离子晶体结构课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,,*,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,2.4.1,离子晶体的结构规则,1.,负离子配位多面体原则,（,鲍林第一规则）,,在正离子周围，形成一,个负离子配位多面体，正负离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半径之比离子晶体结构视为由负离子多面体按一定方式连接而成，正离子处于负离子多面体的中央为形成稳定结构，一个正离子趋向于以尽可能多的负离子为邻，即尽可能大的配位数1,,正负离子半径比值与配位数的关系,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2,,2.,电价规则,(,鲍林第二规则,),在一个稳定的晶体结构中，每一个负离子的电价等于从邻近的正离子配给该负离子各静电键强度的总和3.,负离子多面体共用顶、棱和面的规则,,（,鲍林第三规则,）,,在配位结构中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性3,,,四面体的共顶、共面和共棱联结,共顶、共棱、共面时，中心正离子间的距离为,：,,1：0.58,：,0.33,,4,,共顶、共棱、共面时，中心正离子间的距离为：1：0.71:0.58,幻灯片,11,八面体的共顶、共面和共棱联结,,5,,4.,不同种类正离子配位多面体间连接规则,,（鲍林第四规则）,在含有两种以上正离子的离子晶体中，一些电价较高、 配位数较低的正离子配位多面体之间有尽量互不结合的趋势。

5,、节约规则,（鲍林第五规则,,）,在晶体中，本质上不同组成的结构单元的数目，趋向了最少6,,典型的离子晶体的结构,晶胞中离子的排列，离子的配位数，晶体常数与离子半径关系式，一个晶胞所占有正负离子的数目，质点所处的空间坐标，空间格子类型以及同型结构的化合物等要求掌握的具体内容：,1.AB,型化合物结构,,7,,（1）CsCL型结构：CsBr,CsI,图2-52 CsCL晶胞,,8,,图2-53 NaCl晶胞,（2）NaCl型结构：MgO,FeO,TiN,TiC等,,9,,图2-54 -ZnS晶胞,Zn,S,（3）,立方,ZnS,型(闪锌矿型）结构：CdS,CuCl等,25,0,25,0,0,50,75,75,0,,50,50,0,50,,10,,图2-55 a-ZnS晶胞,Zn,S,六方,ZnS,型（纤锌矿型）结构,,11,,,立方,ZnS,和六方,ZnS,是非常重要的两种晶体结构 已投入使用的半导体除,Si,、,Ge,单晶为金刚石型结构外，,III-V,族和,II-VI,族的半导体晶体都是,ZnS,型，且以立方,ZnS,型为主,.,例如：,GaP, GaAs, GaSb,，,InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe,。

12,,2.AB,2,型化合物结构,(1),,CaF,2,(,萤石型）结构,,13,,属于立方面心点阵， 结构单元为一个,CaF,2,,,SrF,2,,,CeO,2,,,,UO,2,,HgF,2,等晶体属,CaF,2,型，而,Li,2,O, Na,2,O, Be,2,C,等晶体属反萤石型，即正离子占据,F,-,离子位置，负离子占据,Ca,2+,的位置,14,,（,2,）金红石型结构,四方简单点阵，每个晶胞,2,个,Ti,2+,，,4,个,O,2-,O,2-,近似按立方,A,1,型堆积，,Ti,4+,填充了变形八面体空隙中（占据率,50%,）,, O,2-,的配位数为,3,，,Ti,4+,的配位数为,6,15,,Ti,4+,：,,O,2-,：,,u,为一结构参数，金红石本身,u,,= 0.31,MgF,2,, FeF,2,, VO,2,，,CrO,2,，,PbO,2,，,WO,2,，,MoO,2,等为金红石型分数坐标：,,16,,3.A,2,B,3,型化合物结构,O,2-,近似,作六方最紧密堆积，配位数为,4,，堆积层垂直于三次轴,，,Al,3+,充填了,O,2-,形成的八面体空隙数的,2/3,,每三个相邻的八面体空隙有一个是,有规则,地空着；每个晶胞含,4,个,Al,3+,和,6,个,O,2-,。

刚玉型结构,,17,,Al,3+,空隙,D,E,F,O,A,Al,D,O,B,Al,E,O,A,Al,F,O,B,Al,D,,O,A,Al,E,O,B,Al,F,O,A,Al,D,O,B,,,18,,平行,3,次轴方向上，两个实心八面体和一个空心八面体相间排列,每三个相邻的八面体就有一个有规则地空着，这样,六层,构成一个,周期,19,,4.ABO,3,型化合物结构：,CaTiO,3,型和,CaCO,3,方解石型,CaTiO,3,晶体结构,:,立方,P,，,Ca,2,+,位于角顶，,O,2-,位于面心，,Ti,4+,位于立方体中心；,以,Ca,2+,和,O,2-,作面心立方紧密堆积，形成,4n,个八面体空隙和,8n,个四面体空隙，,Ti,4+,填入的,1/4,八面体空隙中,CaTiO,3,高温下为立方晶系，低温下为正交晶系20,,图2-49 尖晶石型晶体结构,,5.AB,2,O,4,型化合物结构,:,尖晶石,MgAl,2,O,4,,尖晶石,MgAl,2,O,4,的四面体空隙中，而,Al,3+,填入,的八面体空隙中,,的四面体空隙中，而,Al,3+,填入,的八面体空隙中,,的八面体空隙中,,以,O,2-,作立方紧密堆积，形成,4n,个八面体空隙和,,8n,个四面体空隙，,Mg,2+,填入,1/8,的四面体空隙,,而,Al,3+,填,入,1/2,的八面体空隙。

21,,2.4.3 硅酸盐的晶体结构,硅酸盐晶体结构结构特点,:,(2),结构中,Si-O-Si,键为键角,145,0,的折线4),硅氧四面体间只能共顶连接，而不能共棱和共面连接1),基本结构单元是硅氧四面体3),每一个,O,2-,最多只能连接二个硅氧四面体22,,,[SiO,4,],4,-,四面体,是硅酸盐的基本构造单位，可孤立地存在；也可以角顶相联形成多种复杂的络阴离子，即各种形式的硅氧骨干，再与金属阳离子结合形成多种硅酸盐矿物23,,,返回,桥氧,,,24,,活性氧,（,非桥氧,）,：,,,[SiO,4,],4-,四面体中与1个Si相联结的O,惰性氧,（,桥氧,桥氧,）,：,,,[SiO,4,],4-,四面体中与2个Si相联结的O,，,其电荷已中和,25,,一、孤岛状结构,,SiO,4,,四面体在结构中不直接连接,,,而靠,,MO,6,,连接起来的,,,即,,SiO,4,,四面体被,,MO,6,,八面体隔离络阴离子,:,,,SiO,4,,4--,,Zr,,SiO,4,,(,锆英石,),、,Mg,2,,SiO,4,,(,镁橄榄石,),，,(MgFe),2,,SiO,4,,(,橄榄石,),晶体代表,:,,,26,,橄榄石,,(Mg,Fe),2,[SiO,4,],返回,,27,,金绿柱石,铯绿柱石,海蓝宝石,,28,,二、组群状结构,,SiO,4,,四面体是以二个、三个、四个和六个通过公共氧连接而成的四面体群体，这种群体看成一个结构单元。

结构单元,在结构中不直接连接,,,而靠,,MO,6,,连接起来的络阴离子,:,,,Si,2,O,7,,6-,，,,,Si,3,O,9,,6-,， ,Si,4,O,12,,8-,，,Si,6,O,18,,12-,绿柱石结构,Be,3,Al,2,Si,6,O,18,,,堇青石结构,Mg,2,Al,3,AlSi,5,O,18,,晶体代表,:,,,29,,双四面体,返回,,30,,组群状 三方环,,31,,环状硅氧骨干,,下一页,,32,,环状硅氧骨干,绿柱石,,33,,绿柱石,Be,3,Al,2,[Si,6,O,18,],,34,,三、链状结构,,无数个,[SiO,4,],4-,间通过共用,2,或,3,个角顶，沿一个方向彼此相连，无限延伸成链链间为其他金属阳离子联结常见单链和双链络阴离子,:,,单链,,Si,2,O,6,,4-,双链,,Si,4,O,11,,6-,透辉石,CaMgSi,2,O,6,,,、,透闪,石,Ca,2,Mg,5,Si,4,O,11,,2,(OH),2,,晶体代表,:,,,35,,硅灰石,蔷薇辉石,辉石,返回,辉石,,,36,,双链,,（,莫来石，石棉等）,,37,,四、层状结构,,每个,[SiO,4,],4-,均以,3,个角顶分别与相邻的,3,个,[SiO,4,],4-,相连结而形成向二维空间无限延展的硅氧四面体层。

层状硅氧骨干,两层活性氧（及,OH),按最紧密堆积方式，上下层位置错开,OH,位于六方网格中心，与活性氧同高度,,38,,Mg,3,Si,4,O,10,(OH),2,(,滑石,),、,KAl,2,AlSi,3,O,10,(OH),2,(,白云母,),、,Al,2,Si,4,O,10,(OH),2,（叶腊石）,、,Al,4,Si,4,O,10,(OH),8,(,高岭石,),晶体代表,:,,络阴离子,:,,,Si,4,O,10,,12-,,按硅氧四面体层（,T,）和八面体层（,O),组合的型式，结构单元层有两种基本型式：,（,1,）双层型结构单元层（,TO,型）：如,高岭石,（,2,）三层型结构单元层（,TOT,型）：如,云母、,,,叶腊石,,39,,云母，蒙脱石,（,TOT,型）,,40,,OH,O,Al,[SiO,4,],TO,型,高岭石,,41,,五、架状结构,,硅氧四面体所有四个顶点均与相邻硅氧四面体的顶点相连,,,并向三维空间伸延的架状结构络阴离子,:,,,SiO,2,,石英,SiO,2,，,KAlSi,3,O,8,,（钾长石），,NaAlSi,3,O,8,,（钠长石），,CaAl,2,Si,2,O,8,,（钙长石）和,BaAl,2,Si,2,O,8,,（钡长石）,晶体代表,:,,,42,,石英架状,,43,,,架状硅酸盐晶体结构特征是,[SiO,4,],四个顶角氧都与相邻的,[SiO,4,],共有，,[SiO,4,],排列成具有三维空间的网络结构。

石英就属于架状硅酸盐结构，图示出了,a-,方石英的晶体结构，,Si,4+,的排列方式与金刚石结构完全相同，在距离最近且完全等距离的每,2,个,Si,4+,之间插入,O,2-,，就构成了,a-,方石英的晶体结构石英晶体结构,,44,,长石晶体结构,在架状结构的硅氧四面体中，有部分,Si,4+,被,Al,3+,取代，形成由硅氧四面体和铝氧四面体组成的架状结构Si,4+,被,Al,3+,取代，使得结构中,O,2-,电价未被饱和，必须与其他正离子（,K,+,、,Na,+,、,Ca,2+,、,Ba,2+,等）结合，用以饱和,O,2-,的负电价,,45,,长石架状硅氧骨干,,46,,2.5 共价晶体结构,典型代表：金刚石的结构，,Si,SiC,ZnS,,47,,。