第十讲晶体化学1最紧密堆积配们多面体详解.ppt

第二部分 矿物晶体化学基础 何谓矿物晶体化学？ 前面我们在讨论矿物晶体结构的对称规律时，是将结构中的质点作为几何点来考察的，但实际晶体中这些点是各种具体的原子、离子和分子，它们是晶体的化学组成。显然，矿物晶体的内部结构和其化学组成是决定矿物晶体各种性质的两个最基本因素，两者紧密联系，相互制约，有其自身内在的规律性，矿物晶体化学即研究和探索这些规律性。 第十讲：矿物晶体化学（一） 一 最紧密堆积原理 二 配为数和配位多面体 在矿物的晶体结构中，除了具方向性和饱和性的共价键组成的原子晶格外，其它晶格的质点总是倾向尽可能地呈最紧密堆积或近似紧密堆积以降低内能。大多数金属的结构是等大球体的最紧密堆积，大多数的离子化合物可以看成是阴离子作最紧密堆积，而阳离子充填于它们的空隙。因此，研究球体的紧密堆积具有重要意义。 等大球体紧密堆积 不等大球体紧密堆积 （一）等大球体紧密堆积 1）堆积方式； 2）球体空隙 3）空隙数与球体数的关系 1 .基本概念 在晶体结构中，原子或离子是按照一定方式与周围的原子或离子相接触的，每个原子或离子周围最邻近的原子或异号离子的数目称为该原子或离子的配位数。 以一个原子或离子为中心，将其周围与之成配位关系的原子或离子的中心联接起来，所获得的多面体称为配位多面体。重要的是阳离子的配位数。 CsCL晶体，Cs配位数为8，其配位多面体为立方体 2. 影响配位数的因素： 内因： 质点的相对大小； 离子极化与堆积紧密程度； 外因：温度和压力 实例 单质晶体——金属晶体为主，配位数大，通常为12。例：Au、Cu。 共价晶体——受共价键的影响，配位数偏小。例：金刚石（4）。 离子晶体——当异号离子相互接触时，晶体结构最为稳定，否则，结构不稳定。在离子化合物中，主要的阳离子配位数为4和6。 * * * * * 一 最紧密堆积原理 在晶体结构中，呈格子状排列的原子或离子的中心之间常保持一定的距离，这一现象表明：结构中的每个原子或离子各自都有一个确定的磁场作用范围，通常把这个作用范围看作是球形的，并把它的半径作为原子或离子的有效半径来看待。晶体结构中，质点的规则排列是质点间的引力和斥力达到平衡的结果。 这表明：质点之间趋向于尽可能的相互靠近、形成最紧密堆积以达到内能最小，使晶体处于最稳定状态。 因此，矿物晶体就可为一近似地看成球体的堆积。可以利用球体密堆积原理加以讨论。 类型 内容 1）堆积方式（等大球体） 第一层分布： 等径球在一个平面内的最紧密堆积只有一种形式。此时，每个球体（A）周围有6个球，并在球体之间形成两套数目相等、指向相反的弧线三角形空隙： B：弧线三角形朝下 C：弧线三角形朝上 第二层分布： 为了能最紧密堆积，在继续堆积第二层球时，球必须放在前一层产生的空隙上。可以放在B处，也可以放在C处。但是，二者只要旋转180°后，则完全相同。因此，只有一种堆积形式。 1）. 堆积方式（等大球体） 1）. 堆积方式（等大球体） 第1种情况： 第三层球与第一层球重复，之后，第四层球与第二层球重复，即ABAB……堆积，此时球体在空间的分布恰好与空间格子中的六方格子一致，称为六方最紧密堆积。 第三层分布：当堆积第三层时，有两种情况。 六方最紧密堆积：ABAB….. 第2种情况： 第三层球与前两层球都不重复，如第二层球位于B处，则第三层球位于C处，而第四层球与第一层球重复，第二层球与第五层球、第三层球与第六层球重复，即ABCABC……堆积，此时球体在空间的分布恰好与空间格子中的立方面心格子一致，称为立方最紧密堆积。 1）. 堆积方式（等大球体） 第三层分布：当堆积第三层时，有两种情况。 因相当点是按立方面心格子分布的，故称之为立方（面心）最紧密堆积，其最紧密堆积的球层平行于立方面心格子 的（111）面网. 立方最紧密堆积：ABCABC….. 球体空隙占整体空间的25.95％。 2）. 球体空隙 A-四面体空隙：联结4个球体的中心形成。 B-八面体空隙：6个球体上、下两层，且错开60°，联结其中心形成。 八面体空隙较四面体空隙大些 B A 六方最紧密堆积—四面体空隙和八面体空隙各自上下相对。 立方最紧密堆积—四面体空隙和八面体空隙相间分布。 若有n个球作最紧密堆积，则应有n个八面体空隙，2n个四面体空隙。 3）. 空隙数与球体数的关系 在立方和六方两种最紧密堆积中，球体周围的空隙分布情况虽然不同，但数目相同，即每个球周围有6个八面体空隙和8个四面体空隙。 ? 由于八面体由6个球心的联线组