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晶体结构晶体结构
((CrCrystystaall ttuurere))
晶体结构有多种分类方法
按化学键类型来分类:例如离子键(Ionic Bond)、共价键
(Covalent Bond)、金属键(Metallic Bond)、范德瓦尔键(Van der
Waals Bond)等。这方法的缺点是:①许多化合物晶体不是单一键
型的,例如层状结构的石墨在层内是共价键与金属键之间的中间
键型,而层之间却是范德瓦尔键型;②同一结构类型的晶体可能
有不同的化学键,例如NaCl和TaC同属AX型晶体结构,但前者为
离子键后者主要是金属键。
按化合物中各类原子的种类数目进行分类:例如单质晶体、二元
化合物、多元化合物晶体等。方法的缺点是:一些形式上相同的
化合物,但对称性却截然不同。例如NaCl和NiAs的晶体结构是不
同的,但同属于AX型结构;而NaCl和FeO2分属AX和AX2型结构,
但它们却具有相同的晶体结构。
考虑到晶胞的形状、大小与晶体生长习性间的联系等方面,将晶
体结构分为等向型、层型和链型三种类型。
22..11 晶体晶体结结构符号构符号
结构符号(Structure Symbol)
它是由《结构报告》年刊编者提出的。这类符号由大写英文
字母加上一个数字构成。
符号中的第一个大写字母表示结构的类型,后面的数字为顺
序号,不同的顺序号表示不同的结构,例如A1是铜型结构,B2是
CsCl型结构等,C3是FeS2结构等。
符号晶体类型符号晶体类型
A 主要是纯组元 E-K 更复杂的化合物
B AB型化合物 L 合金
O
C AB2型化合物有机化合物
D AmBn型化合物 S 硅酸盐
炣
Pearson符号
第一个小写英文字母表示所属晶系(用该晶系英文名的第一个字
母),三斜(Triclinic)用另一个英文“三斜”字(Anorthic)的字母
a,菱方点阵仍用六方的h。第二个大写英文字母表示它所属的布
喇菲点阵类型(例如P、I、F、C等),第三个数字表示单胞中的
原子数。
Pearson符
晶系布喇菲点阵 Pearson符号晶系布喇菲点阵
号
三斜 P a P 四方 P t P
单斜 P m P I t I
C m C 六方 P h P
正交 P o P 菱方 R h R
C o C 立方 P c P
F o F F c F
I o I I c I
炣
22..22 金属金属单单质的质的晶晶体结构体结构
在元素周期表中,共有70多种金属元素。
由于金属键不具有饱和性和方向性,使金属的晶体结构倾向于最
大限度填满空间,即最紧密堆垛。
致密度η
它是衡量堆垛紧密程度的,又称空间填充的效率η(Efficiency of
Space Filling)。它定义为晶体结构中单位体积中原子所占的体积。
一般把原子简单地看作是一个刚性球,以最近邻的两个原子的中
心定义为原子直径,如果一个单胞的体积为Ω,一个晶胞含有n个
原子,则晶胞致密度η为
n´V
η= 原子
Ω
配位数(CoodinativeNumber)
它是每个原子的最近邻数目(Nearest Neighbors) 。单质晶
体中最大的配位数为12,但在一些非单质的晶体中,可以大于
12 。因为金属结构一般有高的对称性,没有11、
10、9等数值。 CN顺序分别为12、8、6、4、2、1。金属结构大部分
是密堆的,大多是12或8。它们对应是面心立方、密排六
方和体心立方结构,大多数金属的晶体属于这些结构。
炣
讨论晶体结构时只讨论其单胞就够了。
我们将用原子刚性球模型讨论每个单胞所含的原子数以及这
些原子在晶体坐标中的点阵坐标,讨论晶体结构的配位数、原子
半径与点阵常数关系、致密度、原子堆垛方式以及晶体结构中的
间隙等。
面心立方结构
结构符号是A1,Pearson符号是cF4。
每个晶胞含4个原子
原子坐标为
0 0 0,0 1/2 1/2,
1/2 0 1/2和1/2 1/2 0
最紧密排列面是{111},密排方向
是<110>。原子直径是a/2<110>的长
度,即
r = a 2 4
面心立方结构的晶胞体积为a3,晶
胞内含4个原子,所以它的致密度η
为 3
4 æ 2 ö
4 3 4´ πç a÷
4´ πr 3 4
η= 3 = è ø
a3 a3
2
= π= 0