晶体学课件 晶讲义体化学基础

注意： 阵点可以是原子（或分子、离子）的中心，也可 以是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同； 阵点仅具有几何意义，并不真正代表任何质点。
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由无数阵点在三维空间有规则的周期性重复排列 所形成的几何图形称为空间点阵（Space lattice）， 简称为点阵。
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空间点阵中的几何要素：
a、b、c（点阵常数） 晶胞
α、β、γ（晶轴间夹角）
阵点ruvw ua vb wc
ruvw 为 从 原 点 到 某 一 阵 点 的 矢 量 ， u,v,w 分 别 表 示 沿 三 个 点 阵 矢 量 的 平移量，也称该阵点的坐标。
由于各阵点的周围环 境相同，空间点阵具有空 间重复性。为此，为了说 明空间点阵的排列规律和 特点，可在点阵中取出一 个具有代表性的基本基元 作为点阵的组成单元，即 晶胞。
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晶胞：
从空间点阵中取出一个仍能 保持点阵特征（对称性、周期性 ）的最基本单元称为晶胞。晶胞 平行堆积可充满三维空间，形成 空间点阵；两者意义相同，都是 从实际晶体结构中抽象出来、表 示晶体结构周期性规律的一种理 想模型。
对于同一个点阵，因选择方 式不同，可得到不同晶胞。
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选取晶胞的原则：
了解
Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对
称性；
Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；
Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角数目应
最多；
Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
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晶胞类型： 简单正交
体心正交
为了反映晶体的对称性，晶胞中的阵点数可大于1。据 此，晶胞分为：
注意：组成晶体的物质质点不同，排列的规则不 同，或周期性不同，都可形成不同的晶体结构。

晶体： 周期性有序排列 （金属、大部分无机非金属）
非晶体： 进程有序、远程无序 （玻璃、树脂、塑料）
晶体的几何多面体形态，是其格子构造在外形上的直接反映！
5、单晶与多晶
晶体
晶体
金 刚石
同样是晶体材料
单晶：在整块材料中，原子都 是规则地、周期性的重复排列 的，一种结构贯穿整体。
特点：规则的几何外形 各向异性
面网
平行六面体
❖ 晶面：可将晶体点阵在任意方向上分解 为相互平行的节点平面。
❖ 晶面族：对称性高的晶体中，不平行的 两组以上的晶面，它们的原子排列状况 是相同的，这些晶面构成一个晶面族。
❖ 晶向：也可将晶体点阵在任意方向上分 解为相互平行的节点直线组，质点等距 离的分布在直线上。
❖ 晶向族：晶体中原子排列周期相同的所 有晶向为一个晶向族。
紧密堆积中球数和两种空隙间的关系：
八面体空隙 由6个球组成
四面体空隙 由4个球组成
晶格常数a与原子/离子半径R的关系
以面心立方例： 2Ra2/4/3R42/3R3/820.8 R
则有：4R=晶体 R=晶体
晶体结构 基本概念
堆积类型
a面心立方最密堆积
六方最密堆积
最密堆积
体心立方密堆积 非最密堆积
α=β=90°γ=120° α=β=γ≠90°
α≠β≠γ≠90°
❖ 举例
区别几何要素与实际晶体结构
❖ 阵点 行列 网面 平行六面体 空间点阵（格子） ❖ 基元 晶向 晶面 晶胞 晶格
2、 结晶学指数
❖ （1）晶向指数
❖ 表示晶向（晶棱）在空间位置的符号。 晶向符号只规定晶向而不涉及它具体的位置， 因而任何晶向（棱）都可平移到坐标0点， 故确定的步骤为： ● 选定晶轴X、Y、Z和a、b、c为轴单位；

药物晶体的研究进展
药物晶体类型：包括有机药物晶体、无机药物晶体和金属药物晶体等。
药物晶体研究的意义：有助于药物的合成、分离、纯化、结晶和表征等过程，提高药物的疗 效和安全性。
药物晶体研究的方法：包括X射线晶体学、中子散射、电子显微镜和核磁共振等技术。
药物晶体研究的未来展望：随着药物晶体的深入研究，将会有更多的新药被发现和开发，为 人类健康事业做出更大的贡献。
晶体学基础
晶体结构与性质
晶体结构：由原子、分子或离子在 空间按一定规律重复排列形成的固 体物质
晶体分类：根据内部结构特点，可 分为金属晶体、离子晶体、共价晶 体等
添加标题
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晶体性质：由晶体内部结构决定， 包括光学、力学、热学、电学等性 质
晶体学应用：在材料科学、医学、 农业等领域有广泛应用
药物晶体结构研究
药物晶体结构 研究在药物设 计和开发中的
重要性
药物晶体结构 研究的方法和
技术
药物晶体结构 研究的应用实
例
药物晶体结构 研究的未来发
展方向
晶体结构在化学反应中的作用
晶体结构影响化学 反应速率
晶体结构决定反应 路径
晶体结构影响化学 反应选择性
晶体结构在药物合 成中的应用
Part Five
晶体结构与化学键
晶体结构对化学键的影响 常见的化学键类型 晶体结构与物质性质的关系 化学键在晶体结构中的作用
晶体结构与物理性质
晶体结构对物理性质的影响
晶体结构与光学性质的关系
晶体结构与电学性质的关系
晶体结构与磁学性质的关系
Part Four
晶体化学的应用
晶体材料的应用

探究: 下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石
(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子?
Na
Zn
I2
金刚石
钠、锌晶胞都是：8×1/8+1=2；
碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8；
金刚石：8×1/8+6×1/2+4=8。
1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推 知：甲晶体中A与B的离子个数比 为 1：1 ；乙晶体的化学式为 C2D ； 丙晶体的化学式为__E_F___；丁晶体的化 学式为__X_Y_3Z__。
4. 下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图， 其中有多少个分子？
8×
81+ 6 ×
1 2
=4
含4个CO2分子
5. 下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯
的个数比是多少？晶胞含多少个氯化钠？
Na原子：
8×
1 8
+
6
×
1 2
=4
Cl原子：
1+
12
×
1 2
=4
含4个钠、4个氯
6. 最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气
6.鉴别晶体和非晶体
（1）物理性质差异 如：外形、硬度、熔点、折光率
（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固
体进行X-射线衍射实验。
固体
外观
微观结构 自范性 各向 熔点 异性
具有规 粒子在三 晶体 则的几 维空间周 有
何外形 期性有序 排列
有各 固定
向异 性
非晶 体
不具有规 则的几何 外形
粒子排列 相对无序
2、特点：晶胞都是平行六面 体.晶胞在晶体中“无隙并 置”.

ab=90
素单位
ab=120
素单位
ab=90
素单位
ab=90
复单位
ab ab19200
素单位
平面格子的正当单位
一、晶体与非晶体
空间点阵 向空间三维方向伸展的点阵称为空间点阵。
• 选取三个不平行、不共面的单位 向量 a, b, c,可将空间点阵划分 为空间格子。空间格子一定是平 行六面体(晶格)。3个素向量的 长度a、b、c以及彼此间的夹角 ＝b c、＝a c、=a b称 为空间点阵的点阵参数。根据平 行六面体单位中包含的阵点的数
含2个阵点—复单位
平面点阵格子的划分
一、晶体与非晶体
划分平面格子的规则
格子划分不能是任意的, 在考虑对称性高的前提下，选取含阵点尽 量小的平行四边形单位。 按此原则划分出的格子称为正当格子。
平面正当格子只有 4 种形状 5 种型式
b a
b a
b a
b a
b a
正方格子 a=b 六方格子 a=b 矩形格子 ab 带心矩形格子 ab (一般)平行四边形格子
一维周期排列的结构及其点阵
一、晶体与非晶体
平面点阵 分面在平面上的点阵。
• 最简单的情况是等径圆球密置层，每个球抽取为一个点，这 些点即构成平面点阵。
b a
二维周期排列的结构及其点阵
一、晶体与非晶体
平面点阵 分面在平面上的点阵。
• 选择任意一个阵点为原点，连接两上最相邻的两个阵点作为 素向量a，再在其它某个方向上找到最相邻的一个点，作为素 向量b。素向量b的选择有无数种方式。素向量a和b的长度a、
2.周期性
(a) (b)
一、晶体与非晶体
最小重复单位
最小重复单位的选择不是唯一的

• 17-19世纪:
外形——内部结构的关系
•
1669年 丹麦 N. Steno
面角守恒定律
斯丹诺定律
• 律
1801年 法国 R. J. Hauy
晶面整数定
•
1806年 德国 C. S. Weiss
晶带定律推出六大晶系
对称定律、
•
1830年 德国 I. F. C. Hessel 晶体外形对
1895年 德国 伦琴 20世纪: 1912年 德国 劳厄
• 2.直线点阵(或晶棱)指标, [u, v, w]: • 用与直线点阵平行的向量表示, 说明该直
线点阵的取向.
互质整数[uvw] 也即晶向指数，假设其中有 负数，那么在数字上加一横线。
3.平面点阵(晶面)指标(h k l):
• 晶面指标的解释：
•
1.在分析晶体平面时，其平面指数常带有公因
子如〔220〕、〔422〕，其对应的点阵晶面指标却
为〔110〕、〔211〕，它所代表的是一组互相平行
的晶面；
•
2.当点阵面和某轴平行时，那么它和这一轴的
截距为∞，其倒数为0。
• 解释：晶面指标数值越大的晶面，其相 邻点阵面间距离越小，而且各点阵面中
点阵点的密度也较小，在晶体生长过程
中出现的时机也较小。实际晶体指标超 过10的极为罕见，超过5的也很少，一 般常见的大多是1、2、3等较小指数。
• 稳定性： 晶体内部粒子的规那么排列是粒子间
1.1 晶体结构的周期性
1.1.1 晶体结构的周期性与点阵 1. 晶体结构的周期性
晶体是一种内部粒子〔原子、分子、离子〕或粒 子集团在空间按一定规律周期性重复排列而成的固体。
两个重要的因素： 周期性重复的内容 第一要素 结构基元 周期性重复的方式 第二要素 重复周期的

第三章晶体结构与性质 第一节 晶体的常识
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1
第三章 晶体结构与性质
第一节 晶体的常识
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2
• 闪耀着六射星光的天然蓝宝石“亚洲之星”重330克拉，缅甸产，
世界著名珍宝，现藏于美国华盛顿私密森博物馆。
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3
• “库利南二号 ”317.4克拉，镶在英国国王冠上
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4
• 库利南大钻石是在1907年献给爱德华七世的，后被切割成几大块，其中最大
原子排列相对无序
• 说明:
(1)晶体自范性的本质:是晶体中粒子在微观空间里呈现周期 性的有序排列的宏观表象.
(2)晶体自范性的条件之一:生长速率适当.
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天然水晶球里的玛瑙和水晶
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探究实验
【实验1】 硫晶体的结晶 取少量硫粉置于蒸发皿中，加热至熔融态，停
止热，观察硫晶体的析出
【实验2】 碘的凝华 在一小烧杯中加入少量碘，用一个表面皿盖在
单质硫
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30
胆
冰
矾
糖
晶
体
明
矾
晶
水
体
晶
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黄黄水水晶晶
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32
祖母绿
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33
绿宝石
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34
猫眼石
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紫水晶
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水晶石
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自然界中美丽的雪花
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明 矾
观察图片,下列固体在外形上有什么区别?
玛瑙
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一、晶体与非晶体
• 1.概念
晶体:具有规则几何外形的固体。

②最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验
[课堂练习]
1、下列关于晶体与非晶体的说法正确的 是
A、晶体一定比非晶体的熔点高C
B、晶体有自范性但排列无序
C、非晶体无自范性而且排列无序
D、固体SiO2一定是晶体
2、区别晶体与非晶体最可靠的科学方法
是
Dபைடு நூலகம்
A、熔沸点 B、硬度
二、晶胞
1、晶胞:描述晶体结构的基本单元
谢谢
第一节 晶体的常识
一、晶体与非晶体
1、晶体与非晶体
晶体——具有规则几何外形的固体
非晶体——没有规则几何外形的固体 又称玻璃体
晶体
离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
2、晶体与非晶体性质对比
本质差异
晶体 非晶
自范 性
有
无
原微子观在结三维构空
各向异 强性度、导
间里呈周期性 热性、光
有序排列 学性质等
1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推
知：甲晶体中A与B的离子个数比为
；乙1：晶1 体的化学式为
；丙C晶2D体的
化学式为______；丁E晶F体可能的化学式
为______。 XY3Z
2、下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、 金刚石(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均 含有几个原子?
Zn
Na
I2
金刚石
3、钙-钛矿晶胞结构如图所示。观察 钙-钛矿晶胞结构，求该晶体中，钙、 钛、氧的微粒个数比为多少？
4、下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图 ，其中有多少个原子？
(8×
1 8
+
6
×
1 2
)×3
=12

➢ 单位格子：只包含一 个点阵点的格子叫单 位格子 。
➢ 复单位：即每一个格 子单位分摊到一个以 上的点阵点。
点阵
图1-4 平面点阵单位 上图所示，平行四边形I和II都 只分摊到一个点阵点，故它们 都是单位格子；平行四边形III 分摊到两个点阵点，故它是复 单位。
点阵
3.三维点阵(空间点阵)
➢分布在三维空间的点阵叫空间点阵。 ➢空间点阵对应的平移群可用下式表示：
T m n m p n a p b ,m c ,n ,p 0 , 1 , 2 (1 .
图1-5 空间点阵单位
点阵
➢空间格子：空间点阵按确定的 平行六面体单位划分后所形成 的格子称为空间格子 。
➢基本单位：每个平行六面体格 子单位只分摊到1个点阵点， 称为空间点阵的基本单位 。
我们把所有阵点可用位矢(1.1)、(1.2)或(1.3) 来描述的点阵称为布拉菲点阵。
➢ 点阵的这两条基本性质也正是判断一组点是否 为点阵的依据。
点阵
三.直线点阵、平面点阵与空间点阵
点阵和平移群
➢ 能使一个点阵复原的全部平移矢量组成 的一个平移群(它符合数学上群的定义) 称为该点阵对应的平移群。
➢ 点阵和平移群有一一对应的关系。一个 点阵所对应的平移群能够反映出该点阵 的全部特征。
第一章 晶体学基础
内容提要
晶体的基本性质 晶体结构几何理论的历史发展简况 点阵 平面点阵与空间点阵的性质 晶体的点阵结构 晶胞 典型晶体结构举例 晶向指数与面指数 晶体结构的对称性
第一节 晶体的基本性质
一.晶体与非晶体在宏观性质上的区别
➢晶体具有固定的外形，各向异性，固定 的熔点。 • 微细单晶体的集合体，称为多晶体 • 取向杂乱的单晶体集合成的多晶体， 显示出各向同性 • 择优取向的多晶体呈现出各向异性

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空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
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3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
1914年英国科学家布拉格父子用各种各 样的晶体作大量的衍射实验。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
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3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
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如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。