晶体的结构和绘图表达.ppt

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1、第五章晶体的化学结构和绘图表达目录晶体的化学结构晶体中的化学作用力晶体结构表达、绘图和分析元素半径不能绝对测量(不可能确切知道电子的运动状况,即运动速度和位置)如果将电子云的分布空间(体积)视为球形，则球的半径就是原子或离子的半径=理论半径以键长数据为基础，由实验方法得到的原子或离子半径称为原子或离子的有效半径元素的原子半径原子半径对应于不同的化学键，也有范德华半径、共价半径及金属原子半径的区别原子和离子半径的周期性变化同种元素原子半径:共价半径<金属原子半径<范德华半径同种元素离子半径:rcation

2、nion主族元素：同族元素原子和离子半径随周期数增加而增大，同一周期元素原子和离子半径随Z的增加而减小一般阳离子半径都小于阴离子半径。阳离子半径在0.5～1.2Å的范围内，而阴离子半径则在1.2～2.2Å之间规律堆积的产生原子和离子都具有一定的有效半径，因而可以看成是具有一定大小的球体。在金属晶体和离子晶体中，金属键和离子键没有方向性和饱和性。从几何角度看，原子之间或者粒子之间的相互结合，在形式上可以看作是球体间的相互堆积。晶体具有最小内能性，原子和离子相互结合时，相互间的引力和斥力处于平衡状态，这就相当于要

3、求球体间做紧密堆积。简单立方堆积SimpleCubicStructure（SC)只有钋（Po）采用这种堆积模式配位数6，每个晶胞单元中包含1个原子原子堆积因子AtomicPackingFactor（APF）在晶体学里，原子堆积因子（或称APF）是计算一个晶体的体积里原子体积占的比例的函数。在计算前，必须假定原子是坚硬的球体，而且有确定的表面(而不是含糊不清的电子云)。Natoms是一个晶体里原子的数量Vatoms是每个原子的体积Vcrystal是晶体的体积SC原子堆积因子计算体心立方堆积Body-Cent

4、eredCubicStructure（BCC)沿体对角线做紧密堆积立方体8个顶点上的球互不相切，但均与体心位置上的球相切。配位数8，每个晶胞单元中包含2个原子BCC原子堆积因子计算面心立方堆积Face-CenteredCubicStructure（FCC)沿面对角线做紧密堆积配位数12，每个晶胞单元中包含4个原子FCC原子堆积因子计算FCC原子堆积方式详解FCC原子堆积方式详解另一种堆积方式……六方密堆积HexagonalClosePacking（HCP）六方晶胞，沿c轴做紧密堆积配位数12，每个晶胞单元中

5、包含6个原子，原子堆积因子0.74，与FCC相同金刚石型密堆积C和Si等使用的堆积模式非最紧密堆积单位球数球心位置坐标配位数空间利用率堆积矢量8000;½½0;½0½434.01%[111]0½½;¼¼¼;¾¾¼¾¼¾;¼¾¼等大球的密堆积等大球最密堆积(A1,A3)的空隙有多少四面体和八面体空隙呢？单层空隙数是球数的2倍多层每球体周围有8个四面体空隙和6个八面体空隙由于4个球构成一个四面体空隙，6个球构成一个八面体空隙所以n个球作最紧密堆积时，有n个八面体空隙2n个四面体空隙不等大球体的堆积HaliteCl

6、ClClClNa看成是较大的球体成等大球密堆积，较小的球充填空隙！如NaCl，Cl−的半径为1.81Å，Na+的半径1.02Å，可视为Cl−作立方最紧密堆积，Na+充填所有八面体空隙。不等大球体的堆积如果空隙容纳不下较小的球，那么小球就会将包围空隙的阴离子略微撑开一些此时，大球的堆积只能是近似密堆积。如金红石(TiO2),O2−作近似的立方密堆积，Ti4+充填畸变的八面体空隙一些离子结构化合物，常可视为阴离子作密堆积、阳离子充填空隙配位数和配位多面体配位数(coordinationnumber，缩写为CN)：

7、与原子(离子)直接相邻结合的原子数(或异号离子数)配位多面体(coordinationpolyhedron)：与某一阳离子(或原子)成配位关系而相邻结合的各个阴离子(或周围的原子)，它们的中心联线所构成的多面体ClClClClNaNaNaNaNaCl配位数和配位多面体配位数和配位多面体由多种因素决定化学键类型、质点相对大小、堆积的紧密程度…金属键：最紧密堆积，CN=12。如Cu，Au等，A1型密堆积；非最紧密堆积，CN要减低。如a-Fe，CN=8,A2型密堆积共价键：共价键具方向性和饱和性，配位数取决于成键个

8、数，不受球体密堆积规律的支配。如金刚石中碳原子形成四个共价键，CN=4；石墨中碳原子形成三个共价键，CN=3化学键原子(离子、分子)之间的维系力，称为键维系力是化学结合力，则为化学键典型的化学键离子键共价键金属键分子键化学键正负离子之间的静电相互作用力无方向性:离子视为球体、密堆积、对称高无饱和性:不良电导体键强大(~800kJ/mol):高熔点、高硬度一般电负性差>2,较大用静电理论解释离子键io