晶体结构

第七章晶体结构第一节晶体的点阵结构一、晶体及其特性晶体是原子（离子、分子）或基团（分子片段）在空间按一定规律周期性重复地排列构成的固体物质。

晶体中原子或基团的排列具有三维空间的周期性，这是晶体结构的最基本的特征，它使晶体具有下列共同的性质：(1)自发的形成多面体外形晶体在生长过程中自发的形成晶面，晶面相交成为晶棱，晶棱会聚成顶点，从而出现具有几何多面体外形的特点。

晶体在理想环境中应长成凸多面体。

其晶面数（F）、晶棱数（E）、顶点数（V）相互之间的关系符合公式：F+V=E+2 八面体有8个面，12条棱，6个顶点，并且在晶体形成过程中，各晶面生长的速度是不同的，这对晶体的多面体外形有很大影响：生长速度快的晶面在晶体生长的时候，相对变小，甚至消失，生长速度小的晶面在晶体生长过程中相对增大。

这就是布拉维法则。

(2)均匀性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。

如密度、化学组成等。

(3)各向异性：由于晶体内部三维的结构基元在不同方向上原子、分子的排列与取向不同，故晶体在不同方向的性质各不相同。

如石墨晶体在与它的层状结构中各层相平行方向上的电导率约为与各层相垂直方向上电导率的410倍。

(4)晶体有明显确定的熔点二、晶体的同素异构由于形成环境不同，同一种原子或基团形成的晶体，可能存在不同的晶体结构，这种现象称为晶体的同素异构。

如：金刚石、石墨和C60是碳的同素异形体。

三、晶体的点阵结构理论1、基本概念（1）点阵：伸展的聚乙烯分子具有一维周期性，重复单位为2个C原子，4个H 原子。

如果我们不管其重复单位的内容，将它抽象成几何学上的点，那么这些点在空间的排布就能表示晶体结构中原子的排布规律。

这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形称为点阵。

构成点阵的点称为点阵点。

点阵点所代表的重复单位的具体内容称为结构基元。

用点阵来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论。

（2）直线点阵：根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱方向周期的重复排列的结构单元，抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列，称直线点阵。

14种晶体结构晶体是由原子、分子或福隔离子按照一定的空间规则排列而成的有序固体。

晶体结构是指晶体中原子、离子或分子排列的规则和顺序。

在固体物质中，晶体结构的种类有很多种，其中比较常见的有以下14种：1. 立方晶体结构：最简单的晶体结构之一，具有三个等长的边和六个等角，包括简单立方、体心立方和面心立方三种类型。

2. 六方晶体结构：其晶胞的基本结构是六方密堆，其中最典型的就是六方晶体和螺旋晶体。

3. 正交晶体结构：晶胞具有三个不相互垂直的晶轴，分别被称为a、b 和c 轴，是最常见的晶体结构之一。

4. 单斜晶体结构：晶胞具有两个不相互垂直的晶轴，是晶体结构中的一种。

5. 三方晶体结构：具有三个相等的轴，夹角为60度，最常见的晶体结构之一是石英。

6. 菱晶体结构：晶胞内部有四面体结构，是一种简单的晶体结构。

7. 钙钛矿晶体结构：一种具有钙钛矿结构的晶体，包括钙钛矿结构和螺旋钙钛矿结构。

8. 蜗牛晶体结构：晶胞的形状像一只蜗牛的壳，是晶体结构中的一种。

9. 立方密排晶体结构：晶胞的结构是立方密排，是晶体结构中的一种。

10. 体心立方晶体结构：晶体结构的晶胞中有一个原子位于晶体的中心，是晶体结构中的一种。

11. 面心立方晶体结构：晶体结构的晶胞的各个面的中心有一个原子，是晶体结构中的一种。

12. 钻石晶体结构：晶体结构的晶胞构成了一种钻石结构，是晶体结构中的一种。

13. 银晶体结构：晶体结构的晶胞构成了一种银结构，是晶体结构中的一种。

14. 锶钛矿晶体结构：晶体结构的晶胞构成了一种锶钛矿结构，是晶体结构中的一种。

晶体结构的种类繁多，每种晶体结构都有其独特的结构特点和性质，对晶体的物理和化学性质有着重要的影响。

研究晶体结构不仅可以帮助我们更好地了解晶体的构成和性质，还有助于我们在材料科学、物理化学等领域的应用和研究。

因此，对晶体结构的研究具有重要的科学意义和应用价值。

第七章 晶体结构第一节 晶体的基本概念一、晶体概述固态物质按其组成粒子(分子、原子或离子等)在空间排列是否长程有序分成晶体（Crystal ）和非晶体（又称为无定形体、玻璃体等）两类。

所谓长程有序，是指组成固态物质的粒子在三维空间按一定方式周期性的重复排列，从而使晶体成为长程有序结构。

长程有序体现了平移对称性等晶体的性质。

与晶体相反，非晶体（Non-crystal ）内部的粒子(分子、原子或离子等)在空间排列不是长程有序的，而是杂乱无章的排列。

例如橡胶、玻璃等都是非晶体。

晶体内部各部分的宏观性质相同，称为晶体性质的均匀性。

非晶体也有均匀性，尽管起因与晶体不同。

晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X 光衍射效应、晶体的缺陷等。

对于长程有序的晶体结构来说，若了解了其周期性重复单位的结构及排列方式，就了解了整个晶体的结构。

可见，周期性重复单位对认识晶体结构非常重要。

在长程有序的晶体结构中，周期性重复的单位（一般是平行六面体）有多种不同的选取方法。

按照对称性高、体积尽量小的原则选择的周期性重复单位（平面上的重复单位是平行四边形，空间中的重复单位是平行六面体），就是正当晶胞，一般称为晶胞（Crystal cell ）。

二、晶胞及以晶胞为基础的计算1. 晶胞的两个要素晶胞是代表晶体结构的最小单元，它有两个要素：一是晶胞的大小、型式，晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是指素晶胞或复晶胞。

二是晶胞的内容，是指晶胞中原子的种类和位置，表示原子位置要用分数坐标。

晶体可由三个不相平行的矢量a , b , c 划分成晶胞，适量a , b , c 的长度a , b , c 及其相互之间的夹角α, β, γ称为晶胞参数，其中α是矢量b 和c 之间的交角，β是矢量a 和c 之间的交角，γ是矢量a 和b 之间的交角。

素晶胞是指只包含一个重复单位的晶胞，复晶胞是指只包含一个以上重复单位的晶胞。

分数坐标是指原子在晶胞中的坐标参数(x , y , z )，坐标参数(x , y , z )是由晶胞原点指向原子的矢量r 用单位矢量a , b , c 表达，即r = x a + y b + z c如图所示晶体，小球和大球的分数坐标分别为 小球：)21,21,21( ),21,0,0( ),0,21,0( ),0,0,21( 大球：)21,21,0( ),21,0,21( ),0,21,21( ),0,0,0( 2. 以晶胞为基础的计算(1)根据晶体的化学式计算密度：D =ZM/N A V ，M 是晶体化学式的相对式量，Z 是一个晶胞中包含化学式的个数，V 是晶胞的体积，N A 是阿佛加德罗常数。

晶体结构的基本结构单元
晶体结构的基本结构单元主要有三种：原子、分子和离子。

这些基本结构单元在空间中按照一定的规律排列，形成了具有周期性的三维结构。

1.原子：原子是构成物质的基本粒子，它们按照一定的顺序排列在晶体中，形
成一种重复的模式。

原子的排列方式直接决定了晶体的物理和化学性质。

例如，金属原子按照一种被称为“金属键”的强力键合排列，这使得金属具有良好的导电性和导热性。

2.分子：分子是由两个或更多原子通过共价键结合在一起的。

在晶体中，分子
可以是链状、网状或者层状排列。

分子的排列方式会影响分子的化学性质和物理性质。

例如，在石墨中，碳原子以层状排列，每层之间的相互作用很弱，因此石墨可以轻易地在层之间滑动。

3.离子：离子是带有电荷的原子或分子。

在晶体中，离子通常通过离子键或者
共价键结合在一起。

离子的排列方式会影响晶体的离子导电性和耐压性。

例如，在食盐（NaCl）中，钠离子和氯离子通过离子键结合，这种键合方式使得食盐具有良好的导电性和耐压性。

晶体的结构晶格与晶体缺陷晶体是由具有规则排列的原子、离子或分子构成的固态物质。

晶体结构的产生与晶格有着密切的关系，晶体缺陷则是晶格中存在的非完美的部分。

本文将依次介绍晶体的结构晶格以及晶体缺陷的相关内容。

一、晶体的结构晶格晶体的结构是由晶格确定的。

晶格是指在空间中规则排列的点阵或周期性结构。

不同的晶体结构有不同的晶格类型，最常见的晶格类型是立方晶格、六方晶格、四方晶格等。

1. 立方晶格立方晶格是最简单的晶格类型之一，它具有等边、等角的特点。

立方晶格可分为面心立方晶格、体心立方晶格和简单立方晶格。

其中，面心立方晶格具有最高的密堆率，每个原子周围都密集地包围着12个相邻的原子。

2. 六方晶格六方晶格是由一个六边形晶胞构成，其顶角分别为120度和60度。

六方晶格是较为常见的晶格类型，许多金属和陶瓷材料都具有这种结构。

3. 四方晶格四方晶格是晶格的一种，具有和立方晶格相似的特征，但其在z轴方向上具有不同的长度。

二、晶体缺陷及其分类晶体缺陷是指晶体中存在的非完美的部分，可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。

1. 点缺陷点缺陷是指晶体中由于原子或离子的位置发生变化而产生的缺陷。

常见的点缺陷有原子空位、杂质原子和间隙原子等。

- 原子空位是指晶体中存在不被原子占据的空位，其产生原因可以是晶体生长过程中的缺陷或中子轰击等因素。

- 杂质原子是指进入晶体中的与主要晶体原子不同的原子。

杂质原子的存在可以影响晶体的导电性、光学性能等特性。

- 间隙原子是指位于晶体原子间隙处的原子，其存在可以引起晶格的畸变和物理性质的变化。

2. 线缺陷线缺陷是指沿晶体表面或晶体内部存在的缺陷线。

常见的线缺陷有位错、脆性裂纹和位移等。

- 位错是指晶体中原子排列出现的错位或位移，常见的有边界位错、螺位错和混合位错等。

- 脆性裂纹是晶体中的裂纹缺陷，由于内部应力超过晶体的强度而导致裂纹的产生和扩展。

- 位移是晶体中原子在晶体平面方向上的滑移或背斜，它对晶体材料的塑性形变和变形行为有着重要影响。