晶体中结构基元的确定教程文件
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晶体结构分析主讲人:吴文源2010.51.Shelxtl 使用流程※解析原始文件有hkl文件(或raw文件),包含衍射数据;p4p文件,包含晶胞参数※为一个晶体的数据建立project,该项目下所有文件具有相同的文件名;一旦在XPREP 中发生hkl文件的矩阵转换,则需要输出新文件名的hkl等文件,因此要建立新的project。
※首先运行XPREP,寻找晶体的空间群※然后运行XS,根据XPREP设定的空间群,寻找结构初解※在Xshell中观察初解是否合理,如不合理,需重回XPREP中设定其他的空间群2.Xshell 使用流程※找出重原子或者确定性大的原子※找出其余非氢原子※精修原子坐标※精修各项异性参数※找到氢原子(理论加氢或差值傅里叶图加氢)※反复精修,直到wR2等指标收敛。
最后的R1<0.06(0.08) wR2<0.16(0.18)※通过HTAB指令寻找氢键,判定氢的位置是否合理,并且将相关氢键信息通过HTAB和EQIV指令写进ins文件中※将原子排序(sort)3.cif 文件生成和检测错误流程※在步骤1、2完成后,在ins文件中加入以下三条命令bond $Hconfacta※此时生成了cif和fcf文件,将cif文件拷贝到planton所在文件夹中检测错误,也可以通过如下在线检测网址:/services/cif/checkcif.html※根据错误提示信息,修改或重新精修,将A、B类错误务必全部消灭,C类错误尽量消灭。
4.Acta E 投稿准备流程投稿前,请务必切实做好如下工作:※按步骤1、2、3解析晶体并生成相应cif和fcf文件。
※准备结构式图(Chemical structural diagram)、分子椭球图(Molecular ellipsoid diagram)和晶胞堆积图(Packing diagram),最好是pdf格式。
※按要求撰写文章的文字部分,填写cif中相应段落,注意格式要求!_publ_section_title 题目_publ_section_abstract 摘要_publ_section_related_literature 相关文献_publ_section_comment 评论_publ_section_exptl_prep 制备方法_publ_section_exptl_refinement 精修说明_publ_section_references 参考文献_publ_section_figure_captions 插图说明_publ_section_table_legends 表格说明_publ_section_acknow ledgements 致谢※将cif中需要填写的其他部分(在cif的标准空白样本中以!标注)全部完成,并再次检查整个cif文件格式和内容。
晶体的结构基元晶体是由原子、离子或分子排列有序形成的固体物质,其结构由基元构成。
基元是指晶体中最小的、可重复排列的结构单元,它决定了晶体的性质和结构。
本文将介绍晶体的结构基元,包括晶格、点阵、Bravais格子、基本晶胞和原胞等。
一、晶格晶格是指在三维空间中无限延伸的点阵,它描述了晶体中原子或离子的排列方式。
每个点代表一个原子或离子,在不同类型的晶体中,这些点按照不同的方式排列。
晶格可以用一个简单单元重复填充整个空间,这个简单单元称为基本晶胞。
二、点阵点阵是指在平面上无限延伸的点阵,它描述了二维物质中原子或离子的排列方式。
每个点代表一个原子或离子,在不同类型的二维物质中,这些点按照不同的方式排列。
与三维空间类似,二维物质也可以用一个简单单元重复填充整个平面。
三、Bravais格子Bravais格子是指在三维空间中无限延伸的点阵,它描述了晶体中原子或离子的排列方式。
Bravais格子包括14种不同类型,每种类型有不同的对称性。
这些对称性可以通过晶体中原子或离子的排列方式来描述。
四、基本晶胞基本晶胞是指最小的、可重复填充整个晶体空间的三维单元,它由一组基元构成。
在一个基本晶胞中,包含了整个晶体结构的所有信息。
不同类型的晶体具有不同形状和大小的基本晶胞。
五、原胞原胞是指在三维空间中无限延伸的点阵中最小的、可重复填充整个空间的三维单元,它由一组基元构成。
原胞可以用来描述Bravais格子和基本晶胞之间的关系。
在一个原胞中,包含了整个Bravais格子结构和所有可能出现的基本晶胞。
六、小结以上介绍了晶体结构中最重要的几个概念:晶格、点阵、Bravais格子、基本晶胞和原胞。
这些概念是理解和描述各种物质结构特征所必需的。
通过深入理解这些概念,可以更好地理解晶体结构和性质,为材料科学和化学研究提供基础。
晶体结构出题模式及知识点分析湖南师范大学化学院黄宏新第一节点阵理论,布拉维格子及平移法的应用一.晶体的定义:微粒在空间作周期性分布.周期:一个重复单位内的内容例画出如下图形的周期结构基元:一个周期中的组成.点阵点:将一个周期压缩成一个几何点,表示它的几何位置.点阵:由点阵点组成的图形.晶体结构=点阵+结构基元格子:由相邻点阵点组成素向量,由素向量组成格子.晶胞:格子范围内的组成.晶胞=格子+结构基元结构基元=晶胞组成/晶胞周期数平移法五个用法:1画出晶胞;2判断点阵形式;3判断是否是晶胞;4判断原子的位置;5判断原子的晶体环境二.一维点阵及一维晶体画出如下一维晶体的点阵及结构基元三.平面点阵1.正当格子:1对称性高,2点阵点少2.平面点阵的四种对称类型和五种点阵形式(1)正方格子晶胞参数平移法应用1:在已知图形中画晶胞(三步骤)1)在图形中选一个原子(最好是个数少的那种原子),然后在邻近找相同的原子,连接,假设为向量a,整个图形沿a平移,如果图形重合,则向量a找成功;2)同法找到向量b;3)以a,b为邻边作平行四边形。
例1(中国化学会2003年全国高中学生化学竞赛试题第6题12分)2003年3月日本筑波材料科学国家实验室一个研究小组发现首例带结晶水的晶体在5K下呈现超导性。
据报道,该晶体的化学式为Na0.35CoO2•1.3H2O,具有……-CoO2-H2O-Na-H2O-……层状结构;在以“CoO2”为最简式表示的二维结构中,钴原子和氧原子呈周期性排列,钴原子被4个氧原子包围,Co-O键等长。
1以代表氧原子,以代表钴原子,画出CoO2层的结构,用粗线画出两种二维晶胞。
2求出结构基元(公式:结构基元=晶胞组成/晶胞周期数)(2)六方格子例2石墨的晶胞:使用平移法的第一个用法,可以画出晶胞;求出结构基元总结:平面点阵的四种对称类型和五种点阵形式,如下表例2如图大三角形表示分子A;小三角形表示分子B。
晶体结构基元嘿,朋友!想象一下你走进一个神秘的实验室,里面摆满了各种奇奇怪怪的仪器和五颜六色的试剂。
而在这一片看似混乱的景象中,有一个神秘而又迷人的东西在吸引着你的目光,那就是晶体结构基元。
咱们先来聊聊什么是晶体。
你看那冬天窗户上结的冰花,一片片,规则而美丽,那就是晶体的一种表现。
而晶体结构基元呢,就像是组成这些美丽冰花的最小“零件”。
假设我们把晶体比作一座宏伟的城堡。
那晶体结构基元就是构成这座城堡的一块块砖头。
每一块砖头都有着特定的形状和位置,它们按照一定的规律排列组合,最终就形成了那座让人惊叹的城堡。
咱们再想象一下,有一群小小的“建筑工人”——原子或者分子,它们在辛勤地工作着。
它们可不是随便乱摆乱放,而是按照一定的“施工图纸”,也就是晶体结构基元的规则,认认真真地搭建着。
就拿食盐,也就是氯化钠晶体来说吧。
钠离子和氯离子就像是一对默契的伙伴,它们按照特定的方式排列,钠离子带正电,氯离子带负电,相互吸引,形成了规则的立方体结构。
这里面的钠离子和氯离子的组合方式,就是氯化钠晶体的结构基元。
你可能会反问我:“搞清楚这个晶体结构基元有啥用啊?”嘿,用处可大了!科学家们通过研究晶体结构基元,可以了解物质的性质,开发新材料。
比如说,制造更强大的半导体材料,让咱们的手机、电脑运行得更快;或者研发出更耐磨的合金,用于制造飞机发动机,让咱们的出行更安全、更高效。
在日常生活中,晶体结构基元也无处不在呢。
你戴的钻石,那璀璨的光芒就是因为它独特的晶体结构基元排列;你手机屏幕上的液晶,也是依靠特定的晶体结构基元来显示图像的。
所以说啊,晶体结构基元这个看似深奥的概念,其实就在我们身边,影响着我们的生活。
它就像是一位默默付出的“幕后英雄”,虽然不常被我们提及,但却发挥着巨大的作用。
朋友,现在你是不是对晶体结构基元有了更清晰的认识呢?。
晶体中结构基元的确
定
晶体中结构基元的确定
一. 结构基元与点阵
晶体的周期性结构使得我们可以把它抽象成“点阵”来研究. 首先确定晶体中
重复出现的最小单元, 作为结构基元. 各个结构基元相互之间不但化学内容完全
相同, 而且它们所处的环境也必须完全相同. 每个结构基元可以用一个数学上的
点来代表, 称为点阵点或结点. 于是, 整个晶体就被抽象成了一组点, 称为点阵.
尽管实际晶体的大小有限, 但从微观角度来看, 原子数目仍然极多, 而
且处于内部的原子数目远远多于表面. 所以, 不妨将晶体看作无限重复的周期性
结构, 相应地, 点阵也就包含无穷多的点阵点了.
二. 结构基元与点阵点
(1)一维周期性结构与直线点阵
我们首先以几种简单的一维周期性结构为例, 说明如何从周期性结构中
辨认结构基元(右图中用方框标出), 进而画出点阵. 应当说明, 将结构基元抽象
为点阵点以后, 点阵点放在何处是任意的, 但所有点阵点的放置必须采用同一标准:
由图可见, 并非每个原子或化学单元都能被看作结构基元.
再看两个更实际也稍微复杂的问题——硒的螺旋链和伸展聚乙烯链:
一维周期性结构中的结构基元硒螺旋链和伸展聚乙烯链的点阵
在此基础上, 再将周期性结构扩展到二维和三维.
(2)二维周期性结构与平面点阵
实例1:Cu晶体的一种密置层(111).
每个原子是一个结构基元,对应一个点阵点(图中平行四边形是一个平面正当格子).
实例2: 石墨层
下图是石墨晶体的一层, 右下图中的小黑点是抽象出的平面点阵(为了比较二者的关系, 暂时将平面点阵放在了石墨层上)
为什么不能将石墨层的每个C原子都抽象成点阵点呢?这就必须从点阵的数
学定义来理解了.不难想象, 若将所有结构基元沿某一方向平移到相邻或不相邻
的另一个结构基元位置上, 晶体不会有任何变化(当然是假设不考虑表面原子) , 或者说可以复原. 相应地, 若将所有点阵点沿此方向平移到相邻或不相邻的另
一个点阵点位置上, 点阵也不应当发生任何变化. 现在, 可以从数学角度给出
点阵的定义:
点阵是按连接其中任意两点的矢量将所有的点平移而能复原的一组无限多个点.
石墨层及其点阵
假设石墨层上每个C原子都抽象成点阵点, 得到的是如下的一组无限多个点, 但这并不是点阵! 试选择一个矢量a , 将所有“点阵点”沿此方向平移,请看
能够复原吗?
实例:NaCl(100)晶面(左下图). 矩形框中是一个结构基元,包括一
对正负离子Na+和Cl-, 可抽象为一个点阵点. 安放点阵点的位置是任意的,但必
须保持一致. 这样就得到了点阵(右下图):
石墨层点阵的错误抽取法 NaCl(100)晶面(a)及其点阵(b)
或等价地画成下图. 矩形框中的内容是与上述相同的一个结构基元,也包括一对正负离子Na+和Cl-:
(3)三维周期性结构与空间点阵
下面是一些金属单质的晶体结构,依次叫做立方面心、立方体心和立方简单.其中, 属于立方面心的金属有Ni Pd Pt Cu Ag Au等; 属于立方体心的金属有Li Na K Cr Mo W等; 属于立方简单的金属很少.
如何将这些金属的晶体结构抽象成点阵呢?
立方面心、立方体心和立方简单金属单质(每一个原子对应一个点阵点)
这里的每一个原子就是一个结构基元,从而都可以被抽象成一个点阵点. 所以,点阵看上去与晶体结构一样, 只是概念上有所不同.
CsCl型晶体中A、B是不同的原子,不能都被抽象为点阵点. 否则,得到的将是错误的立方体心点阵. 立方体心点阵虽然不会违反点阵的数学定义,却不是CsCl型晶体的点阵!若把立方体心点阵放回到该晶体中,则如图所示的平移操作将把A与B位置互换,而不能使晶体结构复原.
正确的做法是按统一的取法把每一对离子A-B作为一个结构基元,抽象成为一个点阵点. 点阵点可以放在任意位置,但必须保持一致(例如都放在A 处),就得到正确的点阵——立方简单.
同理,NaCl型晶体中,A、B离子不能都被抽象为点阵点,而是每一个离子对A-B按统一的方式构成一个结构基元,抽象为一个点阵点. 于是,点阵成为立方面心:
CsCl型晶体的点阵不是为立方体心的原因将CsCl型晶体抽象成立方体心点阵的做法
NaCl型晶体及其点阵
如果说CsCl型和NaCl型晶体中都有A、B两种不同的原子, 因而不能都
被抽象为点阵点的话,金刚石中的C原子都能被抽象为点阵点吗?
假若可以这样做的话,得到的“点阵点”看上去与晶体中原子的分布相同. 现在, 请你根据点阵的数学定义来检验. 例如, 按图中箭头所示将所有点进行平移,这组点能复原吗?不能. 说明这组点违反了点阵的定义, 本身就不是点阵! 更别说是金刚石晶体的点阵了.
正确的做法是按统一的取法把每一对原子C-C作为一个结构基元,抽象成为一个点阵点,就得到正确的点阵——立方面心.
类似地, 六方金属晶体(例如Mg)也不能将每个原子都抽象为点阵点. 否则,得到的所谓“点阵”也是违反点阵定义的, 本身就不是点阵. 将这种错误的“点阵”作用于晶体并不能使之复原:
正确的做法是按统一的取法把一对原子Mg-Mg作为一个结构基元,抽象成为一个点阵点,就得到正确的点阵——六方简单:
金刚石晶体的点阵为立方面心的理由 Mg晶体结构. 右图是一个晶胞
错误的点阵不能使Mg晶体复原从Mg晶体中抽象出六方简单点阵
这些实例表明,将晶体抽象成点阵的关键是正确地辨认结构基元.为了避免出错,当你把一种晶体抽象成一组点以后,应当问自己两个问题:
1. 这一组点符合点阵的定义吗? 将金刚石、Mg晶体中每个原子都抽象成所谓的“点阵点”, 得到的一组点就违反了点阵定义, 所以不是点阵.
2. 它是所研究晶体的点阵吗? 将CsCl型、NaCl型晶体中的每个原子都抽象成点阵点,得到的一组点并不违反点阵定义,但却不是所研究的晶体的点阵.。