常见的晶体结构与离子 晶体结构
2020年4月26日星期日
1.3.1常见的晶体结构
•A1或FCC
A2或BCC
A3或HCP
•a
•<110>方向为密排方向
•面心立方点阵参数与原子半径的关系
•a
•a
•<111>方向为密排方向
•面心立方点阵参数与原子半径的关系
•2r
•r=a/2
•2r •<110>方向为密排方向
•C
•A
•C
•B
•C
•B
•C •C
•B
•B
•C
•B
•A
•B
•(b) 面心立方晶胞
•3、六方最密堆积（A3)型
• 在密置双层ＡＢ
的基础上将第3层球堆 •Ａ
上去，第３层与Ｂ层接 •Ｂ
触，其球心的投影与Ａ 球的球心重合，称第３
•Ａ ••ＡＢ
层为Ａ层。同理第四层 •Ｂ
为Ｂ层，依此类推。Ａ
３型堆积记为ＡＢＡＢ
•图
…型堆积。
4(a)
晶格间隙
• 面心立方结构
面心立方晶体结构的晶格间隙
体心立方晶体结构的晶格间隙
密排六方晶体结构的晶格间隙
多晶型性
• 定义：合金元素具有两种 或两种类型以上的晶体结 构的特性即为元素的多晶 型性，也称同素异构性。
• 当外界条件改变时，元素 的晶体结构可以发生转变 ，称为同素异构转变或多 晶型转变。
• 转变的产物称为同素异构 体。
• 很多元素在高温下具有体 心立方结构，而在低温下 往往具有密排结构（面心 立方或密排六方）。
1.3.2离子晶体结构
• AB型化合物的晶体结构 • AB2型化合物的晶体结构 • A2B3型化合物的晶体结构
•A CsCl型结构
•CsCl的晶体结构示意图
•B-NaCl型结构
• SiO2虽有多种同素异构体 ，但其他的结构都可看成 是由-方石英的结构变形 而得。
A2B3型化合物的晶体结构
• 以-Al2O3为代表的刚玉型结 构是A2B3型化合物的典型晶体 结构。
• 属菱方晶系，O2-近似作密排 六方堆积，Al3+位于八面体间 隙中，但只占据这种间隙的 2/3， Al3+的配位数为6，O2的配位数为4，每个晶胞含有4 个Al3+和6个O2-。
• 属于刚玉型结构的化合物还有 Cr2O3、-Fe2O3、-Ga2O3等 。
共价晶体结构
• 金刚石是碳的一种结晶形 式，每个碳原子均有4个 等距离的最近邻原子，全 部按共价键结合。晶体结 构属于复杂的面心立方结 构，碳原子除按通常的面 心立方结构排列外，相当 于交叉排列的4个四面体 间隙中心位置，故每个晶 胞内共含有8碳个原子。 具有金刚石型结构的共价 晶体还有-Sn、Si、Ge 。
• 其属菱方晶系， 配位数为3，即 每个原子有3个 最近邻的原子， 以共价键方式相 结合并形成层状 结构，层间具有 金属键性质。
• 其属六方晶系，配位数 为2，每个原子有2个近 邻原子，以共价键方式
相结合，原子组成呈螺 旋分布的链状结构。
•---Cl- •--- Na+
C-立方ZnS型结构
• 该结构又称闪锌矿型立方 (ZnS)，属立方晶系面心立方 点阵
• S2-构成面心立方点阵，而 Zn2+则交叉分布在其中的四个 四面体间隙中，正负离子的 配位数均为4，每个晶胞含有 4个Zn2+和4个S2-
• Be、Cd的硫化物、硒化物、 碲化物及CuCl也属此类型结 构。
•图3（a）
•4、面心立方最密堆积（A1)型
• a 、 在密置双层 AB的基础上，第三 层球的球心投影到 AB层的正八面体空 隙的中心上且与B层 紧邻，称第三层为C 层。以后第四、五、 六层的投影位置分别 与第一、二、三层重 合。ABCABC…型堆 积
• b、 把每个 球当成一个结构 基元，A1型堆积 可抽出一个立方 面心晶胞。
D-六方ZnS型结构
• 六方ZnS型又叫纤锌矿型 ，属六方晶系密排六方结 构
• S2-构成密排六方点阵，而 Zn2+则占交叉占据其中一 半的四面体间隙，正负离 子的配位数均为4，每个 晶胞含有6个Zn2+和6个 S2-
• 属于这种结构类型的还有 SiC、ZnO、ZnSe、AgI 、BeO等。
(二) AB2型化合物的晶体结构
• 在体心立方结构中最密晶面不是密排面 • 密排面上每个原子和最近邻的原子之间都
是相切的
•③ 三维密排：不在同一平 面上的相邻四球相切（堆垛 ） • 将两个密置层（分别 称为A层和B层）叠加起来 作最密堆积称为密排双层 ，这也只有一种叠合方式 。
• 叠合过程为：将第二层球 的球心投影到第一层中由三 个球所围成的三角形空隙的 中心上，及上、下两层密置 层相互接触并平行地互相错 开。如下图：
• CaF2（萤石）型结构 • CaF2属立方晶系面心立方点阵 • Ca2+构成面心立方点阵，F-则
位于其中8个四面体间隙中心位 置，即填充了全部的四面体间 隙， Ca2+的配位数为8，F-的 配位数为4，每个晶胞含有4个 Ca2+和8个F-。 • 属Th于O2C、aFC2e型O结2、构V的O2化、合Zr物O还2等有。
TiO2（金红石）型结构
• 金红石是TiO2的一 种稳定型结构，属 四方晶系体心四方 点阵
-方石英（方晶石）型结构
• 方晶石为SiO2高温时的同 素异构体，属立方晶系
• Si4+占据全部面心立方结 点位置和交叉占据其中一 半的四面体间隙， Si4+的 配位数为4，O2-的配位数 为2，每个晶胞含有8个 Si4+和16个O2-
•面心立方点阵参数与原子半径的关系
配位数
•晶体用配位数和致密度来描述原子排列的紧密程度
•面心立方结构
•<111>晶面
体心立方结构
密排六方结构
•<0001>晶面
•2、金属晶体中的原子堆垛方式
•① 一维密排：•在同一直线上相邻两球相切 • 沿直线方向将等径圆球紧密排列成一列叫做 密排方向
•a
• 若把每个球作为一个 结构基元，可由密置层抽 出一个平面六方点阵，正 当格子为平面六方格子。
•② 密排面（二维密排）：任意不在同一直线上三球相切
• 沿二维空间伸展的等径圆球的最密堆积形式叫密排面，它只有一种 排列方式。（如图2）在密置层中每个球都与周围六个球紧密接触，配位 数为6，三个球形成一个三角形空隙，因此每个球分摊两个三角形空隙。
排面的区别
• 在面心立方和密排六方结构中最密晶面就 是密排面