河南师范大学：《无机化学》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 晶体结构

第三章晶体结构 主要内容； 1.晶体学的基本概念，晶胞基本概念及 主要类型。 2.金属晶体、金属健及金属晶体的堆积 类型。 3.离子晶体、离子健、离子晶体的基本 类型及离子晶体结构模型。 4.分子晶体和原子晶体

第三章 晶体结构 主要内容 ； 1.晶体学的基本概念，晶胞基本概念及 主要类型。 2.金属晶体、金属健及金属晶体的堆积 类型。 3.离子晶体、离子健、离子晶体的基本 类型及离子晶体结构模型。 4.分子晶体和原子晶体

3-1 晶体 晶体的宏观特征： 自范性：晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形。 对称性：晶体理想外形中常常呈现形状和大小相 同的等同晶面。 均一性：质地均匀，具有确定的熔点。 各向异性：晶体的一些物理性质因晶体取向不同 而异。 晶体的微观特征： 平移对称性

3-1 晶 体 晶体的宏观特征： 自范性：晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形。 对称性：晶体理想外形中常常呈现形状和大小相 同的等同晶面。 均一性：质地均匀，具有确定的熔点。 各向异性：晶体的一些物理性质因晶体取向不同 而异。 晶体的微观特征： 平移对称性

3-2晶胞 晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无 隙并置起来，则得到晶体。 晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶 体具有相同的对称元素一 对称轴，对称面和对称中心)。 晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。 晶胞的本质属性：平移性 晶胞类型：体心晶胞符号1特征：可作体心平移 面心晶胞 F 可作面心平移 底心晶胞 可作底心平移

3-2 晶 胞 晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无 隙并置起来，则得到晶体。 晶胞的本质属性：平移性 晶胞类型：体心晶胞 符号I 特征：可作体心平移 面心晶胞 F 可作面心平移 底心晶胞 可作底心平移 晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性，即与晶 体具有相同的对称元素 —— 对称轴，对称面和对称中心 ) 。 晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体

3-3晶系 平行六面体晶胞中，表示三度的三个边长，称为三个晶轴， 三个晶轴的长度分别用a、b、c表示；三个晶轴之间的夹角分别 用a、B、Y表示。a、b的夹角为Y;a、c的夹角为B;b、c 的夹角为o。 按a、b、c之间的关系，以及o、B、Y之间的关系，晶体 可以分成7种不同的晶系，称为七大晶系。立方晶系、四方晶系、 正交晶系是这七类中的三类

3-3 晶 系 平行六面体晶胞中，表示三度的三个边长，称为三个晶轴， 三个晶轴的长度分别用 a、b、c 表示；三个晶轴之间的夹角分别 用 、、 表示。 a、b 的夹角为 ； a、c 的夹角为  ；b、c 的夹角为  。 按 a、b、c 之间的关系，以及 、、 之间的关系，晶体 可以分成 7 种不同的晶系，称为七大晶系。立方晶系、四方晶系、 正交晶系是这七类中的三类

a=b=c,a=B=Y=90° 立方晶系； a=b丰c,=B=y=90° 四方晶系； a≠b卡c,o=B=y=90° 正交晶系。 此外还有六方晶系，三方晶系，单斜晶系和三斜晶系

a = b = c ，  =  =  = 90° 立方晶系 ； a = b ≠ c ，  =  =  = 90° 四方晶系 ； a ≠ b ≠ c ， =  =  = 90° 正交晶系。 此外还有六方晶系，三方晶系，单斜晶系和三斜晶系

3-4 金属晶体 金属键的电子气理论 金属键的形象说法是，失去电子的金属离子浸在自由电子的 海洋中。 金属离子通过吸引自由电子联系在一起，形成金属晶体。这 就是金属键。 金属键无方向性，无固定的键能，金属键的强弱和自由电子 的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关， 很复杂。 金属键的强弱可以用金属原子化热等来衡量。金属原子化热 是指1ol金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热数 值小时，其熔点低，质地软；反之则熔点高，硬度大

一 金属键的电子气理论 金属键的形象说法是，失去电子的金属离子浸在自由电子的 海洋中。 金属离子通过吸引自由电子联系在一起，形成金属晶体。这 就是金属键。 3-4 金 属 晶 体 金属键无方向性，无固定的键能，金属键的强弱和自由电子 的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关， 很复杂。 金属键的强弱可以用金属原子化热等来衡量。金属原子化热 是指 1 mol 金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热数 值小时，其熔点低，质地软；反之则熔点高，硬度大

例如 Na A 原子化热 108.4kJmo-1 326.4 kJ-mol-1 m.p. 97.5℃ 660℃ b.p. 880℃ 1800℃ 金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出，故金属晶 体不透明，且有金属光泽。 在外电压的作用下，自由电子可以定向移动，故有导电性。 受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能 量。故金属是热的良导体。 金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的 延展性，与离子晶体的情况相反

例如 Na Al 原子化热 108.4 kJ∙mol－1 326.4 kJ∙mol－1 m.p. 97.5℃ 660 ℃ b.p. 880 ℃ 1800 ℃ 金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出，故金属晶 体不透明，且有金属光泽。 金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的 延展性，与离子晶体的情况相反。 在外电压的作用下，自由电子可以定向移动，故有导电性。 受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能 量。故金属是热的良导体

位错 。自由电子 金属离子 金属原子 二 金属晶体的密堆积结构 金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的。下面用等径刚 性球模型来讨论堆积方式。 在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围6个球相 切，在中心的周围形成6个凹位，将其算为第一层

二 金属晶体的密堆积结构 金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的。下面用等径刚 性球模型来讨论堆积方式。 在一个层中，最紧密的堆积方式，是一个球与周围 6 个球相 切，在中心的周围形成 6 个凹位，将其算为第一层。 自由电子 + 金属离子 金属原子 位错 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1,3,5位。（或对准2,4,6位，其情形是一样的) B 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧 密的堆积方式

1 2 3 5 4 6 第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一样的 ) 1 2 3 5 4 6 A B ， 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧 密的堆积方式

第一种是将球对准第一层的球。 下图是此种六方 紧密堆积的前视图 A B A 于是每两层形成一个周期， B 即ABAB堆积方式，形成六 A 方紧密堆积。 配位数12。（同层6，上下层各3)

下图是此种六方 紧密堆积的前视图 A B A B A 第一种是将球对准第一层的球。 1 2 3 5 4 6 于是每两层形成一个周期， 即 AB AB 堆积方式，形成六 方紧密堆积。 配位数 12 。 ( 同层 6，上下层各3 )