认识晶体(完整版)教材

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1、第一节第一节认识晶体一、晶体的特性一、晶体的特性1.晶体与非晶体晶体与非晶体 (1)晶体：内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。 非晶体：内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态。2.晶体的特性晶体的特性 （1）具有规则的几何外形。（2）自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。 （3）各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。 （4）对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。 （5）有固定的熔点而非晶态没有。3.晶体的种类根据内部微粒的种类和微粒间的相互根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同，将晶体分为离子晶体、金

2、作用不同，将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体。属晶体、原子晶体和分子晶体。二、晶体结构的堆积模型二、晶体结构的堆积模型 组成晶体的原子、离子或分子在没有其他因素（如氢键）影响时，在空间的排列大都服从紧密堆积原理，这是因为分别借助于没有方向性的金属键、离子键和分子间相互作用形成的金属晶体、离子晶体和分子晶体的结构中，都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。 在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围 6 个球相切，在中心的周围形成个球相切，在中心的周围形成 6 个凹位，

3、将其算为第个凹位，将其算为第一层。一层。1.等径圆球的密堆积等径圆球的密堆积 由于金属键没有方向性，每个金属原子中的由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。等径圆球的密堆积方式有成的。等径圆球的密堆积方式有A3型最密堆积，型最密堆积，A1型最密堆积。型最密堆积。123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样

4、的位，其情形是一样的 )123456AB， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是下图是A3型六方型六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 于是每两层形成一个周期，于是每两层形成一个周期，即即 AB AB 堆积方式，形成六堆积方式，形成六方紧密堆积方紧密堆积-A3型型。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 ) 第三层的第三层的另一种另一种排列排列方式，方式，是将球对准第一层是将球对准第一

5、层的的 2，4，6 位，不同于位，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。123456123456123456123456面心立方紧密堆积的前视图面心立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 ABC ABC 三层一个周三层一个周期。期。 得到面心立方堆积得到面心立方堆积A1型型。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) BCA ABC ABC 形式的堆积，形式的堆积，为什么是面心立方堆积？为什么是面心立方堆积？ 我们来加以说明。我们来加以说明。 这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为这两种堆积都是最紧密堆积

6、，空间利用率为 74.05%。 金属钾金属钾 K 的的立方体心堆积立方体心堆积 还有一种空间利用率稍低的堆积方式还有一种空间利用率稍低的堆积方式A2型型-立方体心堆积立方体心堆积：立方体：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。 配位数配位数 8 ，空间利用率为，空间利用率为 68.02% 。六方紧密堆积六方紧密堆积 面心立方紧密堆积面心立方紧密堆积立方体心堆积立方体心堆积 金属的金属的堆积方式堆积方式蜂巢与蜂室蜂巢与蜂室铜晶体铜晶体铜晶胞铜晶胞晶体结构的基本单元晶体结构的基本单元晶胞晶胞三、晶体结构的基本单元-晶胞1.晶胞晶胞

7、 (1)晶胞：从晶体中“截取”出来具有代表性的最小部分, 是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。代表晶体的化学组成。(2)晶胞一定是一个平行六面体。2.非等径圆球的密堆积 由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等径圆球的密堆积。小球再填充在大球所形成的空隙中。 配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目。 如NaCl配位数为6，即每个Na+离子周围直接连有6个CI-，反之亦然。 常见三种密堆积的晶胞六方晶胞六方晶胞-A3型型可看成由可看成由3个晶胞构成个晶胞构成面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型型体心立方晶胞体心立方晶胞-A2型型平行六

8、平行六面体面体无隙并置无隙并置顶点顶点：棱边棱边：面心面心：体心体心：体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/81/8棱边：棱边：1/43.晶胞中微粒数的计算 (1)六方晶胞：在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点顶点 -1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-1（2）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为：81/8 + 61/

9、2 = 4 (3)体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：81/8 + 1 = 2BCA面心立方堆积面心立方堆积体心立方晶胞体心立方晶胞-A-A2 2型型体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/81/8棱边：棱边：1/4NaCl晶胞晶胞CsCl晶胞晶胞计算：计算：NaCl晶胞、晶胞、CsCl晶胞中含有晶胞中含有的阴、阳离子数目分别是多少？的阴、阳离子数目分别是多少？钠离子：钠离子：1121/4 4 氯离子：氯离子：8 1/861/2 4 铯离子：铯离子：1氯离子：氯离子：8 1/8 1AB练习练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下根据离

10、子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）化学式：化学式： AB练习练习2：根据离子晶体的晶胞结构，判断下根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）AB化学式：化学式：A2BAB化学式：化学式：练习练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）ABB化学式：化学式：A练习练习4：根据离子晶体的晶胞结构，判断下根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（列离子晶体的化学式：（A表示阳离子）

11、表示阳离子）CABC3例题分析： 如图所示的晶体结构是一种具有优良的压如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、铁电、光电等功能的晶体材料的晶胞。电、铁电、光电等功能的晶体材料的晶胞。晶体内与每个晶体内与每个“T T”紧邻的氧原子数和这紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是（各元素所带种晶体材料的化学式分别是（各元素所带的电荷均已略去）的电荷均已略去）o o原子原子TiTi原子原子BaBa原子原子练习练习5 5：下：下图为高温超导领域的一种化合物钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。1）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有 个2）该晶体结构单元中，氧、

12、钛、钙离子的个数比是 。6O：121/43Ti: 8 1/81Ca：1 现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图2-8所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为_；乙晶体的化学式为_；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。1:1XY2ZEFC2D3.常见晶胞中微粒数的计算 (1)六方晶胞：在六方体顶点的微粒为六方晶胞：在六方体顶点的微粒为6个晶个晶胞共有，在面心的为胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。粒全属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡

13、献： 顶顶 -1/8 -1/8 棱棱-1/4 -1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-1（2）面心立方：在立方体顶点的微粒为）面心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。个晶胞共有。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 61/2 = 4(3)体心立方：在立方体顶点的微粒体心立方：在立方体顶点的微粒为为8个晶胞共享，处于体心的金属原个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。子全部属于该晶胞。 微粒数为：微粒数为：81/8 + 1 = 220012001年报道的硼和镁形成的化合物刷新了年报道的硼和镁形成的化合物刷新了金属化合物超导温度的最高记录。如图所金属化合物超导温度的最高记录。如图所示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子示的是该化合物的晶体结构单元：镁原子间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各间形成正六棱柱，且棱柱的上下底面还各有有1 1个镁原子，个镁原子，6 6个硼原子位于棱柱内。则个硼原子位于棱柱内。则该化合物的化学式可表示为该化合物的化学式可表示为A. MgB B. MgB2 C. Mg2B D. Mg3B2