结构化学第7章 晶体的点阵结构和晶体的性质.pptx

第7章

晶体的点阵结构和晶体的性质;物质三种聚集态;1.概念

晶体：内部原子或分子呈周期性规律排列（长程有序）的固体物质。（晶体存在缺陷，长程有序并非绝对）

非晶体：短程有序（局部有序）的固体，又称玻璃态，无定形碳。

液晶：一维长程有序的液体。（比晶体无序，比液体有序）准晶：长程取向有序, 不具长程平移有序结构的物质.;2.晶体的基本性质;3.晶体的缺陷;点缺陷：包括空位、杂质原子、间隙原子、错位原子和变价原子等。原子在晶体内移动造成的正离子空位和间隙原子称为Frenkel缺陷；正负离子空位并存的缺陷称为Schottky缺陷。

线缺陷：最重要的是位错，位错是使晶体出现镶嵌结构的根源。

面缺陷：反映在晶面、堆积层错、晶粒和双晶的界面、晶畴的界面等。

体缺陷：反映在晶体中出现空洞、气泡、包裹物、沉积物等。;7.1.1 点阵、结构基元和晶胞;1.直线点阵;2.平面点阵：;素单位(素格子)：每个单位摊到一个点阵点的单位叫素单位。

复单位：每个单位摊到一个以上点阵点的单位叫复单位(复格子)。

正当单位(正当格子)：

尽量选取具有较规则形状的、面积较小的平行四边形单位叫正当单位。;平面点阵的正当单位可有四种形状，五种型式。;3.空间点阵：阵点分布在三维空间的点阵;对正当单位，选一点为原点，选以原点出发的三个不相平行的向量a,b,c为向量。晶体;立方cubica=b=c,;tP;mP;cI;hP;oP;mP;二.晶体具有点阵结构;1.从晶体点阵结构中抽象出点阵;通过等同点来判断结构基元的方法

等同点：把内容相同，周围环境也相同的原子叫一套等同点。

在一套等同点内，内容相同，周围环境也相同；在套与套之间，重复的周期一样，即方向大小一样。

等同点系：晶体的点阵结构是多套等同点的集合叫等同点系。;判断结构基元的方法;例2：对于无限伸长的长链高分子与相应的直线点阵;Cu（111面）密置层

（平行四边形虚线框中是一个结构基元，包含一个原子，对应一个点阵点）：

Cu（111面）的点阵：;例4：石墨晶面的点阵结构;为什么不能将每个C原子都抽象成点阵点？如果这样做，你会发现……;平面点阵型式：

平面六方;左图平行四边形虚???框中是一个结构基元，包含一个Na+与一个Cl-，Na+与Cl-在化学上不同，不能都被抽象成一个点阵点，只能合起来作为一个结构基元，抽象成一个点阵点。安放点阵点的位置是任意的，但必须保持一致，这就得到右图所示的点阵:;另一种等价的做法是：将左图矩形框中内容视为一个结构基元，抽象为一个点阵点:;;结构;CsCl晶体;等同点套数:;结构;结构;(e)金属镁结构;(f)金刚石结构;等同点套数:;NaCl型晶体结构;等同点套数:;7.1.2点阵参数和晶胞参数;按照a、b、c继续平移下去，点阵中就形成一套由3组直线交织成的网格，称为晶格或空间格子，其中包含无数并置的点阵单位。;点阵和晶格的含义相似，都是从晶体中抽象出来的几何图像，在英文中都称为lattice。点阵用结构基元抽象出的点阵点的空间排列反映晶体结构的周期性，晶格则用直线把点阵划分成平行并置的点阵单位来反映晶体结构的周期性。

点阵和晶格也有一点儿区别：对任何指定的晶体，其点阵具有唯一性，而晶格（及点阵单位）不具有唯一性。;连接直线点阵上相邻两个点阵点的向量是素向量，取法是唯一的；

连接不相邻的两个点阵点的向量是复向量

，取法有无穷多种。;2.平面点阵中的素单位和复单位

净含一个点阵点的平面单位是素单位，取法有无限多种，但面积都相等；净含点阵点多于一个的平面单位是复单位，取法也有无限多种。所以需要规定一种“正当平面单位”。;由a和b，a1和b，a和b1决定的是素单位;由a2和b，a和b2决定的是复单位。;正当平面单位的标准;3.空间点阵中的素单位和复单位;正当空间单位的标准:

与空间点阵对称性一致的平行六面体

直角数目尽可能多

包含点阵点数目尽可能少（即体积尽可能小）正当空间单位有7种形状，14种形式

空间单位净含点阵点数的计算法：顶点为1/8（因为八格共用）棱心为1/4（因为四格共用）面心为1/2（因为二格共用）格子内为1;点阵点阵点

直线点阵平面点阵空间点阵正当单位7种形状

14种Bravias格子;二.晶胞;研究晶体结构时，通常选取正当晶胞。正当晶胞可能是素晶胞，也可能是复晶胞。例如，左上图是CsCl型晶体的一个正当晶胞，它是素晶胞，抽象成晶格是素晶格；左下图是NaCl型晶体的一个正当晶胞，它是复晶胞，抽象成晶格是复晶格。

正当晶胞是研究晶体结构时最方便的单元，但只有素晶胞是代表晶体结构的最小单元。;原子的分数坐标;OP=xa+yb+zc;NaCl三维周期排列的结构及其点阵;练习：观察一些晶体的晶胞，辨认结构基元和原子的