常见晶体结构图
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§1-2 常见的晶体结构及其原胞、晶胞1) 简单晶体的简单立方(simple cubic, sc) 它所构成的晶格为布喇菲格子。
例如氧、硫固体。
基元为单一原子结构的晶体叫简单晶体。
其特点有: 三个基矢互相垂直(),重复间距相等,为a,亦称晶格常数。
其晶胞=原胞;体积= ;配位数(第一近邻数) =6。
(见图1-7)图1-7简单立方堆积与简单立方结构单元2) 简单晶体的体心立方( body-centered cubic, bcc ) , 例如,Li,K,Na,Rb,Cs,αFe,Cr,Mo,W,Ta,Ba等。
其特点有:晶胞基矢, 并且,其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成:(见图1-9 b)(1-2)其体积为;配位数=8;(见图1-8)图1-8体心立方堆积与体心立方结构单元图1-9简单立方晶胞(a)与体心立方晶胞、惯用原胞(b)3) 简单晶体的面心立方( face-centered cubic, fcc ) , 例如,Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt,Ne, Ar, Xe, Rn, Ca, Sr, Al等。
晶胞基矢,并且每面中心有一格点, 其原胞基矢由从一顶点指向另外三个面心点的矢量构成(见图1-10 b):(1-3)其体积=;配位数=12。
,(见图1-10)图1-10面心立方结构(晶胞)(a)与面心立方惯用原胞(b)4) NaCl结构(Sodium Chloride structure),复式面心立方(互为fcc),配位数=6(图1-11 a)。
表1-1 NaCl结构晶体的常数5) CsCl结构(Cesuim Chloride structure),复式简单立方(互为sc),配位数=8(图1-11 b)。
表1-2 CsCl结构晶体的常数图1-11 NaCl结构和CsCl结构6) 金刚石结构(Diamond structure), 两套fcc格子相互沿对角线位移1/4处套合。
§1—2 常见的晶体结构及其原胞、晶胞1) 简单晶体的简单立方(simple cubic, sc)它所构成的晶格为布喇菲格子。
例如氧、硫固体。
基元为单一原子结构的晶体叫简单晶体.其特点有: 三个基矢互相垂直(),重复间距相等,为a,亦称晶格常数。
其晶胞=原胞;体积= ;配位数(第一近邻数) =6.(见图1-7)图1-7简单立方堆积与简单立方结构单元2)简单晶体的体心立方 ( body-centered cubic, bcc ) ,例如,Li,K,Na,Rb,Cs,αFe,Cr,Mo,W,Ta,Ba等。
其特点有:晶胞基矢, 并且,其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成:(见图1—9 b)(1-2)其体积为;配位数=8; (见图1—8)图1—8体心立方堆积与体心立方结构单元图1—9简单立方晶胞(a)与体心立方晶胞、惯用原胞(b)3) 简单晶体的面心立方( face—centered cubic, fcc ) , 例如,Cu,Ag,Au,Ni,Pd,Pt,Ne, Ar, Xe, Rn, Ca, Sr, Al等.晶胞基矢,并且每面中心有一格点, 其原胞基矢由从一顶点指向另外三个面心点的矢量构成(见图1—10 b):(1—3)其体积=;配位数=12。
,(见图1—10)图1—10面心立方结构(晶胞)(a)与面心立方惯用原胞(b)4) NaCl结构(Sodium Chloride structure),复式面心立方(互为fcc),配位数=6(图1—11 a)。
表1-1 NaCl结构晶体的常数5) CsCl结构(Cesuim Chloride structure),复式简单立方(互为sc),配位数=8(图1-11 b)。
表1-2 CsCl结构晶体的常数图1—11 NaCl结构和CsCl结构6)金刚石结构(Diamond structure),两套fcc格子相互沿对角线位移1/4处套合.如C (a=3。
常见晶体结构图彩图己烷C6 H12: 碳原子以sp2杂化与相邻两个碳原子碳环s骨架,与2个H 成C-H 键。
二茂铁Fe(C5 H5 )2: 上下环戊烯阴离子各以六个π 电子参与成键,与Fe对称性匹配的d3p3轨道形成六个分子轨道,Fe其余的三个价轨道为非键的孤对电子占据。
B12H122-: 12 个B 形成封闭的三角二十面体,每个B 还与1 个H 形成B-H 键。
C20H20: 每个C 以sp3杂化与相邻的 3 个C 、1 个H 形成s 键,整个碳笼为正十二面体。
C60: 每个C 以sp2杂化与相邻的 3 个C 形成球形多面体s 骨架(12 个五边形与20 个六边形),还有 1 个垂直于曲面的p 轨道与其他p 轨道形成1 个离域的大p 键。
石墨层内 C 以共价键与相邻的 3 个C 形成平面骨架,层之间为范德华力。
金剛石:为A4 结构,每个C 以sp3杂化与相邻的4 个C 形成四面体配位,晶胞中有8 个C 原子。
NaCl 晶体属面心立方点阵,Na+与Cl-的配位数均为6。
Cl-作立方最密堆积,Na+填在Cl-形成的八面体空隙中。
每个晶胞含有4个Cl-和4个Na+,Cl-位于晶胞顶点与面心位置,Na+位于体心与棱心位置。
立方ZnS 晶体中,S 原子作立方最密堆积,Zn 原子填在一半的四面体空隙中,形成立方面心点阵,晶胞中含个S 原子4 个Zn 原子;六方ZnS 晶体中,S 原子作六方最密堆积,Zn 原子填在一半的四面体空隙中,形成六方点阵,晶胞中含个S 原子4 个Zn 原子。
CaF2晶体属立方面心点阵,F-作简单立方堆积,Ca2+数目比F-少一半,填了一半的立方体空隙,每一个Ca2+由八个F-配位,而每个F-有 4 个Ca2+配位,每个CaF2晶胞有 4 个Ca2+和8 个F-原子。
金红石(TiO2)为简单四方结构,Ti4+处在略为变形的氧八面体中,即氧离子作假六方堆积,Ti4+填在它的准八面体空隙中,Ti4+配位数为 6 ,O2-与3 个Ti4+配位( 3 个Ti4+几乎形成等边三角形)。
常见晶体结构图彩图己烷C6 H12: 碳原子以sp2杂化与相邻两个碳原子碳环s骨架,与2个H 成C-H 键。
二茂铁Fe(C5 H5 )2: 上下环戊烯阴离子各以六个π 电子参与成键,与Fe对称性匹配的d3p3轨道形成六个分子轨道,Fe其余的三个价轨道为非键的孤对电子占据。
B12H122-: 12 个B 形成封闭的三角二十面体,每个B 还与1 个H 形成B-H 键。
C20H20: 每个C 以sp3杂化与相邻的 3 个C 、1 个H 形成s 键,整个碳笼为正十二面体。
C60: 每个C 以sp2杂化与相邻的 3 个C 形成球形多面体s 骨架(12 个五边形与20 个六边形),还有 1 个垂直于曲面的p 轨道与其他p 轨道形成1 个离域的大p 键。
石墨层内 C 以共价键与相邻的 3 个C 形成平面骨架,层之间为范德华力。
金剛石:为A4 结构,每个C 以sp3杂化与相邻的4 个C 形成四面体配位,晶胞中有8 个C 原子。
NaCl 晶体属面心立方点阵,Na+与Cl-的配位数均为6。
Cl-作立方最密堆积,Na+填在Cl-形成的八面体空隙中。
每个晶胞含有4个Cl-和4个Na+,Cl-位于晶胞顶点与面心位置,Na+位于体心与棱心位置。
立方ZnS 晶体中,S 原子作立方最密堆积,Zn 原子填在一半的四面体空隙中,形成立方面心点阵,晶胞中含个S 原子4 个Zn 原子;
六方ZnS 晶体中,S 原子作六方最密堆积,Zn 原子填在一半的四面体空隙中,形成六方点阵,晶胞中含个S 原子4 个Zn 原子。
CaF2晶体属立方面心点阵,F-作简单立方堆积,Ca2+数目比F-少一半,填了一半的立方体空隙,每一个Ca2+由八个F-配位,而每个F-有4 个Ca2+配位,每个CaF2晶胞有4 个Ca2+和8 个F-原子。
金红石(TiO2)为简单四方结构,Ti4+处在略为变形的氧八面体中,即氧离子作假六方堆积,Ti4+填在它的准八面体空隙中,Ti4+配位数为 6 ,O2-与3 个Ti4+配位(3 个Ti4+几乎形成等边三角形)。
方石英(立方SiO2)构型中的Si ,与金刚石结构中C 原子一样,形成A4 堆积;O 原子位于Si-Si 连线的中心位置附近,形成三维网络状低密度结构,离子晶体已过渡到共价晶体。
晶体中Si 原子与周围 4 个氧原子(在四面体顶点方向)成键,氧原子只和 2 个Si 原子配位,Si 与O 的配位数分别降到4:2 。
磷石英晶体由[SiO4] 四面体公用顶点连接成三维骨架, 硅原子相当于六方ZnS 中Zn 和S 的位置, 氧原子介于两个硅原子之间。
CO2(干冰)晶体,已从共价晶体过渡到分子晶体。
在晶体中,直线形CO2分子是分立的, C 原子位于立方晶胞的顶点与面心位置,每个CO2分子轴与平面成一定的角度。
CO2分子中C-O 间以共价键结合,晶胞中分子间以范德华力联系。
CdI2型晶体则因离子极化成为层型结构。
若用 a 、b 、c 来代表Cd+的位置,用A 、B 、C 来代表I 的位置,层型分子沿垂直于层的方向堆积,可表示为||AbC||AbC||…… 在||AbC|| 层内每个Cd 有 6 个I-配位,每个I 与3 个Cd 配位,原子间以共价键结合,层与层之间以范德华力结合。
CaTiO3晶体属正交晶系,每个晶胞中Ca 处于体心位置,Ti 处于顶点位置,O 原子位于每条棱的中心位置,O 原子和Ca 原子联合起来形成面心正交点阵,Ti 原子处在氧原子的八面体空隙中,配位数为 6 ,Ca 原子配位数为12 。
尖晶石MgAl2O4属立方晶系。
在尖晶石结构中,MgO4四面体与AlO6八面体共用顶点氧,AlO6与邻近八面体AlO6共用棱边,相互联结在一起。
尖晶石晶胞较大,氧原子作立方面心堆积2×2×2 堆成一个大立方晶胞,共有32 个O 原子,形成32 个八面体空隙,其中一半(16 个)为阳离子Al(M3+) 占据,64 个四面体空隙,其中1/8 (8 个)为阳离子Mg (M2+)占据。