中国石油大学（华东）：《结构化学》课程电子教案（教学课件）第六章 固体

MTSD@UPC 第六章固体 任浩 材料物理系 renh @upc.edu.cn 2022/3/24 材料化学系：结构化学 1

MTSD@UPC 第六章 固体 任浩 材料物理系 renh@upc.edu.cn 2022/3/24 材料化学系：结构化学 1

MTSD@UPC 主要内容 ·晶体结构 ·固体中的化学键 ·机械性质和电磁性质 ·光学性质 2022/3/24 材料化学系：结构化学 2

MTSD@UPC • 晶体结构 • 固体中的化学键 • 机械性质和电磁性质 • 光学性质 2022/3/24 材料化学系：结构化学 2 主要内容

MTSD@UPC 第一节晶体结构 ·结构决定性质 ·结构决定什么性质？ ·结构怎样决定性质？ ·某类结构具有某类性质 ·已知所需性质，怎样获取相应结构？ ·结构：分子或固体中原子的相对位置或堆叠方式 ·应用方式： ·由已知结构一性质关联入手 ·构效关系 2022/3/24 材料化学系：结构化学 3

MTSD@UPC • 结构决定性质 • 结构决定什么性质？ • 结构怎样决定性质？ • 某类结构具有某类性质 • 已知所需性质，怎样获取相应结构？ • 结构：分子或固体中原子的相对位置或堆叠方式 • 应用方式： • 由已知结构—性质关联入手 • 构效关系 2022/3/24 材料化学系：结构化学 3 第一节 晶体结构

MTSD@UPC 第一节晶体结构 固体结构 ·固体：原子（离子)或分子的堆叠 ·怎样描述固体结构？ ·组成单元的排列方式 ·结构表征： ·X射线衍射(XRD) ·中子衍射 ·低能电子衍射 2022/3/24 材料化学系：结构化学 4

MTSD@UPC • 固体：原子（离子）或分子的堆叠 • 怎样描述固体结构？ • 组成单元的排列方式 • 结构表征： • X射线衍射（XRD） • 中子衍射 • 低能电子衍射 • …… 2022/3/24 材料化学系：结构化学 4 第一节 晶体结构 固体结构

MTSD@UPC 第一节晶体结构 晶格：周期性排列 ·晶体：“结构模板”按照特定规律重复堆叠 ·结构模板： ·原子 ·分子 ·离子 Lattice point ·原子或分子集合 Structural motif ·晶格（点阵) ·结构模板的规则排列 (空间位置)，结构模板空间位置的抽象表示 2022/3/24 材料化学系：结构化学 5

MTSD@UPC • 晶体：“结构模板”按照特定规律重复堆叠 • 结构模板： • 原子 • 分子 • 离子 • 原子或分子集合 • 晶格（点阵） • 结构模板的规则排列 （空间位置），结构模板空间位置的抽象表示 2022/3/24 材料化学系：结构化学 5 第一节 晶体结构 晶格：周期性排列

MTSD@UPC 第一节晶体结构 晶格：周期性排列 。晶格： ·三维空间中无限延伸的点的排列 ·每个位点与其邻位的相对位置和取向相同（局域化学 环境) ·)晶体结构 ·格，点可在结构模板的任意位置 ·平移对称性 2022/3/24 材料化学系：结构化学 6

MTSD@UPC • 晶格： • 三维空间中无限延伸的点的排列 • 每个位点与其邻位的相对位置和取向相同（局域化学 环境） • ➔ 晶体结构 • 格点可在结构模板的任意位置 • 平移对称性 2022/3/24 材料化学系：结构化学 6 第一节 晶体结构 晶格：周期性排列

MTSD@UPC 第一节晶体结构 晶格：单胞(unit cell) ·单胞：包含一个重复单位的平行六面体 ·晶体可通过平移单胞构建而成 ·元胞(primitive cel):由相邻格点连接而成 ·有无穷多种单胞选取方式，但元胞只有一种 2022/3/24 材料化学系：结构化学 7

MTSD@UPC • 单胞：包含一个重复单位的平行六面体 • 晶体可通过平移单胞构建而成 • 元胞（primitive cell）：由相邻格点连接而成 • 有无穷多种单胞选取方式，但元胞只有一种 2022/3/24 材料化学系：结构化学 7 第一节 晶体结构 晶格：单胞（unit cell）

MTSD@UPC 第一节晶体结构 晶格：单胞(unit cell) 晶格夫量：对于一个给定晶格，可选取一组三个线性无关 矢量，{a1,a2,a3},使得体系在沿该组矢量的任意线性组 合 Lathaz+laas= 进行空间平移后，体系不变。 b 方便起见，通常选取具有最短长 度且最接近相互正交（垂直）的 晶格矢量作为基矢。 2022/3/24 材料化学系：结构化学 8

MTSD@UPC 晶格矢量：对于一个给定晶格，可选取一组三个线性无关 矢量，{𝒂1, 𝒂2,𝒂3}，使得体系在沿该组矢量的任意线性组 合 𝑹 = 𝑙1𝒂1 + 𝑙2𝒂2 + 𝑙3𝒂3 = ෍ 𝑖=1 3 𝑙𝑖𝒂𝑖 进行空间平移后，体系不变。 2022/3/24 材料化学系：结构化学 8 第一节 晶体结构 晶格：单胞（unit cell） 方便起见，通常选取具有最短长 度且最接近相互正交（垂直）的 晶格矢量作为基矢

MTSD@UPC 第一节晶体结构 晶格：对称性分类，晶系 可按照晶胞所具有的旋转对称性对晶体进行分类 ·立方晶系：具有四个三重轴 ·单斜晶系：一个二重轴 ·三斜晶系：无旋转轴，通常三个基矢夹角不同 立方 单斜 三斜 cubic monoclinic triclinic 2022/3/24 材料化学系：结构化学 9

MTSD@UPC 可按照晶胞所具有的旋转对称性对晶体进行分类 • 立方晶系：具有四个三重轴 • 单斜晶系：一个二重轴 • 三斜晶系：无旋转轴，通常三个基矢夹角不同 2022/3/24 材料化学系：结构化学 9 第一节 晶体结构 晶格：对称性分类，晶系 立方 cubic 单斜 monoclinic 三斜 triclinic

MTSD@UPC 第一节晶体结构 七个晶系 Table 18A.1 The seven crystal systems System Essential symmetries Triclinic None Monoclinic One C2 axis Orthorhombic Three perpendicular C2 axes Rhombohedral One Ca axis Tetragonal One Ca axis Hexagonal One C axis Cubic Four C3 axes in a tetrahedral arrangement 2022/3/24 材料化学系：结构化学 10

MTSD@UPC 2022/3/24 材料化学系：结构化学 10 第一节 晶体结构 七个晶系