晶 体 结 构
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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。