機化合物晶體多元化合物晶體10.2無機化合物的晶體結構二元無機化合物晶體10.2無機化合物的晶體結構17化合物類型典型結構二元化合物AX型CsClNaClZnSAX2型CaF2TiO2FeS2α-SiO2A2X3型

Al2O3多元化合物ABX3型CaCO3CaTiO3AB2X4型MgAl2O4化合物類型典型結構二元AX型CsClNaClZnSAX2型18⑴AX型晶體陰陽離子電價相同，數(shù)量比例為1:1。主要有CsCl型、NaCl型、ZnS型等。10.2.1二元無機化合物晶體⑴AX型晶體10.2.1二元無機化合物晶體19等軸晶系，CsCl結構可以看成是由Cl-的立方原始格子和Cs+的立方原始格子套疊而成，一套點陣位于另一套點陣晶胞的中心。①CsCl型AX型化合物中，r+/r->0.732時，多為CsCl型結構?？臻g群Pm3m，a=0.411nm，CN=8，Z=1。等軸晶系，CsCl結構可以看成是由Cl-的立方原始格子和C20屬于這種結構型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、ThTe、TlCl、TlBr、NH4Cl、NH4Br、NH4I等。在后三種晶體中，NH4+可看作是一個簡單的陽離子。屬于這種結構型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、Th21

等軸晶系，結構可以看成是Cl-作立方最緊密堆積，Na+充填所有的八面體空隙。②NaCl型ClNa空間群Fm3mao=0.5628nm。CN=6，Z=4AX型化合物中，r+/r-=0.414－0.732時多為NaCl型結構。等軸晶系，結構可以看成是Cl-作立方最緊密堆積，Na+充填22屬于NaCl型結構的二元化合物有：鹵化物(AX)，A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+…X=F-、Cl-、Br-。硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+…硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+…碲化物(ATe),A=Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2…碳化物（AC），A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Th…氮化物(AN),A=Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Np、Pu、Th、U…氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+氫化物(AH),A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+屬于NaCl型結構的二元化合物有：23等軸晶系，結構可以看成是S2-作立方最緊密堆積，Zn+充填1/2的四面體空隙。③α-ZnS型ZnS空間群F43m，a=0.540nm，CN=4Z=4結構穩(wěn)定于r+/r-=0.414-0.225。等軸晶系，結構可以看成是S2-作立方最緊密堆積，Zn+充填124具有閃鋅礦型結構的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、BeV、BeS、CdS、HgS、BeSe、BeTe、ZnSe、ZnTe、CdTe、MgTe、AlP、GaP、AlAs、GaAs、AlSb、InSb、BaS、BN、SiC、BeB等。具有閃鋅礦型結構的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、Be25

主要包括氧化物和氟化物等，典型結構：螢石（CaF2）型金紅石（TiO2）型⑵AX2型晶體結構主要包括氧化物和氟化物等，典型結構：⑵AX2型晶體結構26①螢石（CaF2）型Ca2+F-

等軸晶系空間群Fm3m,a=0.545nm，Z=4。F-：CN=4，四面體配位，Ca2+：

CN=8，立方體配位螢石型結構的穩(wěn)定范圍為r+/r->0.732。①螢石（CaF2）型Ca2+等軸晶系F-：27Ca2+離子位于立方面心晶胞的八個角頂和每一個面的中心，F(xiàn)-位于單位晶胞所等分的八個小立方體的中心。也可以看成Ca2+成立方緊密堆積，氟離子充填所有四面體空隙。Ca2+離子位于立方面心晶胞的八個角頂和每一個面的中心，F(xiàn)-28四方晶系，O2+成扭曲的六方緊密堆積，Ti4+位于半數(shù)的八面體空隙中，構成[TiO6]八面體配位，鈦離子位于晶胞的角頂和體心，氧離子中有4個位于晶胞的上、下底面上，另外2個位于晶胞內(nèi)。②金紅石（TiO2）型TiO四方晶系，O2+成扭曲的六方緊密堆積，Ti4+位于半數(shù)的八29②金紅石（TiO2）型TiO1/21/21/21/21/21/21/21/21/21/21/21/2空間群：P42/mnm，a=0.4594nm,c=0.2959nm，Z=2。Ti4+:CN=6；O2-:CN=3；結構的穩(wěn)定范圍：r+/r-=0.732－0.414②金紅石（TiO2）型TiO1/21/21/21/21/2130②金紅石（TiO2）型YX[TiO6]八面體共棱連接成平行C軸的鏈，鏈間共角頂連接。②金紅石（TiO2）型YX[TiO6]八面體共棱連接成平行C31③α-石英（SiO2）型結構三方晶系，空間群：P312或P322；Z=3。[SiO4]四面體以角頂相聯(lián)，形成圍繞3次螺旋軸(31和32)的螺旋狀鏈。Si：CN=4，O：CN=2。［SiO4]四面體圍繞c軸的螺旋狀鏈③α-石英（SiO2）型結構［SiO4]四面體圍繞c軸的32鏈連接形成的格架鏈連接形成的格架33α-石英平行（0001）的結構α-石英平行（0001）的結構34β-石英平行（0001）的結構空間群P642，ao=0.501nm，co=0.547nm。β-石英平行（0001）的結構35α-石英晶體沿一個二次軸受壓后正負電荷重心分離，產(chǎn)生表面電荷α-石英晶體沿一個二次軸受壓后正負電荷36④黃鐵礦（FeS2）型結構等軸晶系，空間群Pa3，a=0.547nm。Fe2+和S22-的配位數(shù)均為6。黃鐵礦(FeS2)

的結構模型④黃鐵礦（FeS2）型結構黃鐵礦(FeS2)的結構模型37黃鐵礦可以看成是由氯化鈉晶體結構演變而來，即Fe2+取代Na1+，S22-取代Cl-.啞鈴狀對硫S22-的軸向與1/8晶胞的小立方體對角線的方向相同，但是彼此不相切割。

黃鐵礦可以看成是由氯化鈉晶體結構演變38Fe-S=0.225nm,S-S=0.217nm。[FeS6]八面體共面連接，且共面的棱比非共面的棱要長，說明Fe-S鍵以共價鍵為主。Fe-S=0.225nm,S-S=0.217nm。39⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O3（剛玉）型三方晶系。結構中氧離子作近似六方最緊密堆積，鋁離子占據(jù)2/3的八面體空隙。[AlO6]八面體在平行(0001)方向上共棱成層，沿Z軸方向共面相連。⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O3（剛玉）型三方晶系。結40三方晶系，空間群R3c，a=0.477nm，c=1.304nm，Al3+：CN=6；O2-：CN=4；Z=6⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O3（剛玉）型三方晶系，空間群R3c，⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O41在平行C軸方向上，每隔兩個實心的充填Al的八面體就有一個空心的八面體，實心[AlO6]八面體以共面相連。此時，兩個較為靠近的鋁離子之間產(chǎn)生了斥力，使鋁離子并不處于八面體中心，而是稍有偏離，[AlO6]八面體稍有變形常見的是具有剛玉型晶格的晶體有α-Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、Co2O3等。

晶體結構課件42ABX3型AB2X4型10.2.2多元化合物晶體結構10.2.2多元化合物晶體結構43三方晶系。NaCl型結構沿立方體對角線壓縮后，Ca2+代替Na+，CO32-代替Cl-，即為方解石型結構。碳與三個氧之間以共價鍵結合，Ca2+與CO32-之間為離子鍵。⑴ABX3型--方解石(CaCO3)型空間群R3c，a=0.6361nm，α=46°07′，Z=2。三方晶系。NaCl型結構沿立方體對角線壓縮后，Ca2+代替N44高溫下為等軸晶系，空間群Pm3m。⑴ABX3型--（CaTiO3）型Ca2+Ti4+O2-a=0.385nm，Z=1。配位數(shù)：Ti4+：CN=6；Ca：CN=12；O2-：CN=6(4個Ca,2個Ti)高溫下為等軸晶系，空間群Pm3m。⑴ABX3型--（CaT45Pm3mI4/mcmPbnmCa2+Ti4+O2-鈣鈦礦的同質(zhì)多像轉變>1580K為等軸晶系，空間群Pm3m

。1500K時，Ti沿C軸上下移動，偏離晶胞中心，空間群變?yōu)镮4/mcm。室溫下，Ti沿偏離C軸移動，空間群變?yōu)镻bnm。Pm3mI4/mcmPbnmCa2+Ti4+O2-鈣鈦礦的同46結構扭曲往往導致晶體出現(xiàn)壓電性、鐵電性，成為重要的技術晶體。結構扭曲往往導致晶體出現(xiàn)壓電性、鐵電性，成為重要的技術晶體。47CaTiO3型結構的鐵電效應[TiO6]八面體共角頂連接CaTiO3型結構的鐵電效應[TiO6]八面體共角頂連接48鈣鈦礦結構可看成是較大的Ca2+和O2-作立方最緊密堆積，Ti4+充填在由六個氧形成的八面體空隙中。Ca2+和O2-作畢竟不是等大球，因此，CaTiO3的晶體結構較同種原子構成的緊密堆積結構對稱程度低，空間群由Fm3m降低為Pm3m。鈣鈦礦結構可看成是較大的Ca2+和O2-作立方最緊密堆積，T49鈣鈦礦晶胞的兩種劃分方式：O2-位于立方晶胞晶棱的中點，Ca2+位于立方晶胞的中心，配位數(shù)為12；Ti4+位于晶胞的角頂，配位數(shù)為6；O周圍有4個Ca,2個Ti。[TiO6]八面體共角頂連接。Ca2+位于立方晶胞的角頂，O2-位于立方晶胞晶棱的面心，Ti4+位于晶胞的中心，。鈣鈦礦晶胞的兩種劃分方式：50溫度1580K為等軸晶系，空間群Pm3m。溫度1500K℃時，Ti沿C軸上下移動，偏離晶胞中心，立方型變?yōu)樗姆叫?，空間群變?yōu)镮4/mcm。溫度1380K時，四方型又轉變?yōu)樾狈叫?，空間群Bmmb。室溫下鈣鈦礦為斜方晶系，空間群Pbnm。T~1500K溫度1580K為等軸晶系，空間群Pm3m。T~1551硅酸鹽的基本結構單位為[SiO4]4-四面體。[SiO4]4-四面體可以孤立存在，也可以共頂連接，構成不同形式的硅氧骨干。10.3硅酸鹽的晶體結構硅酸鹽的基本結構單位為[SiO4]4-四面體。10.352⑴硅氧四面體類型

根據(jù)硅氧四面體的連接方式，硅酸鹽結構可分為島狀、環(huán)狀、鏈狀、層狀和架狀等。⑴硅氧四面體類型根據(jù)硅氧四面體的連接方式，硅酸鹽結構可53

結構中硅氧四面體彼此分開猶如孤島，硅氧四面體之間靠其它陽離子所連接。①島狀結構

單四面體：[SiO4]4-

有4個活性氧。

雙四面體：[Si2O7]6-

每一個[SiO4]四面體有1個惰性氧；3個活性氧。結構中硅氧四面體彼此分開猶如孤島，硅氧四面體之間靠54②環(huán)狀結構硅氧骨干：[SinO3n]2n-。n為環(huán)節(jié)數(shù)。[SiO4]四面體以共角頂?shù)姆绞竭B接成封閉的環(huán)。根據(jù)[SiO4]四面體的連接方式和環(huán)節(jié)的數(shù)目，可分為三元環(huán)、四元環(huán)、六元環(huán)以及單環(huán)和雙環(huán)等。在[SinO3n]2n-中，每一個[SiO4]四面體有2個惰性氧；2個活性氧。②環(huán)狀結構硅氧骨干：[SinO3n]2n-。n為環(huán)節(jié)數(shù)。55硅氧四面體以角頂連接成沿一個方向無限延伸的鏈，常見有單鏈和雙鏈。單鏈：硅氧骨干為[SinO3n]2n-，n為一個重復單元中硅氧四面體數(shù)。每一個[SiO4]四面體有2個惰性氧；2個活性氧。鏈平行排列，之間靠骨干外陽離子聯(lián)系，并盡可能達到最緊密堆積狀態(tài)。雙鏈：[Si2nO6n-1](4n-2)-，

n為一個重復單元中硅氧四面體數(shù)的1/2；１為一個重復單元中兩個單鏈間的交連數(shù)。③鏈狀結構硅氧四面體以角頂連接成沿一個方向無限延伸的鏈，常見有單鏈和雙56輝石型單鏈：[Si2O6]4-角閃石型雙鏈[Si4O11]6-輝石型單鏈：[Si2O6]4-角閃石型雙鏈[Si4O11]657硅氧骨干形式：[Si4O10]4-[SiO4]四面體以三個角頂相連，形成二維展布的網(wǎng)層。每一個[SiO4]四面體有三個惰性氧；一個活性氧?；钚匝蹩梢灾赶蛲环较颍部梢灾赶虿煌较?。④層狀結構層狀硅氧骨干[Si4O10]4-硅氧骨干形式：[Si4O10]4-④層狀結構層狀硅氧骨干[58雙層型(TO型)結構單元層[MgO6]、[AlO6]八面體片(Ｏ片)[SiO4]四面體片(T片)

一層四面體片的頂氧與另一層四面體片的底氧相對，則在頂氧的上方有一層與之成緊密堆積的OH-，八面體片由一層四面體片的頂氧加OH-與一層OH-組成。雙層型(TO型)結構單元層[MgO6]、[AlO6]八面體片59三層型(TOT型)結構單元層兩層四面體片以頂氧相對，兩層頂氧及OH-以最緊密堆積的方式錯開疊置，其間的八面體空隙被Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+等充填。[MgO6]、[AlO6]八面體片(Ｏ片)[SiO4]四面體片(T片)[SiO4]四面體片(T片)三層型(TOT型)結構單元層兩層四面體片以頂氧相對，兩層頂氧60硅氧四面體的四個角頂，均與相鄰的硅氧四面體的角頂相連。在沒有其它陽離子代替硅氧四面體中的Si4+時，Si和O的原子數(shù)之比為1:2，整個結構是電性中和的。這種情況只見于石英。⑤架狀結構硅氧四面體的四個角頂，均與相鄰的硅氧四面體的角頂相連。在沒有61架狀結構硅酸鹽的特點是：在結構中出現(xiàn)了Al3+代Si4+，多余的負電荷要求有陽離子進行中和，形成鋁硅酸鹽。架狀絡陰離子化學式：[AlxSin-xO2n]x-。架狀結構硅酸鹽中最常見的陽離子是K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。架狀結構硅酸鹽的特點是：在結構中出現(xiàn)了Al3+代Si4+，多62⑵常見硅酸鹽的晶體結構①鎂橄欖石Mg2[SiO4]Mg2+與[SiO4]四面體的關系OOMgMgSi底層頂層⑵常見硅酸鹽的晶體結構①鎂橄欖石Mg2[SiO4]Mg63硅氧單四面體彼此分離，之間由[MO6]相連結。氧的配位數(shù)為4，與一個Si和三個呈八面體配位的陽離子M鍵聯(lián)。在平行c軸方向上，[MO6]八面體以共棱方式聯(lián)結成鋸齒狀鏈。SiO4]四面體蓋在[MO6]八面體鋸齒狀鏈之間的空隙上。硅氧單四面體彼此分離，之間由[MO6]相連結。64橄欖石結構的配位多面體模型橄欖石結構的配位多面體模型65橄欖石（peridot）晶體碎塊橄欖石（peridot）晶體碎塊66②石榴石等軸晶系，通式：A3B2[SiO4]3A：Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+等；B：Al3+、Fe3+、Cr3+等。石榴石中配位多面體的連接方式

孤立的[SiO4]四面體為三價陽離子的八面體所連接，其間形成一些較大的畸變立方體空隙，它的每一個角頂為氧所占據(jù)，中心為二價陽離子。

②石榴石石榴石中配位多面體的連接方式孤立的[SiO4]67③綠柱石--Be3Al2[Si6O18]

綠柱石的單位晶胞[SiO4]四面體六方環(huán)垂直c軸且平行排列，上下兩個環(huán)錯動25°，環(huán)與環(huán)之間由Al3+和Be2+連接。環(huán)中心有平行c軸的寬闊孔道，可以容納大半徑的K+、Na+、Cs+、Rb+以及水分子。③綠柱石--Be3Al2[Si6O18]綠柱石的單位68平行(0001)配位多面體的連接平行(0001)配位多面體的連接69平行Z軸[BeO4]與四面體六元環(huán)的連接Z平行Z軸[BeO4]與四面體六元環(huán)的連接Z70晶體結構課件71④透輝石：CaMg[Si2O6]鏈沿C軸延伸，每兩個硅氧四面體為一重復周期。透輝石結構中陽離子配位位置鏈間空隙有兩種：M1：較小，四面體角頂相對的位置，M2：較大，四面體底面相對的位置。較小的Mg2+占有M1。較大Ca2+的優(yōu)先占據(jù)M2，④透輝石：CaMg[Si2O6]透輝石結構中陽離子配位位72⑤透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2雙鏈，平行c軸延伸，每４個硅氧四面體為一重復周期，鏈與鏈之間是借位于A、M1、M2、M3、M4位置上的陽離子連接.⑤透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)273

柱狀透閃石（左)陽起石（右）柱狀透閃石（左)陽起石（右）74⑥高嶺石Al4[Si4O10](OH)4--蛇紋石Mg6[Si4O10](OH)4結構單元層為TO型，單元層之間由弱的氫鍵連結。⑥高嶺石Al4[Si4O10](OH)4--蛇紋石75一層四面體片的頂氧與另一層四面體片的底氧相對，則在頂氧的上方有一層與之成緊密堆積的OH-，八面體片由一層四面體片的頂氧加OH-與一層OH-組成。一層四面體片的頂氧與另一層四面體片的底76⑦滑石Mg3[Si4O10](OH)2--葉蠟石Al2[Si4O10](OH)2

三層型(TOT型)結構單元層⑦滑石Mg3[Si4O10](OH)2--葉蠟石三層型(TO77兩層四面體片以頂氧相對，兩層頂氧及OH-以最緊密堆積的方式錯開疊置，其間的八面體空隙被Mg2+,Al3+,Fe2+,Fe3+等充填。兩層四面體片以頂氧相對，兩層頂氧及78⑧云母類結構單元層為TOT+C，結構單元層內(nèi)有1/4的四面體空隙由Al3+占據(jù)，多余的負電荷由TOT之間的一價陽離子K+或Na+中和。云母類結構單元層⑧云母類云母類結構單元層79⑼蒙皂石類（蒙脫石、貝得石、皂石）結構單元層為TOT+H2O+C，TOT中存在Al3+代替Si4+，因此在TOT單元間連接松散的陽離子C和分子水H2O。⑼蒙皂石類（蒙脫石、貝得石、皂石）80蒙脫石的結構單元層蒙脫石的結構單元層81片狀云母晶體片狀云母晶體82高嶺石晶體(Kaolinite)

高嶺石晶體(Kaolinite)83高嶺石晶體(Kaolinite)高嶺石晶體(Kaolinite)84蒙脫石晶體

Montmorillonite

蒙脫石晶體

Montmorillonite85第10章晶體結構第10章晶體結構86元素單質(zhì)的晶體結構無機化合物的晶體結構主要教學內(nèi)容元素單質(zhì)的晶體結構主要教學內(nèi)容87晶體結構參數(shù)晶系空間群的國際符號晶胞參數(shù)晶胞中的分子數(shù)原子或離子的配位數(shù)原子或離子的坐標晶體結構參數(shù)晶系88晶體結構圖

晶體結構圖反映質(zhì)點在晶胞中的位置和分布規(guī)律，有幾種不同的模式：原子(離子)球體堆積(hard-spheremodel)化學鍵聯(lián)接(ball-and-stickmodel)配位多面體(polyhedralmodel)多種方式綜合晶體結構圖晶體結構圖反映質(zhì)點在晶胞中的位置和分布規(guī)律，89同型結構

質(zhì)點種類不同，對應質(zhì)點排列方式相同，稱為同型結構。典型結構

在若干種同型結構的晶體中選出一種命名這種結構，即為典型結構。NaCl型結構ClNa同型結構NaCl型結構ClNa90⑴金屬單質(zhì)的晶體結構

原子之間以金屬鍵結合，結構看成是由等大球緊密堆積而成，原子配位數(shù)高。按金屬原子堆積方式可分為：A1型：立方最緊密堆積A2型：立方體心緊密堆積A3型：六方最緊密堆積10.1元素單質(zhì)的晶體結構⑴金屬單質(zhì)的晶體結構10.1元素單質(zhì)的晶體結構91等軸晶系，原子呈立方最緊密堆積，屬A1型。a具有銅型結構的有Au、Ag、Pb、Ni、Co、Pt、Fe、Al、Sc、Ca、Sr等單質(zhì)晶體。①Cu型結構空間群Fm3ma=0.3608nm，CN=12，Z=4。Cu坐標：0,0,0；1/2,1/2,0;1/2,0,1/2;0,1/2,1/2.等軸晶系，原子呈立方最緊密堆積，屬A1型。a具有銅型結構的有92等軸晶系，原子成立方緊密堆積，屬A2型，屬α-Fe型結構的有W、Mo、Li、Na、K、Rb、Cs、Ba等。a②α-Fe型空間群為Im3ma=0.2860nm，CN=8，Z=2Fe坐標：0，0，0；1/2，1/2，1/2等軸晶系，原子成立方緊密堆積，屬A2型，屬α-Fe型結構的有93

六方晶系，原子成六方最緊密堆積，屬A3型。屬Os型結構的有Mg、Zn、Rh、Sc、Gd、Y、Cd等。③Os型cXYU1/21/21/2空間群為P6/mmca=0.2712nm，c=0.4314nm，CN=12，Z=2。六方晶系，原子成六方最緊密堆積，屬A3型。屬Os型結構的有94

原子之間多以共價鍵結合。原子配位數(shù)一般符合CN=8-N規(guī)則。N：非金屬原子在元素周期表中的族數(shù)。

⑵非金屬單質(zhì)的晶體結構原子之間多以共價鍵結合。⑵非金屬單質(zhì)的晶體結構95等軸晶系。碳原子之間以共價鍵結合，每個碳原子周圍有4個碳原子，形成四面體配位。①金剛石型碳原子位于晶胞的角頂和面心，以及相間的4個小立方體的中心?？臻g群Fd3ma=0.3570nmCN=4，Z=8等軸晶系。碳原子之間以共價鍵結合，每個碳原子周圍有4個碳原子961/21/21/21/23/43/41/41/41/2滑移(b+c)/4滑移(a+c)/4金剛石型結構中的d滑移面C原子坐標：0,0,0；1/2,1/2,0;1/2,0,1/2;0,1/2,1/21/4,1/4,1/4;3/4,3/4,1/4;

3/4,1/4,3/4;1/4,3/4,3/4

1/21/21/21/23/43/41/41/41/2滑移(97六方晶系，層狀結構，層內(nèi)每個C與3個C連接，形成六方環(huán)狀網(wǎng)層；上層六方網(wǎng)環(huán)的碳原子有一半對著下層六方網(wǎng)環(huán)的中心。層的重復規(guī)律為ABAB…..。②石墨(2H,C)上層(B)下層(A)c0.1427nm0.3355nm0.6708nm六方晶系，層狀結構，層內(nèi)每個C與3個C連接，形成六方環(huán)狀網(wǎng)層98底層：中層：頂層：2H石墨的晶胞劃分XYU1/2底層：2H石墨的晶胞劃分XYU1/299底層中間層頂層石墨的晶胞包括三層，底層C原子的位置與頂層相同，中間層不同。底層中間層頂層石墨的晶胞包括三層，底層C原子的位置與頂層相同100底層：中層：頂層：XYU1/2空間群P63/mmc，a=0.246nm，c=0.6708nm，Z=4。底層：XYU1/2空間群P63/mmc，101二元無機化合物晶體多元化合物晶體10.2無機化合物的晶體結構二元無機化合物晶體10.2無機化合物的晶體結構102化合物類型典型結構二元化合物AX型CsClNaClZnSAX2型CaF2TiO2FeS2α-SiO2A2X3型

Al2O3多元化合物ABX3型CaCO3CaTiO3AB2X4型MgAl2O4化合物類型典型結構二元AX型CsClNaClZnSAX2型103⑴AX型晶體陰陽離子電價相同，數(shù)量比例為1:1。主要有CsCl型、NaCl型、ZnS型等。10.2.1二元無機化合物晶體⑴AX型晶體10.2.1二元無機化合物晶體104等軸晶系，CsCl結構可以看成是由Cl-的立方原始格子和Cs+的立方原始格子套疊而成，一套點陣位于另一套點陣晶胞的中心。①CsCl型AX型化合物中，r+/r->0.732時，多為CsCl型結構。空間群Pm3m，a=0.411nm，CN=8，Z=1。等軸晶系，CsCl結構可以看成是由Cl-的立方原始格子和C105屬于這種結構型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、ThTe、TlCl、TlBr、NH4Cl、NH4Br、NH4I等。在后三種晶體中，NH4+可看作是一個簡單的陽離子。屬于這種結構型的有CsBr、CsI、RbCl、ThCl、Th106

等軸晶系，結構可以看成是Cl-作立方最緊密堆積，Na+充填所有的八面體空隙。②NaCl型ClNa空間群Fm3mao=0.5628nm。CN=6，Z=4AX型化合物中，r+/r-=0.414－0.732時多為NaCl型結構。等軸晶系，結構可以看成是Cl-作立方最緊密堆積，Na+充填107屬于NaCl型結構的二元化合物有：鹵化物(AX)，A=Li+、Na+、K+、Ru+、Ag+…X=F-、Cl-、Br-。硫化物(AS)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+…硒化物(ASe)，A=Pb2+、Ca2+、Mn2+、Ba2+、Mg2+…碲化物(ATe),A=Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ti2…碳化物（AC），A=Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Th…氮化物(AN),A=Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Np、Pu、Th、U…氧化物(AO)，A=Sr2+、Ba2+、Ca2+、Ti2+、Sn2+、Pb2+氫化物(AH),A=Li+、Na+、K+、Ru+、Cs+屬于NaCl型結構的二元化合物有：108等軸晶系，結構可以看成是S2-作立方最緊密堆積，Zn+充填1/2的四面體空隙。③α-ZnS型ZnS空間群F43m，a=0.540nm，CN=4Z=4結構穩(wěn)定于r+/r-=0.414-0.225。等軸晶系，結構可以看成是S2-作立方最緊密堆積，Zn+充填1109具有閃鋅礦型結構的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、BeV、BeS、CdS、HgS、BeSe、BeTe、ZnSe、ZnTe、CdTe、MgTe、AlP、GaP、AlAs、GaAs、AlSb、InSb、BaS、BN、SiC、BeB等。具有閃鋅礦型結構的有CaF、CuCl、CuBr、CuI、Be110

主要包括氧化物和氟化物等，典型結構：螢石（CaF2）型金紅石（TiO2）型⑵AX2型晶體結構主要包括氧化物和氟化物等，典型結構：⑵AX2型晶體結構111①螢石（CaF2）型Ca2+F-

等軸晶系空間群Fm3m,a=0.545nm，Z=4。F-：CN=4，四面體配位，Ca2+：

CN=8，立方體配位螢石型結構的穩(wěn)定范圍為r+/r->0.732。①螢石（CaF2）型Ca2+等軸晶系F-：112Ca2+離子位于立方面心晶胞的八個角頂和每一個面的中心，F(xiàn)-位于單位晶胞所等分的八個小立方體的中心。也可以看成Ca2+成立方緊密堆積，氟離子充填所有四面體空隙。Ca2+離子位于立方面心晶胞的八個角頂和每一個面的中心，F(xiàn)-113四方晶系，O2+成扭曲的六方緊密堆積，Ti4+位于半數(shù)的八面體空隙中，構成[TiO6]八面體配位，鈦離子位于晶胞的角頂和體心，氧離子中有4個位于晶胞的上、下底面上，另外2個位于晶胞內(nèi)。②金紅石（TiO2）型TiO四方晶系，O2+成扭曲的六方緊密堆積，Ti4+位于半數(shù)的八114②金紅石（TiO2）型TiO1/21/21/21/21/21/21/21/21/21/21/21/2空間群：P42/mnm，a=0.4594nm,c=0.2959nm，Z=2。Ti4+:CN=6；O2-:CN=3；結構的穩(wěn)定范圍：r+/r-=0.732－0.414②金紅石（TiO2）型TiO1/21/21/21/21/21115②金紅石（TiO2）型YX[TiO6]八面體共棱連接成平行C軸的鏈，鏈間共角頂連接。②金紅石（TiO2）型YX[TiO6]八面體共棱連接成平行C116③α-石英（SiO2）型結構三方晶系，空間群：P312或P322；Z=3。[SiO4]四面體以角頂相聯(lián)，形成圍繞3次螺旋軸(31和32)的螺旋狀鏈。Si：CN=4，O：CN=2。［SiO4]四面體圍繞c軸的螺旋狀鏈③α-石英（SiO2）型結構［SiO4]四面體圍繞c軸的117鏈連接形成的格架鏈連接形成的格架118α-石英平行（0001）的結構α-石英平行（0001）的結構119β-石英平行（0001）的結構空間群P642，ao=0.501nm，co=0.547nm。β-石英平行（0001）的結構120α-石英晶體沿一個二次軸受壓后正負電荷重心分離，產(chǎn)生表面電荷α-石英晶體沿一個二次軸受壓后正負電荷121④黃鐵礦（FeS2）型結構等軸晶系，空間群Pa3，a=0.547nm。Fe2+和S22-的配位數(shù)均為6。黃鐵礦(FeS2)

的結構模型④黃鐵礦（FeS2）型結構黃鐵礦(FeS2)的結構模型122黃鐵礦可以看成是由氯化鈉晶體結構演變而來，即Fe2+取代Na1+，S22-取代Cl-.啞鈴狀對硫S22-的軸向與1/8晶胞的小立方體對角線的方向相同，但是彼此不相切割。

黃鐵礦可以看成是由氯化鈉晶體結構演變123Fe-S=0.225nm,S-S=0.217nm。[FeS6]八面體共面連接，且共面的棱比非共面的棱要長，說明Fe-S鍵以共價鍵為主。Fe-S=0.225nm,S-S=0.217nm。124⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O3（剛玉）型三方晶系。結構中氧離子作近似六方最緊密堆積，鋁離子占據(jù)2/3的八面體空隙。[AlO6]八面體在平行(0001)方向上共棱成層，沿Z軸方向共面相連。⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O3（剛玉）型三方晶系。結125三方晶系，空間群R3c，a=0.477nm，c=1.304nm，Al3+：CN=6；O2-：CN=4；Z=6⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O3（剛玉）型三方晶系，空間群R3c，⑶A2X3型晶體結構--α-Al2O126在平行C軸方向上，每隔兩個實心的充填Al的八面體就有一個空心的八面體，實心[AlO6]八面體以共面相連。此時，兩個較為靠近的鋁離子之間產(chǎn)生了斥力，使鋁離子并不處于八面體中心，而是稍有偏離，[AlO6]八面體稍有變形常見的是具有剛玉型晶格的晶體有α-Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、Co2O3等。

晶體結構課件127ABX3型AB2X4型10.2.2多元化合物晶體結構10.2.2多元化合物晶體結構128三方晶系。NaCl型結構沿立方體對角線壓縮后，Ca2+代替Na+，CO32-代替Cl-，即為方解石型結構。碳與三個氧之間以共價鍵結合，Ca2+與CO32-之間為離子鍵。⑴ABX3型--方解石(CaCO3)型空間群R3c，a=0.6361nm，α=46°07′，Z=2。三方晶系。NaCl型結構沿立方體對角線壓縮后，Ca2+代替N129高溫下為等軸晶系，空間群Pm3m。⑴ABX3型--（CaTiO3）型Ca2+Ti4+O2-a=0.385nm，Z=1。配位數(shù)：Ti4+：CN=6；Ca：CN=12；O2-：CN=6(4個Ca,2個Ti)高溫下為等軸晶系，空間群Pm3m。⑴ABX3型--（CaT130Pm3mI4/mcmPbnmCa2+Ti4+O2-鈣鈦礦的同質(zhì)多像轉變>1580K為等軸晶系，空間群Pm3m

。1500K時，Ti沿C軸上下移動，偏離晶胞中心，空間群變?yōu)镮4/mcm。室溫下，Ti沿偏離C軸移動，空間群變?yōu)镻bnm。Pm3mI4/mcmPbnmCa2+Ti4+O2-鈣鈦礦的同131結構扭曲往往導致晶體出現(xiàn)壓電性、鐵電性，成為重要的技術晶體。結構扭曲往往導致晶體出現(xiàn)壓電性、鐵電性，成為重要的技術晶體。132CaTiO3型結構的鐵電效應[TiO6]八面體共角頂連接CaTiO3型結構的鐵電效應[TiO6]八面體共角頂連接133鈣鈦礦結構可看成是較大的Ca2+和O2-作立方最緊密堆積，Ti4+充填在由六個氧形成的八面體空隙中。Ca2+和O2-作畢竟不是等大球，因此，CaTiO3的晶體結構較同種原子構成的緊密堆積結構對稱程度低，空間群由Fm3m降低為Pm3m。鈣鈦礦結構可看成是較大的Ca2+和O2-作立方最緊密堆積，T134鈣鈦礦晶胞的兩種劃分方式：O2-位于立方晶胞晶棱的中點，Ca2+位于立方晶胞的中心，配位數(shù)為12；Ti4+位于晶胞的角頂，配位數(shù)為6；O周圍有4個Ca,2個Ti。[TiO6]八面體共角頂連接。Ca2+位于立方晶胞的角頂，O2-位于立方晶胞晶棱的面心，Ti4+位于晶胞的中心，。鈣鈦礦晶胞的兩種劃分方式：135溫度1580K為等軸晶系，空間群Pm3m。溫度1500K℃時，Ti沿C軸上下移動，偏離晶胞中心，立方型變?yōu)樗姆叫?，空間群變?yōu)镮4/mcm。溫度1380K時，四方型又轉變?yōu)樾狈叫?，空間群Bmmb。室溫下鈣鈦礦為斜方晶系，空間群Pbnm。T~1500K溫度1580K為等軸晶系，空間群Pm3m。T~15136硅酸鹽的基本結構單位為[SiO4]4-四面體。[SiO4]4-四面體可以孤立存在，也可以共頂連接，構成不同形式的硅氧骨干。10.3硅酸鹽的晶體結構硅酸鹽的基本結構單位為[SiO4]4-四面體。10.3137⑴硅氧四面體類型

根據(jù)硅氧四面體的連接方式，硅酸鹽結構可分為島狀、環(huán)狀、鏈狀、層狀和架狀等。⑴硅氧四面體類型根據(jù)硅氧四面體的連接方式，硅酸鹽結構可138

結構中硅氧四面體彼此分開猶如孤島，硅氧四面體之間靠其它陽離子所連接。①島狀結構

單四面體：[SiO4]4-

有4個活性氧。

雙四面體：[Si2O7]6-

每一個[SiO4]四面體有1個惰性氧；3個活性氧。結構中硅氧四面體彼此分開猶如孤島，硅氧四面體之間靠139②環(huán)狀結構硅氧骨干：[SinO3n]2n-。n為環(huán)節(jié)數(shù)。[SiO4]四面體以共角頂?shù)姆绞竭B接成封閉的環(huán)。根據(jù)[SiO4]四面體的連接方式和環(huán)節(jié)的數(shù)目，可分為三元環(huán)、四元環(huán)、六元環(huán)以及單環(huán)和雙環(huán)等。在[SinO3n]2n-中，每一個[SiO4]四面體有2個惰性氧；2個活性氧。②環(huán)狀結構硅氧骨干：[SinO3n]2n-。n為環(huán)節(jié)數(shù)。140硅氧四面體以角頂連接成沿一個方向無限延伸的鏈，常見有單鏈和雙鏈。單鏈：硅氧骨干為[SinO3n]2n-，n為一個重復單元中硅氧四面體數(shù)。每一個[SiO4]四面體有2個惰性氧；2個活性氧。鏈平行排列，之間靠骨干外陽離子聯(lián)系，并盡可能達到最緊密堆積狀態(tài)。雙鏈：[Si2nO6n-1](4n-2)-，

n為一個重復單元中硅氧四面體數(shù)的1/2；１為一個重復單元中兩個單鏈間的交連數(shù)。③鏈狀結構硅氧四面體以角頂連接成沿一個方向無限延伸的鏈，常見有單鏈和雙141輝石型單鏈：[Si2O6]4-角閃石型雙鏈[Si4O11]6-輝石型單鏈：[Si2O6]4-角閃石型雙鏈[Si4O11]6142硅氧骨干形式：[Si4O10]4-[SiO4]四面體以三個角頂相連，形成二維展布的網(wǎng)層。每一個[SiO4]四面體有三個惰性氧；一個活性氧。活性氧可以指向同一方向，也可以指向不同方向。④層狀結構層狀硅氧骨干[Si4O10]4-硅氧骨干形式：[Si4O10]4-④層狀結構層狀硅氧骨干[143雙層型(TO型)結構單元層[MgO6]、[AlO6]八面體片(Ｏ片)[SiO4]四面體片(T片)

一層四面體片的頂氧與另一層四面體片的底氧相對，則在頂氧的上方有一層與之成緊密堆積的OH-，八面體片由一層四面體片的頂氧加OH-與一層OH-組成。雙層型(TO型)結構單元層[MgO6]、[AlO6]八面體片144三層型(TOT型)結構單元層兩層四面體片以頂氧相對，兩層頂氧及OH-以最緊密堆積的方式錯開疊置，其間的八面體空隙被Mg2+、Al3+、Fe2+、Fe3+等充填。[MgO6]、[AlO6]八面體片(Ｏ片)[SiO4]四面體片(T片)[SiO4]四面體片(T片)三層型(TOT型)結構單元層兩層四面體片以頂氧相對，兩層頂氧145硅氧四面體的四個角頂，均與相鄰的硅氧四面體的角頂相連。在沒有其它陽離子代替硅氧四面體中的Si4+時，Si和O的原子數(shù)之比為1:2，整個結構是電性中和的。這種情況只見于石英。⑤架狀結構硅氧四面體的四個角頂，均與相鄰的硅氧四面體的角頂相連。在沒有146架狀結構硅酸鹽的特點是：在結構中出現(xiàn)了Al3+代Si4+，多余的負電荷要求有陽離子進行中和，形成鋁硅酸鹽。架狀絡陰離子化學式：[AlxSin-xO2n]x-。架狀結構硅酸鹽中最常見的陽離子是K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。