《硅酸盐晶体结构》word版

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1、第四章硅酸盐晶体结构目的要求：1.了解固体中各类结合键的特性，明确键性与晶体结构的关系及其对固体性质的影响。2.掌握最紧密堆积原理（等径球体）和两种堆积方式（六方、立方）及其晶胞特点。3.掌握晶胞、离子半径、配位数、配位多面体、离子极化等概念。4.能理解当正离子极化力不强，负离子的极化性不大时，负离子多面体的形状主要由正离子半径和负离子半径之比来决定。5.能理解CsCl、NaCl、立方ZnS、CaF2、CaCO3的晶体结构。6.理解鲍林规则的内容，并能分析不复杂的离子化合物晶体结构符合鲍林规则各条规则。7.明确硅酸盐矿物的分类依据及各类结构（岛状、组群状、链状、层状、架状）的特征，清楚几

2、种典型矿物（镁橄榄石、高岭石、蒙脱石、石英）结构特点及对性质的影响。教学重点难点：重点：最紧密堆积原理、晶胞、离子半径、配位数、配位多面体、离子极化、鲍林规则典型离子晶体、硅酸盐晶体的结构难点：典型离子晶体结构、硅酸盐晶体的结构的特点教学内容：4.1晶体结构基础4.1.1固体材料的状态1.晶体：如立方体岩盐，菱面体天然菱镁矿(单晶：晶体慢慢冷却形成)非晶体：玻璃、松香、沥青等（无定形）(玻璃：SiO2原料熔化，急冷形成)有的物质如石英SiO2，可成为晶体亦可成为非晶体性质与结构紧密相关，如何区分晶体与非晶体?2.晶体的性质①各向异性晶体对光、电、磁、热以及抵抗机械和化学作用在各个方向上是

3、不一样的。晶体的各向异性是区别于物质其它状态最本质性质。②固定熔点晶体在熔化时必须吸收一定的熔融热才能转变为液态(同样在凝固时放出同样大小的结晶热)，随时间的延长，温度升高，当晶体开始熔解，温度停止上升，此时所加的热量，用于破坏晶体的格子构造，直到晶体完全熔解，温度才开始继续升高③稳定性晶体能长期保持其固有状态而不转变成其它状态。这是晶体具有最低内能决定的，内能小，晶体内的质点规律排列，这是质点间的引力斥力达到平衡，结果内能最小，质点在平衡位置振动，没有外加能量，晶体格子构造不破坏，就不能自发转变为其它状态，处于最稳定状态，而非晶体就不稳定，如玻璃有自发析晶（失透）倾向。④自限性晶体具有

4、自发地生长为一个封闭的几何多面体倾向，即晶体与周围介质的界面经常是平面，晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的直接反映。⑤对称性晶体的某些性质在一定方向及位置上出现对称性，因为晶体的构造是质点在空间周期性规律排列，是反映在宏观上的必然结果。⑥均匀性一个晶体的各个部分性质都是一样的。因为晶体内质点是周期性重复排列的，其任何一部分在结构上都是相同的，因而由结构决定的一切性质都是相同的。⑦晶面角守恒定律晶体的晶面大小和形状会随外界的条件不同而变化，但同一种晶体的相应晶面（或晶棱）间的夹角却不受外界条件的影响，它们保持恒定不变的值。晶体的宏观性质是其内部微观结构规律性反映。为了更好了解晶体性质，

5、就必须深入地对晶体的微观结构加以研究。4.1.2决定晶体结构的因素一．结合键晶体是具有年格子构造的固体。晶体的质点之间存在着一定的结合力。内部质点有：离子、原子、分子，典型的化学键有：离子键、共价键、金属键、分子键和氢键。晶体类型有：离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体。二．原子半径和离子半径①原子半径对于金属和共价晶体，一般用原子半径表示原子大小。原子半径—同种元素的晶体中最近邻原子核之间距离之半。对于金属晶体来说，原子半径和配位数有关.②离子半径每个离子周围存在着一个一定大小的球形力的作用圈，其它离子不能进入这个作用圈，这种作用圈的半径。一般情况下，离子间的平衡距离r0为两个相接的

6、离子半径之和。说明：这种定义是理想化的，实际晶体中，总存在共价键成分，使离子间距变小，半径发生变化。若离子间有极化现象，离子半径也会发生变化。另外，核外电子云是连续分布的，并无确定的范围。离子半径种类：A.哥德斯特离子半径以配位数为6的NaCl型晶体结构推算出来。B.鲍林离子半径通过量子力学理论计算C.肖纳、泼莱威脱离子半径对哥西密特和鲍林结果进行科学修正得出。离子半径在周期表中的变化规律1） 同一周期，正离子半径随价数增加而减小2） 同一族元素中，离子半径随原子序数增加而增大3） 同一元素形成不同电价正离子时，离子半径随电价增加而减小4） 同一元素既能形成正离子又能形成负离子时，则正离

7、子半径＜原子半径＜负离子半径Na2SO4SZnSr=0.034nmr=0.104nmr=0.174nm在研究晶体结构时，离子半径常被作为衡量键性、键强、配位关系以及离子的极化力（极化率）的重要数据，它不仅决定了离子的相互结合关系，对晶体性质也有很大关系。三.球体最紧密密堆原理既然原子、离子可看成是具有一定半径的球体，那么晶体中原子、离子间的结合就可看成是球体的相互堆积，根据晶体中质点的相互结合，要遵循内能最小的原则，从球体堆积角度来