材料设计与计算方法第二章 晶体的几何结构和分类 3
《晶体结构与性质》 讲义
《晶体结构与性质》讲义一、晶体的定义与特征当物质内部的粒子（原子、分子或离子）在三维空间中呈现出周期性的有序排列时，我们就称这种物质为晶体。
晶体具有一些显著的特征。
首先，晶体具有规则的几何外形。
这是因为其内部粒子的有序排列决定了晶体在宏观上呈现出特定的形状。
其次，晶体具有固定的熔点。
当晶体受热时，温度升高到一定程度，晶体开始熔化，且在熔化过程中温度保持不变，直到完全熔化。
再者，晶体具有各向异性。
这意味着晶体在不同方向上的物理性质（如导电性、导热性、光学性质等）可能存在差异。
二、晶体结构的基本概念1、晶格为了描述晶体中粒子的排列规律，我们引入了晶格的概念。
晶格是由无数个相同的点在空间有规则地排列而成，这些点称为晶格点。
通过连接晶格点，可以得到晶格的框架。
2、晶胞晶胞是晶体结构中能够反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。
晶胞的形状和大小可以用三条棱边的长度 a、b、c 和它们之间的夹角α、β、γ来表示，这六个参数被称为晶胞参数。
3、原子坐标在晶胞中，原子的位置可以用原子坐标来表示。
通常以晶胞的某个顶点为原点，以晶胞的三条棱边为坐标轴，原子在晶胞中的位置可以用其在三个坐标轴上的分数坐标来确定。
三、常见的晶体结构类型1、离子晶体离子晶体是由阳离子和阴离子通过离子键结合而成。
典型的离子晶体如氯化钠（NaCl），钠离子和氯离子在空间交替排列。
离子晶体具有较高的熔点和沸点，硬度较大，在熔融状态或水溶液中能够导电。
2、原子晶体原子晶体中，原子之间通过共价键结合形成空间网状结构。
常见的原子晶体有金刚石和二氧化硅。
原子晶体具有很高的熔点和硬度，一般不导电。
3、分子晶体分子晶体中，分子之间通过分子间作用力（范德华力或氢键）结合。
例如干冰（固态二氧化碳）就是一种分子晶体。
分子晶体通常熔点和沸点较低，硬度较小。
4、金属晶体金属晶体由金属阳离子和自由电子通过金属键结合而成。
金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
四、晶体的性质1、光学性质晶体对光的折射、反射和吸收等性质与其内部结构密切相关。
第二章几何晶体学基础PPT课件
◆面心点阵。F
除8个顶点外， 每个面心上有 一个阵点，每 个阵胞上有4 个阵点
坐标分别为000，1/2 1/2 0， 1/2 0 1/2， 0 1/2 1/2
十四种布拉菲点阵
典型的金属晶体结构
• 简单点阵：每个阵胞只在顶点上有阵点， 每顶角的结点由8个阵胞所共有。
• 复杂点阵：每个阵胞除顶点外，体心或 面心也可能分布阵点。有两个或两个以 上的结点。
Na+
Cl-
• 等同点与结点 • 结构基元：原子、分子或其集团 • 晶体结构＝空间点阵＋结构基元
研究晶体结构，其根本就是
研究一个阵胞的特点
（大小、形状、原子位置、数目、 类型）
——空间点阵的几何特征，用阵 胞表示空间点阵种类。
X-ray结构分析：
• 测出空间点阵类型
分析结构基元特征 决定原子坐标
例1：立方晶系物质，a=3.6
ⅰ.
求（a
，b
*）平面上倒易阵点分布及指标。
ⅱ. 试证明其中110可描写（110）特征
，
①求
a
，b
*
方位
②求
a
，b
*
大小,平移
③标定指数
0 O*
b*
b
a
a
令
0 O*
1/a
b*
b
a
a
0 O* 100 200
110 210 010
020
120 220
a
d= H 2 K 2 L2
d112
o* 000 112 224 o
d224
当指数HKL增大，d减小， rHKL 增大
所以，(nH,nK,nL)与（HKL），n为整数
晶体形状计算
晶体形状计算
引言
晶体形状计算是一种通过数学建模和计算来确定晶体结构的方法。
通过计算晶体的形状，可以了解晶体的几何特征和晶体内部原子的排列。
计算方法
晶体形状计算通常基于以下几个步骤：
1. 建立晶体模型：首先，需要根据晶体的晶格参数和原子坐标信息，建立起晶体的模型。
2. 网络连接：在晶体模型中，通过连接相邻原子，形成晶体的化学键。
3. 范德华力能计算：计算晶体中原子之间的范德华力能。
范德华力能是原子之间的吸引力和排斥力的总和。
4. 能量最小化：通过对整个晶体系统进行能量最小化计算，找到晶体的能量最低点。
5. 形状确定：根据能量最低点，确定晶体的形状。
可以采用数学方法或几何分析来描述晶体的形状。
应用领域
晶体形状计算在材料科学、化学和固态物理等领域有广泛的应用。
具体应用包括但不限于：
- 预测晶体结构：通过计算晶体的形状，可以预测新材料的晶体结构，为新材料的合成提供指导。
- 材料设计：通过对晶体形状的计算和分析，可以优化材料的性能和性质，为材料设计提供依据。
- 晶体生长：晶体形状计算可以帮助理解晶体生长的机制和控制晶体生长的条件。
- 晶体表面特性：晶体形状计算还可以用于表面能计算和表面特性分析，从而了解晶体表面的性质和活性。
结论
晶体形状计算是一种通过数学建模和计算来确定晶体结构的方法。
它在材料科学、化学和固态物理等领域有广泛的应用。
通过计算晶体的形状，可以预测晶体结构、优化材料性能、了解晶体生长机制和分析晶体表面特性。
在未来的研究和应用中，晶体形状计算将继续发挥重要作用。
高中物理第二章固体液体和气体第一讲晶体和非晶体第二讲晶体的微观结构第三讲固体新材料教案粤教版选修33
2021年高中物理第二章固体液体和气体第一讲晶体和非晶体第二讲晶体的微观结构第三讲固体新材料教案粤教版选修33第二讲晶体的微观结构第三讲固体新材料[目标定位] 1.明白晶体和非晶体外形和物理性质上的区别.2.明白晶体可分为单晶体和多晶体.3.了解晶体的微观结构.4.了解固体新材料在生活、生产、科学研究等方面的应用.一、晶体和非晶体1.固体能够分为晶体和非晶体两类.晶体又能够分为单晶体与多晶体.2.石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体.3.单晶体有确定的几何形状，非晶体没有确定的几何形状.4.晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点；晶体的某些物理性质表现为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质差不多上一样的，表现为各向同性；多晶体是各向同性的.二、晶体的微观结构1.晶体的微观结构假说的内容：晶体内部的微粒是有规则地排列着的.2.假说提出的依据：晶体外形的规则性和物理性质的各向异性.3.实验验证：人们利用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后证实了晶体的内部粒子有规则排列的假说是正确的.4.微观结构理论的内容：(1)组成晶体的物质微粒(原子、分子或离子)按一定的规律在空间整齐排列.(2)晶体内部各微粒之间存在着专门强的相互作用力，微粒只能在各自的平稳位置邻近做微小振动.一、正确明白得晶体与非晶体的区别1.区别分类宏观外形物理性质非晶体没有确定的形状①没有固定的熔点；②导电、导热、光学性质表现为各向同性晶体单晶体有天然规则的形状①有确定的熔点；②导电、导热、光学性质表现为各向异性多晶体没有确定的形状①有确定的熔点；②导电、导热、光学性质表现为各向同性2.区别晶体和非晶体关键看有无固定的熔点，单晶体与多晶体的区别关键看有无规则的几何外形及是否有各向、异性.例1下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是( )A.所有的晶体都表现为各向异性B.晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体C.大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体D.所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点答案 D解析只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错；大粒盐磨成细盐，而细盐仍是形状规则的晶体，在放大镜下能清晰地观看到，故C错；晶体和非晶体的一个重要区别确实是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故D对.针对训练某一固体具有一定的熔点，那么它( )A.一定是晶体B.一定是非晶体C.是多晶体D.不一定是非晶体答案 A解析不管是单晶体依旧多晶体都有一定的熔点.例2如图1所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程.图中横轴表示时刻t，纵轴表示温度T.从图中能够确定的是( )图1A.晶体和非晶体均存在固定的熔点T0B.曲线M的bc段表示固液共存状态C.曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态D.曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态答案 B解析只有晶体存在固定的熔点T0，曲线M的bc段表示固液共存状态，曲线M的ab段表示固态，曲线N的ef段不表示固态，曲线N的fg段不表示液态，选项B正确，A、C、D错误.二、对晶体和非晶体的微观说明1.对单晶体各向异性的说明图2如图2所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情形.从图上能够看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同.直线AB上物质微粒较多，直线AD 上较少，直线AC上更少.正因为在不同方向上物质微粒的排列情形不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同.2.对晶体具有一定熔点的说明给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平稳位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸取的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化.3.对多晶体特点的微观说明晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，因此多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性.它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性.多晶体和非晶体的要紧区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有.4.对非晶体特点的微观说明在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒专门多的情形下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也确实是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情形差不多相同，因此非晶体在物理性质上表现为各向同性.6.对同素异构体的说明这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构，例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有专门大不同.白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构.例32010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的杰出研究.他们通过透亮胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐步减小，最终查找到了厚度只有的石墨烯，是碳的二维结构.如图3所示为石墨、石墨烯的微观结构，依照以上信息和已学知识判定，下列说法中正确的是( )图3A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体B.石墨是单质，石墨烯是化合物C.石墨、石墨烯与金刚石差不多上晶体D.他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的答案CD解析石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质，A、B错误，C正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确.故正确的答案为C、D.三、固体新材料1.新材料的差不多特点(1)新材料有优异的性能和宽敞的应用前景.(2)新材料的进展与新工艺、新技术紧密相关；(3)新材料往往具有专门性能，如超高强度、超高硬度、超塑性；(4)新材料的研发和应用推动了人类文明和社会的进步.2.新材料的以后(1)新材料科学正向着研究各种复合材料(例如复合金属材料、复合陶瓷材料、复合高分子材料)、研究并开发纳米材料、开发同时具有感知外界环境或参数变化和驱动功能的机敏材料、研究开发生物医学材料等方向进展.(2)新材料的制备工艺、检测仪器和运算机应用也是今后新材料科学技术进展的重要内容. 例4下列说法正确的是( )A.新材料专门的性能，它不仅包括专门的物理性能，也包括一些专门的化学性能B.制作集成电路时，尽管对硅单晶片的完整性有专门高的要求，然而能够承诺单晶片内原子的规则排列显现微小的缺陷C.纳米是长度单位，1nm＝10－10mD.金属薄膜能够配合读写磁头设计的改进，增大磁记录的密度答案 D解析新材料的专门性能是指物理性能，A错；制作集成电路的硅单晶片是不承诺硅单晶片内原子的规则排列显现微小的缺陷的，B错；1nm＝10－9m，C错；由于金属薄膜的晶粒尺寸小、晶粒各向异性大，晶粒间的相互交换作用弱，是能够配合读写磁头的改进增大磁记录的密度的，D正确.晶体与非晶体1.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )A.能够依照各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体B.一块平均薄片，沿各个方向对它施加拉力，发觉其强度一样，则此薄片一定是非晶体C.一个固体球，假如沿其各条直径方向的导电性不同，则该球体一定是单晶体D.一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则这块晶体一定是多晶体答案CD解析判定固体是否为晶体的标准是看是否有固定的熔点.多晶体和非晶体都具有各向同性和天然无规则的几何外形，单晶体具有各向异性和天然规则的几何外形.2.下列固体中全部属于晶体的是( )A.石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜B.石英、玻璃、云母、铜C.食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香D.蜂蜡、松香、橡胶、沥青答案 A晶体和非晶体的微观说明3.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )A.它们由不同的空间点阵构成B.晶体内部的物质微粒是有规则地排列的，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着C.晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的D.在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体答案 B解析空间点阵是晶体的一个专门结构，是晶体的一个特性，因此A是错误的；不管是晶体依旧非晶体，组成物质的微粒永久在做热运动，因此C是错误的；非晶体提不到什么层面的问题，即使是晶体，各个层面的微粒数也不见得相等，因此D也是错误的.故正确答案为B.4.某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体( )A.一定是非晶体B.可能具有确定的熔点C.一定是单晶体，因为它有规则的几何外形D.一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质答案 B解析导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是多晶体，因此，A选项不正确；多晶体具有确定的熔点，因此B选项正确；物体外形是否规则不是判定是否是单晶体的依据，应该说，单晶体具有规则的几何外形是“天生”的，而多晶体和非晶体也能够有规则的几何外形，因此这只能是“后天”人为加工的，因此C选项错误；单晶体也不一定各个物理特性都有各向异性，故D错.(时刻：60分钟)题组一晶体和非晶体1.下列说法中正确的是( )A.玻璃是晶体B.食盐是非晶体C.云母是晶体D.石英是非晶体答案 C解析玻璃是非晶体，食盐、云母、石英差不多上晶体，故选项C正确.2.云母薄片和玻璃片分别涂一层专门薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母薄片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图1所示，那么( )图1A.熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片B.熔化的石蜡呈圆形的是云母片C.实验说明玻璃片有各向同性，可能是非晶体D.实验说明云母有各向同性，是晶体答案AC解析单晶体在导热这一物理性质上具有各向异性，而非晶体则是各向同性.3.下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别( )A.食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状B.石墨可导电，沥青不能导电C.冰熔化时，温度保持不变，松香受热熔化时温度连续升高D.金刚石密度大，石墨密度小答案AC解析晶体有天然规则的几何外形，具有一定的熔点，而非晶体则没有，故A、C正确.4.下列说法正确的是( )A.黄金能够切割加工成各种形状，因此是非晶体B.同一种物质只能形成一种晶体C.单晶体的所有物理性质差不多上各向异性的D.玻璃没有确定的熔点，也没有天然规则的几何形状答案 D解析常见的金属差不多上多晶体，因而黄金也是多晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错；同一种物质能够形成多种晶体，如碳能够形成金刚石和石墨两种晶体，故B错；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，故C错；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D对.5.如图2a、b所示是两种不同物质的熔化曲线，依照曲线判定下列说法正确的是( )图2是晶体是晶体是非晶体是非晶体答案AD解析晶体在熔化过程中不断吸热，但温度却保持不变(熔点对应的温度)，而非晶体没有确定的熔点，加热过程，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体.6.如图3所示，ABCD是一厚度平均的由同一种材料构成的圆板.AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化(两种情形下都接触良好).关于圆板，下列说法正确的是( )图3A.圆板是非晶体B.圆板是多晶体C.圆板是单晶体D.圆板沿各个方向导电性能不同答案CD题组二晶体和非晶体的微观结构7.关于晶体和非晶体，下列说法正确的是( )A.人造晶体在现代技术中应用广泛，但没有固定的熔点B.晶体内部的物质微粒按一定规则排列且不停振动，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着C.晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒却在不停地运动着D.晶体管的制造材料是晶体答案BD解析有确定熔点是晶体的属性，A错误；组成物质的微粒永久在做热运动，不管是晶体依旧非晶体，B正确，C错误；晶体管是由晶体材料制成的，D正确.8.有关晶体的微观结构，下列说法中正确的有( )A.同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质B.同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质C.同种元素形成晶体只能有一种排列规律D.同种元素形成晶体可能有不同的排列规律答案BD解析同种元素的原子能够按不同结构排列，形成不同的物质，不同物质的物理性质不同，如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的物质密度、机械强度、导热性、导电性和光学性质等都有专门大差别，因此B、D正确，A、C错误.9.下列说法错误的是( )A.晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的B.有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构C.凡各向同性的物质一定是非晶体D.晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的答案 C解析晶体的外形、物理性质差不多上由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有如此的性质，C错误.10.下列关于探究晶体结构的几个结论中正确的是( )年，德国物理学家劳埃用X射线来探测固体内部的原子排列，才证实了晶体内部的物质微粒的确是按一定的规律整齐地排列起来的B.组成晶体的物质微粒，没有一定的规则在空间杂乱无章地排列着，同时晶体的微观结构没有周期性特点C.晶体内部各微粒之间还存在着专门强的相互作用力，这些作用力就像能够伸缩的弹簧一样，将微粒约束在一定的平稳位置上D.热运动时，晶体内部的微粒能够像气体分子那样在任意空间里做剧烈运动答案AC解析劳埃在1912年用X射线证实了晶体内部结构的规律性.而晶体内部微粒都只能在各自的平稳位置邻近振动，是因为微粒间存在着相互作用力的结果.题组三固体新材料11.纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用.下列关于晶体的说法正确的是( )A.晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动B.晶体内的微观粒子间的相互作用专门强，使各粒子紧紧地靠在一起C.晶体的微观粒子在不同方向上排列情形不同D.晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序，无法推测答案 C解析12.下列说法中不正确的是( )A.不锈钢具有专门强的耐腐蚀性，广泛应用于制造餐具、外科手术器械及化工设备B.有机高分子材料是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料C.复合材料则是由几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料D.玻璃钢不是复合材料答案 D解析玻璃钢、碳纤维和陶瓷复合材料差不多上新型的复合材料，D错.13.利用扫描隧道显微镜(STM)能够得到物质表面原子排列的图象，从而能够研究物质的构成规律.如图4所示的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观看、比较，能够看到这些材料差不多上由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特点.则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是：图4(1)；(2).答案(1)在确定方向上原子有规律地排列；在不同方向上原子的排列规律一样不同(2)原子排列具有一定的对称性解析从题图中能够看出，这几种材料的原子排列均有一定的规则，因此是晶体物质，具有晶体的特点.。
人教版高中化学选择性必修第2册 《物质的聚集状态晶体与非晶体》教学设计
《物质的聚集状态晶体与非晶体》教学设计一、课标解读“晶体与非晶体”是《普通高中化学课程标准（版修订）》中模块2物质结构与性质的主题2微粒间的相互作用与物质的性质中的内容。
1．内容要求了解晶体中微粒的空间排布存在周期性。
2．学业要求能说出晶体与非晶体的区别。
能结合实例描述晶体中微粒排列的周期性规律。
二、教材分析本节内容的功能价值是“发展宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养，引导学生形成微观结构决定晶体宏观特征的思想。
能从微观角度认识晶体不同于非晶体明显特征的原因，并从微观角度得出晶体与非晶体的区别，进而了解认识物质结构的方法，并为研究晶胞、认识物质结构的大门做准备。
在新人教版教材中不仅介绍了得到晶体的三条途径，并安排了得到晶体的三个实验，通过实验让学生用肉眼看到晶体外形，进一步对晶体有更多的感性认识。
在新人教版中以资料卡片的形式增加了芯片等几种有重要价值的大晶体的制备，开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣。
新人教版中删除了某些晶体的显微镜照片，并且将晶体的X射线衍射单独放在晶体结构测定中介绍。
删减了晶体结构等径圆球与非等径圆球的堆积模型。
删除了晶体的分类。
鲁科版介绍了非晶体材料的优异性能，使学生对事物有一个辩证、客观的认识。
三、学情分析在第一章和第二章同学们已经学习了原子与分子的结构与性质，已经掌握了化学键的分类与成键原理，为这节课的学习打下了良好的基础，但并不知道微粒在晶体中微如何排列，本节课将引导同学初步认识晶体里微粒的排列规律，知道晶体是微粒按一定规律做周期性重复排列而构成的宏观物质。
学生在日常生活中已经接触过晶体实物，但对什么是晶体还没有一个完整、科学、全面地认识。
学生的三维空间想象能力，以及用微观结构解释宏观现象的能力依然薄弱。
四、素养目标【教学目标】1.能说出晶体和非晶体宏观本质差异；2.能说出晶体和非晶体性质差异的微观原因；3.了解晶体的形成途径；4.了解晶体的应用及非晶体的优异性能。
《晶体》 知识清单
《晶体》知识清单一、晶体的定义与基本特征晶体，指的是内部原子、离子或分子在空间按一定规律周期性重复排列构成的固体物质。
这种周期性的排列赋予了晶体一系列独特的特征。
首先，晶体具有规则的几何外形。
这是因为其内部结构的周期性和对称性，使得晶体在生长过程中自然形成了特定的几何形状，如立方体、八面体等。
其次，晶体具有固定的熔点。
在加热过程中，当温度达到晶体的熔点时，晶体开始熔化，并且在整个熔化过程中温度保持不变，直到完全熔化。
再者，晶体具有各向异性。
这意味着晶体在不同方向上的物理性质，如导电性、导热性、光学性质等，可能存在差异。
二、晶体的分类1、按照晶体中粒子间结合力的类型，晶体可以分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。
离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成，典型的离子晶体有氯化钠、氯化铯等。
离子晶体具有较高的熔点和沸点，硬度较大，在熔融状态或水溶液中能导电。
原子晶体中，原子之间通过共价键相互连接，形成一个巨大的三维网状结构，例如金刚石、二氧化硅等。
原子晶体通常具有很高的熔点和硬度。
分子晶体中，分子之间依靠分子间作用力结合在一起，像干冰、冰等都是分子晶体。
分子晶体一般熔点和沸点较低，硬度较小。
金属晶体则是由金属阳离子和自由电子通过金属键结合而成，常见的金属如铁、铜、铝等都属于金属晶体。
金属晶体具有良好的导电性和导热性。
2、按照晶体是否具有对称性，可分为对称晶体和非对称晶体。
对称晶体具有一定的对称元素，如对称轴、对称面等，使得晶体在外观和物理性质上表现出对称性。
而非对称晶体则不具备这些对称元素。
三、晶体的形成晶体的形成通常有两种方式：从液体中结晶和从气相中结晶。
从液体中结晶，常见的有降温结晶和蒸发结晶。
降温结晶是通过降低溶液的温度，使溶质的溶解度降低，从而析出晶体。
蒸发结晶则是通过蒸发溶剂，使溶液浓度增大，溶质析出。
从气相中结晶，一般在真空中或在特定的气氛条件下进行。
气相中的粒子在一定条件下凝聚形成晶体。
晶胞的综合计算知识点总结
晶胞的综合计算知识点总结一、晶胞的基本概念1. 晶体的基本概念晶体是由原子、分子或离子按照一定的规则排列而形成的固体物质，具有长程有序性和周期性。
晶体是材料科学的基础，它们在材料的物理性质、化学性质和加工工艺方面都具有重要的影响。
晶体的结构可以用晶胞来描述。
2. 晶胞的定义晶胞是晶体中最小的具有完整空间周期性的几何体，它是由重复排列的原子、分子或离子组成的。
晶胞在晶体结构的研究中具有基本的意义，可以描述晶体的周期性结构和晶格。
3. 晶体的几何结构晶体的几何结构可以用晶胞的几何形状和晶格参数来描述。
晶格参数包括晶胞的边长和夹角，它们可以用来描绘晶胞的形状和晶体的几何结构。
4. 晶体的空间群晶体的空间群是指对称性元素与晶胞所具有的平移关系。
晶体学中有32个立体群，它们是对称性元素在三维空间中的所有可能组合。
空间群可以用来描述晶体的对称性和空间结构。
5. 晶体的晶体学指数晶体的晶体学指数是指晶胞的晶向和晶面的指数，它可以用来描述晶胞的空间排列和晶体的晶格结构。
晶体学指数对于研究晶体的晶格和晶面特征具有重要的意义。
二、晶体结构的综合计算方法1. 密度泛函理论密度泛函理论是量子化学中的一种重要理论方法，它可以用来计算固体材料的电子结构和物理性质。
密度泛函理论是基于电子的波函数密度来描述固体材料的物理性质，它可以用来计算晶体的几何结构、电子能带结构、光学性质等方面的信息。
2. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种用数值方法来模拟原子或分子在时间上的运动的方法，它可以用来研究晶体的热力学性质和动力学性质。
分子动力学模拟可以计算晶体的热膨胀系数、热传导系数、热导率等方面的信息。
3. 自洽场方法自洽场方法是一种计算电子结构的方法，它可以用来计算固体材料的电子能带结构、带隙能量、电子态密度等方面的信息。
自洽场方法是基于量子力学的理论，在计算固体材料的电子结构和物理性质方面具有重要的应用价值。
4. 第一性原理计算方法第一性原理计算方法是一种基于量子力学的理论方法，它可以用来计算固体材料的几何结构、电子能带结构、光学性质等方面的信息。
第二章 金属与合金的晶体结构和二元合金相图
Z
(326)
X Y
-Z
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
单晶体的各向异性
单晶体中不同晶面和晶向上的原子排列方式和密 度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各种性能也 不同，这种现象称为各向异性。
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
实际晶体结构
1）单晶体与多晶体
晶粒 晶界
单晶体
多晶体
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
1.铁碳合金的相结构与性能
•铁素体 F •奥氏体 A •渗碳体 Fe3C
2.相图分析
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
2.4.2在铁碳合金平衡状态下的相变
铁碳合金的分类
钢
种类 工业纯铁 亚共析 钢 0.0218 -0.77 F+P 共析钢 过共析 钢 0.772.11 P+ Fe3CⅡ 亚共晶 白口铁 2.11 -4.3 Fe3CⅡ+P +Ld`
2.2.3材料的同素异构
1.晶体的同素异构 2.同分异构
α-石英
870º C
1470º C α-鳞石英 α-方石英 163º C β-鳞石英 180~ 270º C β-方石英
573º C β-石英
δ-Fe
1394º C
γ-Fe
912º C
α-Fe
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
2.3合金的结晶与二元相图
2.1晶体材料的原子排列
2.1.1理想晶体结构 1).晶格 2).常见的金属晶体结构 3).晶面和晶向的表示方法 2.1.2实际晶体结构 1).单晶体与多晶体 2).晶体缺陷
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
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元素结合的规律性
Ⅵ主族原子只能形成两个共价键。因而依 靠共价键只能把原子联结成为一个链结构。
➢ S和Se 可以形成环状的分子，如左下图，S8， Se8环状结构，再依靠范式力结合成晶体。
➢ Se和Te原子可以依靠共价键形成螺旋状长链， 长链靠范式力平行排列成晶体，如右下图。
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元素结合的规律性
Ⅳ主族元素：最典型的结构是金刚石结构。 C形成的金刚石，Si，Ge晶体也具有金刚石 结构。锡在13度以下的稳定相也具有金刚 石结构。
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元素结合的规律性
Ⅳ主族元素形成最典型的共价晶体。它们 按C、Si、Ge、Sn、Pb的顺序，负电性不断 减弱。负电性最强的金刚石具有最强的共 价键，它的典型的绝缘体。负电性最弱的 铅是金属。在中间的共价晶体硅和锗是典 型的半导体。13℃以下的是具有金刚石结 构的灰锡，是半导体； 13℃以上的是金属 性的白锡。
实际晶体的结合
可以兼有几种结合形式 可以具有两种结合之间的过渡性质
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离子性结合
靠离子键结合的晶体称为离子晶体或极性 晶体。最典型的离子晶体是碱金属元素Li， Na，K，Ru，Cs和卤族元素F，Cl，B、I之间 形成的化合物。
基本特点：以离子而不是原子为结合单元。 如NaCl晶体是以Na+和Cl+为单元结合成的点：
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共价结合
共价晶体结合的特点：
例如，在p态的价电子云具有哑铃的形状，因此便是在对称轴的方向上 形成共价价。
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共价结合
共价晶体结合的特点：
电子在杂化轨道能量比基态提高了， 也就是说轨道杂化需要一定的能量， 但形成共价键时能量的下降足以补偿 轨道杂化的能量。
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离子性结合
离子晶体结合的特点：
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离子性结合
离子晶体结合的特点：
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离子性结合
离子晶体结合的特点：
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共价结合
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共价结合
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第二章 晶体的几何结构与分类
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第一性原理计算
¼ 读文献 ¼ 建结构 ¼ 计算 ¼ 写论文 ➢ 第一性原理计算（从头算法），只需要知
道结构就行。
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用MS建结构
回顾：导入一个结构
File/Import/Structures crystallography/
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化合物结合的规律性
不同元素的组合形成合金或化合物晶体。 ➢ 不同的金属元素之间依靠金属性结合成合
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元素结合的规律性
Ⅴ主族元素只能形成三个共价键。由于通 常完全依靠每一个原子和三个近邻相结合 不可能形成一个三维晶格结构，因而Ⅴ族 元素的结合具有复杂的性质。
➢ N（-210度，雪花状固体）和P首先形成共 价结合的分子，再由范式力结构成晶体。
白磷 P4分子
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元素和化合物结合的规律性
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元素结合的规律性
碱金属族：Li ，Na，K，…… 碱土金属族：B，Mg，Ca，……. 过渡族金属：Fe，Cu，Zn，Ag，Au，…… 主族金属：Al，Ga，…… ➢ 这些元素负电性较低，对电子束缚较弱，
容易失去电子，因而在形成晶体时便采取 金属性结合。
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元素结合的规律性
Ⅳ主族 C，Si，Ge，…… Ⅴ主族 N，P，As，Sb，…… Ⅵ主族 O，S，Se，Te…… Ⅶ主族 F，Cl，Br，…… ➢ 这些元素具有较强的负电性，它们束缚电
子比较牢固，获取电子的能力较强。这种 情况适于形成共价结合。 ➢ 成键符合8 － N定则，在晶体结构上有明显 的反映。
自己动手建一个
一个分子 一个晶体 一个点缺陷 一个表面 一个分子放到一个表面上
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作业：用MS做表面
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晶体的结合形式
固体结合的基本形式与固体材料的结构、 物理和化学性质有密切联系。
按照晶体间粒子的相互作用力，一般晶体 的结合，可以概括为离子性结合，共价结 合，金属性结合和分子性结合（即范德瓦 尔斯结合）。
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元素结合的规律性
Ⅶ主族原子只能形成一个共价键。因此， 它们靠共价键只能形成双原子分子，而后 通过范式力结合成晶体。
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元素结合的规律性
Ⅷ主族的惰性气体原子是满壳层结构。因 而它在低温下凝结成的晶体，只能完全依 靠微弱的范式作用把原子结合起来，形成 典型的范德瓦尔斯晶体。
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共价结合
共价晶体结合的特点：
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金属性结合
金属的特性，如导电性，导热性，金属光泽，都是和共有化电子可以在 整个晶体内自由运动相联系的。
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金属性结合
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金属性结合
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元素结合的规律性
2019年7月德俄两国化学家共同宣布，在高 压下氮气会发生聚合得到高聚氮，晶体结 构如图所示
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元素结合的规律性
Ⅴ主族的As，Sb，Bi形成层状晶体：原子先 通过共价键结合成下图的层状结构。它包 括上下两层，每层的原子通过共价键与另 一层中的三个原子结合。
范德瓦尔斯结合
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范德瓦尔斯结合
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混合结合
层状晶体，比如石墨。层内是共价结合，层间是范德瓦尔斯结合。
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原子的负电性
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原子的负电性
负电性较低的元素对电子束缚较弱，容易失去电子；负电性较高的元素对 电子束缚较强，获取电子的能力较强。