无机化合物结构.ppt

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1、1.4无机化合物结构特定的晶体结构对晶体性能的影响材料组成-结构-性能之间的相互关系本节介绍以下内容：一、AX型结构，二、AX2型结构，三、A2X3型结构，四、ABO3型结构，五、AB2O4型（尖晶石，spinelle）结构一、AX型结构AX型结构主要有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等类型的结构，其键性主要是离子键，其中CsCl，NaCl是典型的离子晶体，NaCl晶体是一种透红外材料；ZnS带有一定的共价键成分，是一种半导体材料；NiAs晶体的性质接近于金属。大多数AX型化合物的结构类型符合正负离子半径比与配位数的定量关系。只有少数化合物在r+/r-

2、0.732或r+/r-0.414时仍属于NaCl型结构。如KF，LiF，LiBr，SrO，BaO等。表1-2-1AX型化合物的结构类型与r+/r-的关系1.NaCl型结构NaCl属于立方晶系（见图1-2-1），晶胞参数的关系是a=b=c，===90o，点群m3m，空间群Fm3m。结构中Cl－离子作面心立方最紧密堆积，Na+填充八面体空隙的100%；两种离子的配位数均为6；配位多面体为钠氯八面体[NaCl6]或氯钠八面体[ClNa6](阳离子配位数由离子半径比决定，阴离子配位数mCNA=nCNXAmXn)；八面体之间共棱连接（共用两个顶点）；一个晶

3、胞中含有4个NaCl“分子”，整个晶胞由Na＋离子和Cl－离子各一套面心立方格子沿晶胞边棱方向位移1/2晶胞长度穿插而成。图1-2-1NaCl晶胞图对于晶体的结构描述方法有3种：一个是坐标方法；二是按球体的密堆积方法描述（Cl-做立方密堆积，Na+处于全部的八面体孔隙当中）；三是配位多面体连接方式（比较复杂的晶体使用此法：Na-Cl八面体采用共棱连接。）NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显解理（晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理），破碎后其颗粒呈现多面体形状。常见的NaCl型晶体是碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物，化学式可写为MO

4、，其中M2+为二价金属离子。结构中M2+离子和O2-离子分别占据NaCl中Na+和Cl-离子的位置。这些氧化物有很高的熔点，尤其是MgO（矿物名称方镁石），其熔点高达2800℃左右，是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。方解石结构水泥中的氧化钙与氧化镁的水解晶体结构中存在[CO3]基团，为平面三角状，Ca2+与[CO3]2-的分布规律与NaCl结构中Na+和Cl-是一样的，只是将平面三角状的[CO3]2-取代Cl-，Ca2+取代Na+。所以，我们也称方解石的结构为NaCl结构的衍生结构2.CsCl型结构CsCl属于立方晶系，点群m3m，空间群Pm3m，如图1-2

5、-2所示。结构中正负离子作简单立方堆积，配位数均为8，晶胞分子数为1，键性为离子键。CsCl晶体结构也可以看作正负离子各一套简单立方格子沿晶胞的体对角线位移1/2体对角线长度穿插而成。图1-2-2CsCl晶胞图CsCl3.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构闪锌矿属于立方晶系，点群3m，空间群F3m，其结构与金刚石结构相似，如图1-2-3所示。结构中S2-离子作面心立方堆积，Zn2+离子交错地填充于8个小立方体的体心，即占据四面体空隙的1/2，正负离子的配位数均为4。一个晶胞中有4个ZnS“分子”。整个结构由Zn2+和S2-离子各一套面心立方格

6、子沿体对角线方向位移1/4体对角线长度穿插而成。由于Zn2+离子具有18电子构型，S2-离子又易于变形，因此，Zn-S键带有相当程度的共价键性质。常见闪锌矿型结构有Be，Cd，Hg等的硫化物，硒化物和碲化物以及CuCl及-SiC等。（a）晶胞结构（c）[ZnS4]分布及连接（b）（001）面上的投影图1-2-3闪锌矿结构（a）晶胞结构（c）[ZnS4]分布及连接（b）（001）面上的投影4.六方ZnS（纤锌矿，wurtzite）型结构及热释电性（1）结构解析纤锌矿属于六方晶系，点群6mm，空间群P63mc，晶胞结构如图1-2-4所示。结构中S2-作六方最

7、紧密堆积，Zn2+占据四面体空隙的1/2，Zn2+和S2-离子的配位数均为4。六方柱晶胞中ZnS的“分子数”为6，平行六面体晶胞中，晶胞分子数为2。结构由Zn2+和S2-离子各一套六方格子穿插而成。常见纤锌矿结构的晶体有BeO、ZnO、CdS、GaAs等晶体。图1-2-4纤锌矿结构六方柱晶胞（2）纤锌矿结构与热释电性及声电效应某些纤锌矿型结构，由于其结构中无对称中心存在，使得晶体具有热释电性，可产生声电效应。热释电性是指某些象六方ZnS的晶体，由于加热使整个晶体温度变化，结果在与该晶体c轴平行方向的一端出现正电荷，在相反的一端出现负电荷的性质。晶体的热释电

8、性与晶体内部的自发极化有关。实际上，这种晶体在常温常压下就存在自发