晶体结构(晶体结构有几种)

    

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晶体结构类型与典型结构

1.晶体结构类型

在晶体化学中,晶体结构晶体结构常根据最强化学键在结构空间的有种分布和原子或配位多面体联结的形式,将晶体结构划分为如下几种类型。晶体结构晶体结构

(1)岛状(island)

结构中存在原子团,有种团内的晶体结构晶体结构键强远大于团外键强,如橄榄石(Mg,有种Fe)2[SiO4]。晶体结构晶体结构

(2)环状(cycle)

结构中的有种配位多面体以角顶联结形成封闭的环,按环节的晶体结构晶体结构数目可以有三环、四环、有种六环等多种,晶体结构晶体结构环还可以重叠起来形成双环(如六方双环等),如绿柱石Be3Al2[Si6O18]。

(3)链状(chain)

最强的键趋向于单向分布。原子或配位多面体联结成链状,链间以弱键或数量较少的强键相联结,如辉石(Mg,Fe)2[Si2O6]、金红石TiO2。

(4)层状(sheet)

最强的键沿两度空间分布,原子或配位多面体联结成平面网层,层间以分子键或其他弱键相联结,如石墨(C)。

(5)架状(framwork)

最强键在三度空间均匀分布,但配位多面体主要以共角顶联结,同一角顶联结的配位多面体不超过两个,因而结构开阔,如a-石英(SiO2)。

(6)配位型(coordinate)

晶格中只有一种化学键存在,它可以是离子键、共价键或金属键。键在三度空间做均匀分布。按配位多面体的类型不同可分为:四面体配位型、八面体配位型和混合配位型。配位多面体之间可以共面、共棱或共角顶联结,同一角顶所联结的配位多面体不少于3个。如金刚石(C)。

(7)分子型(molecular)

晶体中的结构单位为中性分子,分子内部通常以较强的共价键联结,分子间以微弱的分子键即范德华力(the Van Der Weals bond)相联结,如自然硫(S)。

以上结构类型的具体分析,将在矿物各论中结合具体矿物的晶体结构详细描述。

2.典型结构

不同晶体的结构,若其对应质点的排列方式相同,则称它们的结构是等型的。结构型常以某一种晶体为代表而命名,这些作为代表的晶体结构称之为典型结构。如石盐(NaCl)、方铅矿(PbS)、方镁石(MgO)等晶体的结构等型,我们以其中的NaCl晶体作为代表而命名为NaCl型结构。即“NaCl”结构为一典型结构,而方铅矿、方镁石等晶体具“NaCl型”结构。

在晶体化学中,常将典型结构作为某一类晶体结构的代表,从而使晶体结构分析更为便捷。除上述方铅矿、方镁石等组成元素与作为典型的晶体中相应元素在空间上一一对应,因而其结构可用典型结构描述外,一些在几何特征上与典型结构近似的晶体结构稍加补充说明后,也可借典型结构来描述,称为某典型结构的“衍生结构”。如黄铁矿(FeS2)中每2个S与1个Fe相间排列,与石盐中Na和Cl的排布近似,其结构便可视为“NaCl型”结构的衍生结构(见“硫化物及其类似化合物矿物大类”有关描述)。

本书将在矿物各论中对常见的一些典型结构加以介绍。这里以金红石(TiO2)型结构为例,简单说明晶体结构的基本描述方法。

为了直观地展现晶体的结构特征,通常采用3种结构图形,即原子堆积图、球棒图和配位多面体图。原子堆积图是以球体表示晶体中原子彼此接触堆积的图形,通常由阴离子做紧密堆积,阳离子充填其空隙(图8-17a);球棒图是用适当大小的球体代表结构中的原子,其间用细线联结表示成键关系(图8-17b);配位多面体图是以配位多面体的形式表示出结构在三维空间中的联结关系(图8-17c,示出了多个晶胞,配位八面体为[TiO6],按两种方位排列)。

图8-17 表示金红石晶体结构的原子堆积图(a)、球棒图(b)和配位多面体图(c)

大、小球分别代表O2--和Ti4+

晶体结构测定表明,金红石的成分为TiO2,四方晶系,空间群

P44/mnm,a0=0.458nm,c0=0.295nm。晶体结构和空间群如图8-15和图8-17所示。其结构分析应注意以下内容。

格子类型分析 在金红石的晶体结构中,Ti4+位于单位晶胞的角顶和体心。由于位于单位晶胞角顶上的Ti4+与O2--组成的配位八面体的方位与位于晶胞体心处的Ti4+与O2--组成的配位八面体方位不同(图8-17c),即这两种Ti4+周围环境不同,属于两套相当点,画空间格子时,只能以一套相当点来画,所以金红石的空间格子就是原始格子而不是体心格子,即位于晶胞角顶上的一套Ti4+组成一套四方原始格子,而位于体心的另一套Ti4+组成另一套四方原始格子。

堆积形式及配位数、配位多面体分析 在晶体结构中,O2--呈近似于六方最紧密堆积,位于以Ti4+为角顶组成的平面三角形的中心,配位数CN=3;Ti4+位于八面体空隙中,配位数CN=6;[TiO6]八面体沿c轴以共棱的方式联结成链,链间八面体共角顶相连,因此其结构属链状。这一结构特征可较好地解释金红石沿c轴延伸的柱状、针状晶形和平行c轴的解理。

“Z”值分析 此处“Z”是指单位晶胞中所含的相当于化学式的“分子数”。由于每一角顶上的Ti4+为相邻的8个单位晶胞所共有,故该晶胞只占1/8;所以单位晶胞中Ti4+的数目为{8(角顶上的Ti4+)×1/8+1(体心的Ti4+)}=2。O2-有4个位于单位晶胞的上、下底面上,另两个O2-位于单位晶胞内。由于位于晶胞上、下底面上的O2为两个晶胞所共有,故单位晶胞中O2-的数目为(4×1/2+2)=4个。这样,单位晶胞中有2个Ti4+,4个O2-,即为2(TiO2),相当于2倍的化学式,因此Z=2。

什么是晶体结构?

晶体

内部

原子

离子

分子

空间

作三维

周期性

规则排列其

基本结构

特征

任晶体总找套与三维周期性

对应基

向量

及与之相应

晶胞

因此

晶体结构

看作由内含相同具

平行六面体

形状

晶胞按前、、左、右、上、下

方向

彼此相邻并置而组成集合

晶体学

对晶体结构表达采取原子分立分布

方式

亦用具连续分布

电子密度

函数

方式

晶体结构即晶体

微观结构

指晶体

实际

质点

(原子、离子或分子)具体排列情况自界存

固态

物质分晶体和

非晶体

两大类固态

金属

合金

大都晶体晶体与非晶体

本质

差别

于组成晶体原子、离子、分子等质点规则排列(

长程序

)而非晶体些质点除与其近邻外

基本上

无规则地堆积起(

短程序

)金属及合金大多数情况下都

结晶状态

使用晶体结构决定固态金属

物理

化学

力学性能

基本因素

什么是晶体结构 晶体结构介绍

1、晶体结构即晶体的微观结构,是指晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况。自然界存在的固态物质可分为晶体和非晶体两大类,固态的金属与合金大都是晶体。晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的(长程序),而非晶体中这些质点除与其最相近外,基本上无规则地堆积在一起(短程序)。

2、金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。

晶体结构一共有哪几种?越多越好.

晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型.晶体都有一定的对称性,有32种对称元素系,对应的对称动作群称做晶体系点群.按照内部质点间作用力性质不同,晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体,如食盐、金刚石、干冰和各种金属等.同一晶体也有单晶和多晶(或粉晶)的区别.在实际中还存在混合型晶体.

晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型

单斜晶系,立方晶系,三方晶系,六方晶系,

表2.1 常见的金属晶格类型

名称 示 意 图 原 子 排 列 常 见 金 属

体心

立方

晶格

晶胞为一个立方体,立方体的八个顶角上各有一个原子,立方体中心有一个原子 铬、钨、钼、铌、钒及α-铁等

面心

立方

晶格

晶胞为一个立方体,立方体的八个顶角上各有一个原子,立方体的六个面的中心各有一个原子 铝、铜、镍、铅和γ-铁等

密排

六方

晶格

晶胞是一个正六棱柱体,在柱体的12个顶角上各有一个原子,上下底面的中心各有一个原子 镁、锌、铍、镉和α-钛等

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