离子晶体结构.ppt

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1、材料科学基础福州大学材料科学与工程学院刘旭俐CollegeofMaterialsScienceandEngineering,FZUFundamentofMaterialScience11.3.3离子晶体结构典型的离子晶体是ⅠA族和ⅦA族的元素之间形成的化合物晶体。以正负离子为结合单元，依靠离子键结合。同时离子晶体中还存在与静电吸引力相平衡的近距排斥力（泡利原理引起的斥力）。2一、离子晶体的结构规则鲍林（Pauling）应用离子键理论，总结出离子晶体的结构规则，称为鲍林（Pauling）规则。3Pauling第一规则——内容：在正离子周围，形成一个负离子配位多面

2、体，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半径之比。说明：(1)晶体结构是以负离子作近似紧密堆积，正离子填入负离子堆积所形成的空隙中。正离子趋向于与尽可能多的负离子为邻(配位数尽可能大)。(2)在结构中正负离子之间是接触的，而负离子之间是不接触的，使得结构中吸引力大于斥力，处于稳定状态。(3)配位数一定时，R+/R-有一下限值（临界离子半径比值）负离子配位多面体规则4如果阴离子作紧密堆积，当阳离子处于八面体空隙，考虑所有离子都正好两两相切的临界情况，6配位的临界半径比：5立方体8配位的临界半径比6离子半径比(R+/R-)、阳离子配位数及

3、负离子配位多面体形状7Pauling第二规则——内容：在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于邻近的各正离子静电键强度的总和。说明：在晶体结构中负离子的电价被正离子电价所平衡，即在晶体结构中正负离子电价的代数和为0。静电键强度为S，等于正离子电荷Z+除以正离子的配位数n，即S=Z+/n。以NaCl为例说明。电价规则8设阴离子电荷数Z-，阴离子配位数，则有9应用:(1)可以检验晶体结构是否是稳定的。晶体结构中负离子的电价是否被正离子电价所饱和，饱和就是稳定的，否则是不稳定的。(2)确定在硅酸盐结构中一个O2-同时连接几个多面体的问题。用镁橄榄石Mg2SiO

4、4说明,Mg2SiO4结构中存在[SiO4]和[MgO6]，SMg=2/6=1/3SSi=4/4=110Pauling第三规则——内容：在配位型的晶体结构中，配位多面体共用棱，特别共用面的存在会降低这个结构的稳定性，对于高电价低配位的正离子，这种效应特别大。说明:(1)在硅酸盐结构中的[SiO4]、[MgO6]、[AlO6]各个之间共顶、共棱、共面连接，那种连结方式稳定的问题。一般来说共顶连接最稳定，共棱、共面连接不大稳定，对于[SiO4]只能共顶连接，而[MgO6]、[AlO6]既可以共顶连接，也可以共棱连接，甚至还可以共面连接。负离子多面体共用顶、棱和面的

5、规则11(2)说明理由晶体结构的稳定性与配位多面体共顶、共棱和共面有关，涉及到两个正离子之间距离长短与稳定性的关系：两个正离子之间距离长，斥力小，结构稳定。两个正离子之间距离短，斥力大，结构不稳定。以四面体和八面体配位为例子：12设R1、R2、R3分别为共顶、共棱、共面时，中心正离子之间距离；f1、f2、f3分别为共顶、共棱、共面时两个正离子之间斥力：四面体：R1：R2：R3=1：0.58：0.33八面体：R1：R2：R3=1：0.71：0.58则f1共棱>共面。13Pauling第四规则——内容：在含有二种以上阳离子的离子晶体中，

6、电价较高而配位数较低的阳离子所形成的配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。不同种类正离子配位多面体间连接规则说明：以镁橄榄石Mg2SiO4为例，氧作六方紧密堆积，Mg2+和Si4+分别填入四面体和八面体空隙中，形成[MgO6]和[SiO4]：RSi-Mg>RSi-Si所以[SiO4]之间不连接，而[SiO4]与[MgO6]共棱连接成岛状结构。14Pauling第五规则——说明：(1)在晶体结构中正离子与负离子之间连接方式越少越好；(2)每种连接方式要满足静电价规则。内容：在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。节约规则15二、典型的

7、离子晶体结构离子晶体按其化学组成分为：二元化合物和多元化合物。二元化合物有AB型、AB2型、A2B3型；多元化合物有ABO3型、AB2O4型。16主要内容：晶体的对称性，晶族晶系，离子紧密堆积原理，离子的配位数，晶体的键型，一个晶胞所占有正负离子的数目，质点所处的空间坐标，空间格子类型以及同型结构的化合物等。171、AB型化合物结构CsCl型结构NaCl型结构立方ZnS结构六方ZnS结构18CsCl晶胞1)CsCl型结构19(1)对称性：点群3L44L36L29PC空间群Pm3m。(2)晶族晶系和晶胞常数：由于高次轴多于一个，有3个L4，属于高级晶族，立方晶系

8、，a=b=c=0.411nm，α=β=