高中化學(xué)競賽輔導(dǎo)晶體結(jié)構(gòu)

高中化學(xué)競賽輔導(dǎo)晶體結(jié)構(gòu)第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月§6.1

晶體結(jié)構(gòu)和類型六晶體結(jié)構(gòu)§6.4

典型例題§6.3

離子晶體§6.2

金屬晶體第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.1晶體結(jié)構(gòu)的特征與晶格理論§6.1

晶體結(jié)構(gòu)和類型6.1.3晶體類型6.1.2球的密堆積第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月

晶胞：晶體的基本重復(fù)單元，通過晶胞在空間平移無隙地堆砌而成晶體。

由晶胞參數(shù)a，b，c，α，β，γ表示，a，b，c為六面體邊長，α，β，γ分別是bc，

ca,ab所組成的夾角。6.1.1晶體結(jié)構(gòu)的特征與晶格理論晶胞的兩個(gè)要素：1.晶胞的大小與形狀：ABCDEFGH第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月2.原子坐標(biāo)ABCDEFGHABCDEFGH（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）（0，0，0）體心（1/2，1/2，1/2）下面心（1/2，1/2，0）（1/2，0，1/2）右面心第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月3.晶胞的內(nèi)容：粒子的種類，數(shù)目及它在晶胞中的相對(duì)位置（原子坐標(biāo)）。按晶胞參數(shù)的差異將晶體分成七種晶系。

按帶心型式分類，將七大晶系分為14種型式。例如，立方晶系分為簡單立方、體心立方和面心立方三種型式。第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月七大晶系14類空間點(diǎn)陣第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.2

晶體結(jié)構(gòu)的密堆積原理所謂密堆積結(jié)構(gòu)是指在由無方向性的金屬鍵力、離子鍵力及范德華力等結(jié)合力的晶體中,原子、離子或分子等微?？偸莾A向于采取相互配位數(shù)高、能充分利用空間的堆積密度大的那些結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)由于充分利用了空間,從而使體系的勢(shì)能盡可能降低,使體系穩(wěn)定。這就是密堆積原理。第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月1.面心立方最密堆積(A1)和六方最密堆積(A3)同一層上等徑圓球的最密堆積只有一種形式

兩層等徑圓球的最密堆積也只有一種形式,如右圖:第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A1型最密堆積A3型最密堆積

三層等徑圓球的最密堆積有兩種形式,如下圖:第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A1和A3堆積的異同

A1是ABCABCABC······型式的堆積，從這種堆積中可以抽出一個(gè)立方面心點(diǎn)陣，因此這種堆積型式的最小單位是一個(gè)立方面心晶胞。

A3是ABABABAB······型式的堆積，這種堆積型式的最小單位是一個(gè)六方晶胞。第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A1最密堆積形成晶胞的兩要素

A1堆積晶胞是立方面心,因此晶胞的大小可以用等徑圓球的半徑r表示出來,即晶胞的邊長a與r的關(guān)系為:該晶胞中有4個(gè)圓球,各個(gè)圓球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為:第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月空間利用率的計(jì)算:

A1堆積用圓球半徑r表示的晶胞體積為:第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A1堆積中,每個(gè)晶胞正圓球的個(gè)數(shù)、四面體空隙、正八面體空隙分別為:4,8,4,即它們的比是1:2:1。四面體空隙八面體空隙金屬半徑與晶胞參數(shù)的關(guān)系正四面體空隙、正八面體空隙及多少第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A3最密堆積形成晶胞的兩要素

A3堆積晶胞是六方晶胞,因此晶胞的大小可以用等徑圓球的半徑r表示出來,即晶胞的邊長a,c與r的關(guān)系為:該晶胞中有2個(gè)圓球,各個(gè)圓球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為:A3堆積的一個(gè)六方晶胞第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月空間利用率的計(jì)算:

A3堆積用圓球半徑r表示的晶胞體積為:第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A3堆積中,每個(gè)晶胞圓球的個(gè)數(shù)、正四面體空隙、正八面體空隙分別為:2,4,2,即它們的比也是1:2:1。四面體空隙八面體空隙金屬半徑與晶胞參數(shù)的關(guān)系正四面體空隙、正八面體空隙及多少第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月2.A2堆積形成晶胞的兩要素

A2堆積晶胞是立方體心,因此晶胞的大小可以用等徑圓球的半徑r表示出來,即晶胞的邊長a與r的關(guān)系為:該晶胞中有2個(gè)圓球,各個(gè)圓球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為:第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A2堆積的空間利用率的計(jì)算:

A2堆積用圓球半徑r表示的晶胞體積為:第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月3.A4堆積形成晶胞的兩要素

A4堆積晶胞是立方面心點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),因此晶胞的大小可以用等徑圓球的半徑r表示出來,即晶胞的邊長a與r的關(guān)系為:該晶胞中有8個(gè)圓球,各個(gè)圓球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為:第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月A4堆積的空間利用率的計(jì)算:

A4堆積用圓球半徑r表示的晶胞體積為:第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月4.常見金屬的堆積型式：堿金屬元素一般都是A2型堆積；堿土金屬元素中Be，Mg屬于A3型堆積；Ca既有A1也A3型堆積；Ba屬于A2型堆積；

Cu，Ag，Au屬于A1型堆積；

Zn，Cd屬于A3型堆積；

Ge，Sn屬于A4型堆積。第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體的分類6.1.3晶體類型第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1金屬晶體的結(jié)構(gòu)§6.2

金屬晶體第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月

金屬晶體是金屬原子或離子彼此靠金屬鍵結(jié)合而成的。金屬鍵沒有方向性，金屬晶體內(nèi)原子以配位數(shù)高為特征。金屬晶體的結(jié)構(gòu)：等徑球的密堆積。6.2.1金屬晶體的結(jié)構(gòu)第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬晶體中粒子的排列方式常見的有三種：六方密堆積(HexgonalclosePacking)；面心立方密堆積(Face-centredCubicclodePacking)；體心立方堆積(Body-centredCubicPacking)。第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3離子晶體的特征結(jié)構(gòu)§6.3

離子晶體第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)離子晶體：密堆積空隙的填充。陰離子：大球，密堆積，形成空隙。陽離子：小球，填充空隙。規(guī)則：陰陽離子相互接觸穩(wěn)定；配位數(shù)大，穩(wěn)定。6.3.1離子晶體的特征結(jié)構(gòu)第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)幾種典型的離子晶體

離子晶體的結(jié)構(gòu)多種多樣,而且有的很復(fù)雜。但復(fù)雜離子晶體一般都是幾種典型簡單結(jié)構(gòu)形式的變形,因此需要了解幾種離子晶體的幾種典型結(jié)構(gòu),這包括CsCl、NaCl、立方ZnS、CaF2、TiO2等。第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)離子晶體結(jié)構(gòu)模型

在離子晶體中，由于各種正、負(fù)離子的大小不同，離子半徑比不同，其配位數(shù)不同，晶體中正、負(fù)離子的空間排布也不同，因此得到不同類型的離子晶體。主要介紹五種常見的離子晶型，均屬立方晶系。

1．CsCl型，簡單立方晶格，配位數(shù)8:8，r+=1692．NaCl型，立方面心晶格，配位數(shù)6:6，r+=95pm，r-=181pm3．ZnS型，立方面心晶格，配位數(shù)4:4。4．CaF2型，立方面心晶格，配位數(shù)8:4。5．TiO2型，配位數(shù)6:3。6．配位數(shù)不同，晶型不同，主要取決于正、負(fù)離子半徑比r+/r-之值。決定于陰離子數(shù)目，電中性要求決定陽離子數(shù)目。

半徑比規(guī)則只適用于離子型晶體。

第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)離子半徑

離子半徑是指離子在離子晶體中的“接觸”半徑,即離子鍵的鍵長是相鄰正負(fù)離子的半徑之和。

正、負(fù)離子半徑的相對(duì)大小直接影響著離子的堆積方式和離子晶體結(jié)構(gòu)型式。一般的離子晶體是負(fù)離子按一定方式堆積起來,較小的正離子嵌入到負(fù)離子之間的空隙中去,這樣一個(gè)正離子周圍的負(fù)離子數(shù)(即正離子的配位數(shù))將受正、負(fù)離子半徑r+/r－比的限制。第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月例如:若三個(gè)負(fù)離子堆積成一個(gè)正三角形,在空隙中嵌入一個(gè)正離子,恰好與三個(gè)負(fù)離子相切時(shí),正、負(fù)離子的半徑比最小值為:第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月離子半徑比與配位數(shù)的關(guān)系:

r＋/r－配位數(shù)配位多面體的構(gòu)型

0.155～0.2253三角形

0.225～0.4144四面體

0.414～0.7326八面體(NaCl型)0.732～1.0008立方體(CsCl型)1.00012最密堆積半徑比規(guī)則第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月正離子所占空隙分?jǐn)?shù)1結(jié)構(gòu)型式化學(xué)組成比n+/n-負(fù)離子堆積方式正負(fù)離子配位數(shù)比CN+/CN-正離子所占空隙種類CsCl型1:1簡單立方堆積8:8立方體CsCl型晶體結(jié)構(gòu)的兩種描述第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月NaCl型晶體結(jié)構(gòu)第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)型式化學(xué)組成比n+/n-負(fù)離子堆積方式正負(fù)離子配位數(shù)比CN+/CN-正離子所占空隙種類正離子所占空隙分?jǐn)?shù)立方ZnS型1:1立方最密堆積4:4正四面體1/2離子堆積描述

立方ZnS型晶體結(jié)構(gòu)的兩種描述第36頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)型式化學(xué)組成比n+/n-負(fù)離子堆積方式正負(fù)離子配位數(shù)比CN+/CN-正離子所占空隙種類正離子所占空隙分?jǐn)?shù)CaF2型1:2簡單立方堆積8:4立方體1/2CaF2離子堆積描述產(chǎn)地:甘肅省肅北縣第37頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月金

紅

石

型

晶

體

結(jié)

構(gòu)

第38頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月1.經(jīng)X射線分析鑒定,某一離子晶體屬于立方晶系,其晶胞參數(shù)a=403.1pm。晶胞頂點(diǎn)為Ti4+占據(jù),體心為Ba2+占據(jù),所有棱心為O2-占據(jù)。據(jù)此回答或計(jì)算:(a)寫出各個(gè)離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo);(b)寫出該晶體的化學(xué)式;(c)指出該晶體的點(diǎn)陣型式

(d)指出Ti4+,Ba2+及O2-的配位情況;2.NiO晶體為NaCl型結(jié)構(gòu),將它在氧氣中加熱,部分Ni2+將氧化為Ni3+,成為NixO(x<1)。今有一批NixO,測(cè)得密度為6.47g·cm-3,晶胞參數(shù)為a=416pm,Ni的相對(duì)原子質(zhì)量為58.70。

(a)求出x的值,并寫出標(biāo)明Ni價(jià)態(tài)的化學(xué)式;(b)在NixO晶體中,O2-的堆積方式怎樣?Ni在此堆積中占據(jù)哪種空隙?占有率(即占有分?jǐn)?shù))是多少?(c)求在NixO晶體中,Ni-Ni間的最短距離是多少?§6.4

典型例題第39頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月2.答案:(a)由于NixO晶體屬于NaCl型,其密度為:d=4M/(N0·a3),因此可以求出NixO的摩爾質(zhì)量M,M=70.1g·mol-1。M=58.7·x+16.0=70.1,得到:x=0.92。

設(shè)0.92molNi中有ymolNi2+,根據(jù)電荷平衡有:2y+3(0.92-y)=2,y=0.76,所以該NixO的化學(xué)式為: