晶体结构基本规则

第2章晶体结构为了便于对材料进行研究，常常将材料进行分类。

如果按材料的状态进行分类，可以将材料分成晶态材料，非晶材料及准晶材料。

因所有的晶态材料有其共同的规律，近代晶体学知识就是为研究这些共同规律而必备的基础。

同时为了研究非晶材料与准晶材料及准晶材料也必须以晶体学理论做为基础。

在一般的教材中对晶体学的基础知识已经有了不同深度的阐述，作为辅导教材，对教科书上已经有较多阐述的内容，本章中就简要的进行说明，而重点在于用动画形式，将在教材中难以用文字表达清楚的内容进行较多的阐述，加深对教材内容的理解记忆2.1晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。

将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。

为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。

这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。

同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞<晶胞、晶轴和点阵矢量>根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。

按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，布拉菲（Bravais A．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。

空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象。

1 空间点阵最初人们认为凡是具有规则外形的天然矿物均为晶体。

但现在人们认识到晶体的规则的几何外形是内部结构规律的外在反映. 近代的科学研究表明了下面的两个基本事实:1）如果说某一种材料是晶体，其基本的特征是：组成该材料的内部的微观粒子(原子,分子,离子等)在三微的空间做有规则的周期性的排列。

2）这种排列的规律决定了材料的性能。

根据这样的事实我们可以抽象出个的重要概念即空间点阵。

晶体结构一、晶体、准晶体和非晶体材料结构特征与差别（1）晶体结构：整个晶体是一个完整的单一结构，即结晶体内部的微粒在三维空间呈高度有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序，且具有各向异性。

（2）准晶体结构：既不同于晶体，也不同于非晶态，原子分布不具有平移对称性，但仍有一定的规则，且呈长程的取向性有序分布，可认为是一种准周期性排列。

一位准晶：原子有二维是周期分布的，一维是准晶周期分布。

一维准晶模型————菲博纳奇（fibonacci）序列。

其序列以L→L+S S →L(L,S分别代表长短两段线段）的规律增长，若以L为起始项，则会发现学列中L可以成双或成单出现，而S 只能成单出现，序列的任意项均为前两项之和，相邻的比值逐渐逼近i，当n →∞时，i=（1+√5）/2。

二维准晶，一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。

二维空间的彭罗斯拼图由内，角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成，能够无缝隙无交叠地排满二维平面。

这种拼图没有平移对称性，但是具有长程的有序结构，并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。

三维准晶，原子在三维上的都是准周期分布包括二十面体准晶，立方准晶。

准晶体质点在空间排列为长程取向，没有长程平移周期性。

（3）非晶体结构：非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。

外形为无规则形状的固体。

非晶体具有各向同性，非晶体无固定的熔点，它的熔化过程中温度随加热不断升高。

二、原胞、基矢的概念，晶面晶向的表示，对称性和点阵基本类型（1）原胞与基矢：能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元，最小的周期重复单元称作点阵的原胞。

以原胞的边长为点阵基矢构成平移矢量为基矢。

任意格矢为R=m1a1+m2a2+m3a3,定义表明，晶体在不同方向上，晶体的物理性质不同，也表明点阵是无限大的。

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。

第五章 晶体结构安徽师范大学化学与材料科学学院§5­1晶体的点阵理论晶体具有按一定几何规律排列的内部结构，即晶 体由原子(离子、原子团或离子团)近似无限地、在三 维空间周期性地呈重复排列而成。

这种结构上的长 程有序，是晶体与气体、液体以及非晶态固体的本 质区别。

晶体的内部结构称为晶体结构。

1. 晶体的结构特征(1)均匀性(2) 各向异性(3) 自发形成多面体外形(4) 具有确定的熔点(5) 对称性(6) X射线衍射2.周期性下面两个图形均表现出周期性：沿直线方向，每 隔相同的距离，就会出现相同的图案。

如果在图形 中划出一个最小的重复单位（阴影部分所示），通 过平移，将该单位沿直线向两端周期性重复排列， 就构成了上面的图形。

最小重复单位的选择不是唯一的，例如，在图(a) 中，下面任何一个图案都可以作为最小的重复单位。

点的位置可以任意指定，可以在单位中或边缘的任 何位置，但一旦指定后，每个单位中的点的位置必须 相同。

如，不论点的位置如何选取，最后得到的一组点在空间 的取向以及相邻点的间距不会发生变化。

3.结构基元在晶体中，原子(离子、原子团或离子团)周期性地重 复排列。

上面我们在图形找出了最小的重复单位，类似 的，可以在晶体中划出结构基元。

结构基元是指晶体中 能够通过平移在空间重复排列的基本结构单位。

【例1】一维实例：在直线上等间距排列的原子。

一个原子组成一个结构基元，它同时也是基本的化学组成单位。

结构基元必须满足如下四个条件：化学组成相同；空间结构相 同；排列取向相同；周围环境相同。

【例2】一维实例：在伸展的聚乙烯链中，­CH2­CH2­组成一个 结构基元，而不是­CH2­。

【例3】二维实例：层状石墨分子，其结构基元由两个C原子组 成(相邻的2个C原子的周围环境不同)。

结构基元可以有不同的选法，但其中的原子种类和数目应保 持不变。

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。

晶体结构的基本要素一、晶体的定义晶体是由原子、离子或分子按照一定的规则排列组成的固体。

晶体的结构是由晶胞重复堆积而成的，晶胞是最小的具有晶体特性的结构单元。

二、晶胞晶胞是晶体结构的基本要素之一。

晶胞是一个有限的空间，由一组原子、离子或分子组成。

晶胞的形状可以是立方体、长方体、正六面体等等，具体取决于晶体的结构类型。

三、晶格晶格是晶体结构的另一个基本要素。

晶格是由一系列规则排列的点构成的空间网格，这些点代表晶胞的位置。

晶格可以看作是无限重复的晶胞。

四、晶体的对称性晶体的对称性是晶体结构的重要特征之一。

晶体可以具有旋转对称性、镜面对称性、反射对称性等等。

晶体的对称性可以通过晶胞的对称元素来描述，如旋转轴、镜面、中心等。

五、晶体的晶系晶体的晶系是晶体结构的分类方式之一。

根据晶胞的对称性和形状，晶体可以分为立方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、六方晶系和四方晶系六大类。

不同的晶系具有不同的晶胞形状和晶胞参数。

六、晶体的晶体系晶体系是晶体结构的另一种分类方式。

根据晶胞的对称性和晶胞参数，晶体可以分为7个晶体系，包括三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、六方晶系、菱方晶系和立方晶系。

每个晶体系都有特定的晶胞参数和对称性要求。

七、晶体的晶体面晶体面是晶体结构的表面。

晶体面可以用晶胞的截面来表示，也可以用晶胞的法线来表示。

晶体面的指数表示了晶面与晶轴之间的相对位置关系。

八、晶体的晶向晶体的晶向是晶体结构的方向。

晶向可以用晶胞的方向向量来表示，也可以用晶胞的方向指数来表示。

晶向可以用来描述晶体的生长方向、晶体的切割方向等。

九、晶体的缺陷晶体的缺陷是指晶体结构中存在的不完美部分。

晶体的缺陷可以是点缺陷、线缺陷或面缺陷。

常见的晶体缺陷包括点缺陷、位错、晶界等。

十、晶体的晶体学参数晶体的晶体学参数是描述晶体结构的重要参数。

晶体学参数包括晶胞参数、晶胞体积、晶胞对称性等。

晶体学参数可以通过X射线衍射等实验手段来确定。

晶体百科名片晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

目录展开概述晶体有三个特征(1)晶体有整齐规则的几何外形；(2)晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持晶体不变；(3)晶体有各向异性的特点。

固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分，而无定形固体不具有上述特点。

晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复排列。

非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。

如玻璃。

外形为无规则形状的固体。

晶体的共性合成铋单晶1、长程有序：晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。

2、均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

3、各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

4、对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

5、自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。

6、解理性：晶体具有沿某些确定方位的晶面劈裂的性质。

7、最小内能：成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

晶体组成组成晶体的结构微粒(分子、原子、离子)在空间有规则地排列在一定的点上，这些点群有一定的几何形状，叫做晶格。

排有结构粒子的那些点叫做晶格的结点。

金刚石、石墨、食盐的晶体模型，实际上是它们的晶格模型。

晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为四类：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。

固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。

具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质，是物质存在的一种基本形式。

固态物质是否为晶体，一般可由X射线衍射法予以鉴定。

晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子)有规则地在三维空间呈周期性重复排列，组成一定形式的晶格，外形上表现为一定形状的几何多面体。

组成某种几何多面体的平面称为晶面，由于生长的条件不同，晶体在外形上可能有些歪斜，但同种晶体晶面间夹角(晶面角)是一定的，称为晶面角不变原理。

结晶化学定律
结晶化学定律是描述晶体生长和晶体结构的基本规律，它们是：
1. 马氏规则：也称为“最小能量规则”，指在晶体生长过程中，原子或离子在空间中的排列方式总是使得晶体内部的总能量最小。

这意味着在晶体生长过程中，原子或离子会优先排列成最稳定的晶体结构。

2. 德拜规则：也称为“最大空隙规则”，指在晶体生长过程中，原子或离子在空间中的排列方式总是使得晶体内部的原子或离子之间的空隙最大。

这意味着在晶体生长过程中，原子或离子会优先排列成具有最大空隙的晶体结构。

3. 布拉菲规则：指在晶体生长过程中，原子或离子在空间中的排列方式总是使得晶体内部的原子或离子之间的距离最大。

这意味着在晶体生长过程中，原子或离子会优先排列成具有最大距离的晶体结构。

这些定律是描述晶体生长和晶体结构的基本规律，它们可以帮助科学家们理解和预测晶体的形态和性质。

同时，这些定律也在材料科学、地球科学、化学等领域中得到广泛应用。

离子晶体是一种由正负电荷的离子通过电静力相互吸引而形成的晶体。

它具有良好的结晶性和规则的结构。

离子晶体的结构规则主要包括以下几个方面。

1. 离子晶体的组成元素：离子晶体由正离子和负离子组成，其中正离子通常是金属离子，负离子可以是非金属离子或者多原子离子。

正负离子的比例和种类决定了离子晶体的化学式和物理性质。

2. 空间排列规则：离子晶体中的正负离子按照一定的空间排列方式组成晶格结构。

在离子晶体中，正离子和负离子交替排列，并且使得每个正离子都被负离子包围，每个负离子也被正离子包围，形成了稳定的晶体结构。

3. 离子晶体的晶格类型：离子晶体的晶格类型可以分为简单立方晶格、体心立方晶格和面心立方晶格。

其中，简单立方晶格由正离子和负离子分别位于晶格的顶点和空隙处；体心立方晶格由正离子在晶格的顶点和体心处，负离子则位于空隙处；面心立方晶格则是正离子和负离子分别位于晶格的顶点和面心处。

4. 离子晶体的配位数：离子晶体中的每个离子都与周围的离子形成一定的配位关系。

配位数是指一个离子周围最近的邻居离子数目。

对于简单立方晶格而言，每个离子的配位数为6；对于体心立方晶格，每个离子的配位数为8；对于面心立方晶格，每个离子的配位数为12。

5. 离子晶体的离子半径比：离子晶体的结构稳定性和物理性质与离子的半径比密切相关。

离子半径比是指正离子和负离子的半径之比。

当离子半径比适当时，离子晶体结构稳定；当离子半径比过大或过小时，离子晶体的结构容易变形或不稳定。

6. 离子晶体的键长和键能：离子晶体中的正负离子通过离子键相互连接，形成离子晶体的结构。

离子键是由电静力作用引起的，具有较高的键能。

离子键的键长取决于正离子和负离子的半径和配位数。

7. 离子晶体的晶胞：离子晶体的最小重复单元称为晶胞。

晶胞是由一组正离子和负离子构成的，它们按照一定的排列方式形成了整个离子晶体的结构。

晶胞的类型和尺寸决定了离子晶体的晶体学性质。

总之，离子晶体的结构规则涉及到离子的组成、空间排列、晶格类型、配位数、离子半径比、键长和键能等多个因素。

金属的晶体结构知识点总结一、晶体结构的基本概念1. 晶体及其性质晶体是由原子、离子或分子按一定的顺序排列而成的，具有周期性结构的固体。

晶体内部的原子、离子或分子按照规则排列，形成了晶体的结晶面、晶格点、结晶方位等。

晶体具有明显的外部形状和内部结构，具有特定的物理、化学性质。

晶体根据其结构的不同可以分为同质晶体和异质晶体。

2. 晶体结构晶体结构是指晶体内部的原子、离子或分子的排列方式和规律。

根据晶体内部原子、离子或分子的排列方式的不同，晶体结构可以分为点阵型、面心立方型、体心立方型等。

3. 晶体的组成晶体的组成通常是由晶格单元和晶格点构成的。

晶格单元是晶体的最小重复单元，晶格点是晶体内部原子、离子或分子所占据的位置。

4. 晶体的晶格晶格是晶体内部原子、离子或分子排列形成的几何形状。

晶格可以分为点阵型、面心立方型、体心立方型等。

5. 晶体的晶系晶体根据晶体中晶格的对称性可将其分为七个晶系，包括三角晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱形晶系、正菱形晶系和立方晶系。

6. 晶体的晶向和晶面晶体中的晶向和晶面是用来描述晶体内部结构的概念。

晶向是晶体内部原子排列的方向，晶面是晶体内部原子排列的平面。

7. 晶格常数晶格常数是用来描述晶体晶格尺寸大小的物理量。

晶格常数通常表示为a、b、c等，表示晶体中晶格点之间的距离。

二、金属的晶体结构1. 金属的结晶特点金属是一类具有典型金属性质的固体物质，具有较好的导电性、热导性、延展性和塑性等。

金属的晶体结构对其性质有着显著的影响。

2. 金属的晶体结构类型根据金属晶体内部原子排列的方式和规律，金属的晶体结构可分为面心立方结构、体心立方结构和密堆积结构等。

3. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是一种典型的金属晶体结构类型，其中晶格点位于立方体的六个面的中心和顶点。

面心立方结构的晶体具有较好的密度和变形性能，常见于铜、铝、银、金等金属中。

4. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是一种典型的金属晶体结构类型，其中晶格点位于立方体的顶点和中心。