晶体结构和分子轨道

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1、1 晶体结构和分子轨道晶体结构和分子轨道23一、基本概念（一、基本概念（The Basic ConceptsThe Basic Concepts）：）： 1 1晶体（晶体（CrystalsCrystals） (1) (1) 晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期重复地排列构成的固体物质。律周期重复地排列构成的固体物质。 (2) (2) 晶体有晶体有同质多象性同质多象性由同样的分子（或原子）由同样的分子（或原子）可以以不同的方式堆积成不同的晶体，这种现象可以以不同的方式堆积成不同的晶体，这种现象叫做同质多象性叫做同质多象性 (3) (3) 晶体的几何度

2、量和物理效应常随方向不同而晶体的几何度量和物理效应常随方向不同而表现出量上的差异，这种性质称为表现出量上的差异，这种性质称为各向异性各向异性。 4固体物质按其中原子排列的有序程度不同可分为固体物质按其中原子排列的有序程度不同可分为晶体晶体 (crystal)无定形物质无定形物质(amorphous solid)单晶体单晶体 (monocrystal)多晶体多晶体 (polycrystal) 晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明显晶体具有规则的几何构形，这是晶体最明显 的特征，同一种晶体由于生成条件的不同，的特征，同一种晶体由于生成条件的不同， 外形上可能差别，但晶体的晶面角外形上可能差别，但晶

3、体的晶面角 ( (interfacial anglt) )却不会变却不会变. . 晶体表现各向异性，例如云母的解理性晶体表现各向异性，例如云母的解理性 晶体都有固定的熔点，玻璃在加热时却是先晶体都有固定的熔点，玻璃在加热时却是先 软化，后粘度逐渐小，最后变成液体软化，后粘度逐渐小，最后变成液体. .晶体的宏观特征晶体的宏观特征m.p.tT石英石英硫硫黄铁矿黄铁矿干冰干冰金刚石和石墨金刚石和石墨52 2晶格（晶格（Crystal latticesCrystal lattices） 布拉维布拉维(A.Bravais)(A.Bravais)提出提出: :将晶体中按周期重复的将晶体中按周期重复的那一部

4、分微粒抽象成几何质点，并称为那一部分微粒抽象成几何质点，并称为结点结点 结点的总和称为结点的总和称为空间点阵空间点阵 以确定位置的点在空间作有规则的排列所具有以确定位置的点在空间作有规则的排列所具有一定的几何形状，称为一定的几何形状，称为晶体格子晶体格子，简称为，简称为晶格晶格 673 3晶胞（晶胞（Unit cellsUnit cells） (1) (1) 在晶格中，含有晶体结构，具有代表性的最在晶格中，含有晶体结构，具有代表性的最小单元，称为单元晶胞，简称小单元，称为单元晶胞，简称晶胞晶胞。 (2)(2)能代表晶体的化学组成和晶体的对称性，经过能代表晶体的化学组成和晶体的对称性，经过平移可

5、以复原。平移可以复原。8a，b，c 三条边长三条边长a ， 三个面的夹角。三个面的夹角。晶胞参数晶胞参数晶胞要素晶胞要素晶胞的大小、型式晶胞的大小、型式晶胞参数晶胞参数晶胞的内容晶胞的内容组成晶胞的原子、分组成晶胞的原子、分子及它们在晶胞中的位置。子及它们在晶胞中的位置。9 (3) (3) 晶胞参数晶胞参数 晶胞的大小和形状由晶胞的大小和形状由6 6个参数决定。个参数决定。它是六面体的它是六面体的3 3个边长，个边长，a a、b b、c c和和cbcb、caca、abab所所成的成的3 3个夹角个夹角、。这六个参数总称晶胞。这六个参数总称晶胞参数（也称点阵参数）。参数（也称点阵参数）。 晶系晶

6、系特征特征晶胞参数晶胞参数晶体实例晶体实例立方立方a a=b b = =c c, ,= = =90=90 a aCu , NaClCu , NaCl四方四方a a=b bc c, ,=90=90 a a、c cSn , SnOSn , SnO2 2正交正交a ab bc c, ,=90=90 a a、b b、c cI I2 2 , HgCl , HgCl2 2三方三方a a=b b = =c c, ,=9090 a a、Bi , AlBi , Al2 2OO3 3六方六方a a=b bc c, ,=90=90 , ,=120=120 a a、c cMg , AgIMg , AgI单斜单斜a a

7、b bc c, ,=90=90 , ,9090 a a、b b、c c、S , KClOS , KClO3 3三斜三斜a ab bc c, ,9090 a a、b b、c c、CuSOCuSO4 45H5H2 2OO10根据结点在单位平行六面体上的分布情况，也就根据结点在单位平行六面体上的分布情况，也就是点阵的分布形式是点阵的分布形式 （1 1）简单格子简单格子。仅在单位平行六面体的。仅在单位平行六面体的8 8个顶个顶角上有结点。用角上有结点。用P P表示表示 （2 2）底心格子底心格子。除。除8 8个顶角上有结点外，平行个顶角上有结点外，平行六面体上、下两个平行面的中心各有一个结点。六面体上

8、、下两个平行面的中心各有一个结点。用用A A或或 B B或或C C格子表示格子表示 （3 3）体心格子体心格子。除。除8 8个顶角上有结点外，平行个顶角上有结点外，平行六面体的体心还有一个结点。用六面体的体心还有一个结点。用I I表示表示 （4 4）面心格子面心格子。除。除8 8个顶角有结点外，平行六个顶角有结点外，平行六面体的面体的6 6个面的面心上都有一个结点。用个面的面心上都有一个结点。用F F表示表示 111414种空间点阵的形式种空间点阵的形式( (布拉维点阵布拉维点阵) ) 12 (4) (4) 分数坐标分数坐标 晶胞中任一个原子的中心位置均可用称之为原子晶胞中任一个原子的中心位置

9、均可用称之为原子分数坐标的三个分别小于分数坐标的三个分别小于1 1的数（的数（x x，y y，z z）来予）来予以规定。以规定。x,y,zx,y,z其实就是占晶胞三个边长的比例。其实就是占晶胞三个边长的比例。 简单立方简单立方 立方体心立方体心 立方面心立方面心 (0, 0, 0) (0, 0, 0) (0, 0, 0) (0, 0, 0) (0, 0, 0) (0, 0, 0) (1/2,1/2,1/2) (1/2,1/2,1/2) (1/2, 0, 1/2) (1/2, 0, 1/2) (0, 1/2, 1/2) (0, 1/2, 1/2) (1/2, 1/2, 0) (1/2, 1/2,

10、 0) 等价点只需要一个坐标来表示即可等价点只需要一个坐标来表示即可 (1, 0, 0) (1, 0, 0) 13 (5) (5) 晶面指数晶面指数 晶面在三维空间坐标上的截距的倒数（晶面在三维空间坐标上的截距的倒数（h h、k k、l l）来表示晶体中的晶面，称为晶面指数）来表示晶体中的晶面，称为晶面指数 倒数如果是分数倒数如果是分数, ,化为互质的整数比化为互质的整数比 晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一组相互平行的晶面。表着一组相互平行的晶面。 (100) (110) (111) (100) (110) (111) 144 4晶体的分类晶体

11、的分类： 根据晶格结点上根据晶格结点上粒子种类粒子种类及及粒子间结合力粒子间结合力不同，不同，晶体分成：金属晶体晶体分成：金属晶体 离子晶体离子晶体 原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 混合晶体混合晶体 15二、金属晶体（二、金属晶体（Metallic CrystalsMetallic Crystals） 金属晶体金属晶体: : 晶格结点上排列的粒子是金属原子，晶格结点上排列的粒子是金属原子，其通过其通过金属键金属键连在一起。连在一起。配位数配位数=晶体内某一粒子周围最接近的粒子数目晶体内某一粒子周围最接近的粒子数目空间利用率空间利用率 晶胞中球所占的体积晶胞中球所占的体积 / / 晶胞的体积