晶体化学基本原理
晶体结构基本规则
0.18
0.23
0.37
0.715 NaCl
0.654 NaCl
0.577 NaCl
NaCl
NaCl
立方ZnS
6
6
4
0.225～0.414，4配位 0.414～0.732，6配位
五、鲍林法则（Pauling`s rules）
1928年，鲍林在总结大量实验数据的基础上， 归纳和推引了关于离子晶格的五条规则。这些 规则在晶体化学中具有重要的指导意义，人们 称这些规则为鲍林法则。
六方最紧密堆积--ABABAB
四面体空隙：Q与位于其下层的三个球；1-2-Q与下层的等大球； 3-4-Q与下层的等大球； 5-6-Q与下层的等大球；共形成4个四面 体空隙。如在第三层上再放一层，则总共是8个四面体空隙。
面心立方最紧密堆积--ABCABC
四面体空隙：Q与位于其下层的三个球；1-6-Q与下层的等大球； 5-4-Q与下层的等大球； 2-3-Q与下层的等大球；共形成4个四面 体空隙。如在第三层上再放一层，则总共是8个四面体空隙。
（2）晶体中组成质点大小不同，反映了离 子半径比值r+/r-不同，因而配位数和晶体结 构也不同。
（3）晶体中组成质点大的极化性能不同，反 映了各离子的极化率不同，则晶体的结构也 不相同。
离子的极化
离子极化------离子晶体中，每个离子都处在周 围离子所形成的电场作用下。在周围电场作用 下，离子的电子云发生变形，这一现象称为离 子极化。
算得到：
a0 = 2r+ + 2r- = 2(0.133) + 2(0.181) = 0.628 nm
a0 = 0.363 nm
极化力是指一个离子对它周围离子所产生的电 场强度，它反映了离子极化其它离子的能力。
第二章晶体化学基本原理
第⼆章晶体化学基本原理第⼆章晶体化学基本原理思路：晶体质点的种类（化学组成）→晶体质点的位置（晶体结构）→晶体质点之间的相互作⽤（键型、电负性、极化、配位等对晶体结构的影响）第⼀节晶体结构的键合⼀、晶体中键的形式（晶体结构中，质点之间的结合⼒称为键）：化学键：原⼦或离⼦结合成为分⼦或晶体时，相邻原⼦或离⼦间的强烈吸引作⽤称为化学键。
⼆、化学键的类型：由不同键型组成的物质在性质上有很⼤差别。
是什么因素决定了形成某种物质时键的类型呢？仍然是组成该物质各原⼦的电⼦构型。
电⼦构型不同的原⼦其第⼀电离能I和亲和能Y不同。
通常将I+Y称作原⼦的电负性，⽤来量度原⼦对成键电⼦吸收能⼒的相对⼤⼩，⽤X（=I+Y）表⽰。
具体⽤两个元素的电负性差值X⼤⼩来定量确定物质的键型。
即电负性（X）⼤⼩可衡量电⼦转移的情况，因⽽可⽤来判断化学键的键型。
原⼦的X越⼤，越易得到电⼦形成负离⼦，当X ⼤于2后，呈⾮⾦属性，其组成了⼤部分⽆机材料；原⼦的X越⼩，越易失去电⼦形成正离⼦，当X⼩于2后，呈⾦属性，其组成了⾦属材料。
（1）离⼦键（P16）：其⾮⾦属原⼦容易得到电⼦的倾向也反映在它们的电负性数值⾼上，凡是X值相差⼤的不同种原⼦作⽤形成离⼦键，⼀般在4.0-2.1之间。
注意离⼦键⽆饱和性和⽅向性。
（2）共价键：凡是X值较⼤的同种或不同种原⼦组成共价键。
共价键有饱和性和⽅向性。
（3）范德⽡尔斯键（P16）：分⼦间由于⾊散、诱导、取向作⽤⽽产⽣的吸引⼒的总和。
属于分⼦键（分⼦间较弱的相互作⽤⼒）。
（4）氢键（P16）：是⼀种特殊的键合。
也属于分⼦键。
氢键键⼒ > 范德华键键⼒；其分⼦晶体的结构单元是分⼦，分⼦内的原⼦以共价键结合，⽽分⼦与分⼦之间以范德华键结合。
（5）⾦属键（P17）：原⼦的X越⼩，越易失去电⼦，X⼩于2，呈⾦属性。
即凡是X值都较⼩的同种或不同种原⼦组成⾦属键，被给出的电⼦形成⾃由电⼦⽓，⾦属离⼦浸没其中。
注意⾦属键⽆饱和性和⽅向性。
化学结晶过程与原理
化学结晶过程与原理化学结晶是一种物质从溶液或气体中析出并沉积形成晶体的过程，是化学中常见的一种反应形式。
结晶过程是物质由溶液状态向固态晶体状态转变的过程，在这个过程中，物质的分子或离子按照一定的规律排列，形成有序结构，从而形成晶体。
化学结晶不仅在实验室中广泛应用，也在工业生产和日常生活中起着重要作用。
化学结晶的原理主要包括饱和溶解度、过饱和度、结晶核形成和长大、结晶速度等几个方面。
首先，饱和溶解度是指在一定温度下，溶剂中最多能够溶解的溶质的量。
当溶液中的溶质达到饱和状态时，溶质分子与溶剂分子之间的相互作用达到平衡，此时继续加入溶质不会再溶解，而会析出形成晶体。
其次，过饱和度是指溶液中的溶质浓度高于其饱和溶解度的状态。
在这种情况下，溶液中的溶质分子之间的碰撞频率增加，有利于结晶核形成。
当过饱和度达到一定程度时，会出现结晶核，进而导致晶体的生长。
结晶核的形成和长大是化学结晶中的关键步骤。
结晶核是一小部分溶质分子排列有序而形成的微小结构，它是晶体生长的起始点。
结晶核在一定条件下会不断长大，形成完整的晶体结构。
结晶核形成的难易程度直接影响结晶的速度和晶体质量。
最后，结晶速度是指晶体在结晶过程中的生长速率。
在化学结晶中，合适的结晶速度可以保证晶体的质量和形态，过快过慢的结晶速度都会影响晶体的质量。
因此，控制结晶速度是化学结晶过程中需要重点关注的一个方面。
综上所述，化学结晶过程与原理是一个复杂但又具有规律性的过程。
通过深入了解结晶的原理，可以更好地控制结晶过程，提高晶体的质量和产率，从而在实验室研究和工业生产中取得更好的效果。
希望本文的介绍对您有所帮助，谢谢阅读。
晶体化学基本原理2012
表 单键的离子性百分数与电负性差值之间的关系
离子性百分数/%
1 4 9 15 22 30 39 47
XA-XB
1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
离子性百分数/%
55 63 70 76 82 86 89 92
二、鲍林规则
在晶体化学中，描述晶体结构可以直接用球体的堆 积表述，也可以用配位多面体的连接表达。
极化带来的三个结果：正负离子之间距离缩短；共价成 分提高；配位数降低。
1. 极化过程
1） 被极化：一个离子受到其他离子所产生的外电场的 作用下发生极化，用极化率α 表示 2） 主极化：一个离子以其本身的电场作用于周围离子， 使其他离子极化，用极化力β 表示 2. 一般规律：
离子所带电荷越多，体积越小，产生的电场强度越大， 其主极化力β越大；同价离子的半径越大，极化率α越高。
• 一个二维的面网上，单位面积 内的结点数目称为面网密度。
• 任意两个相邻面网的垂直距离 称为面网间距。
• 平行六面体 －空间格子中 的最小单位 ，由六个两两 平行且大小相等的面组成。
• 晶体的空间格子结构可以 看成是有无数个平行六面 体在三维空间毫无间隙的 重复堆积。
§1 晶体化学基本原理
固体材料可以按照固体中原子之间结合力的本质， 即化学键的类型来分类。
△X＝ XCl－ － XNa＋ ＝3.0-0.9＝2.1
离子键分数＝70％ ——离子键为主
2）SiC 共价键为主
3）SiO2
（五）结晶化学定律
哥希密特（Goldschmidt)
离子晶体的结构取决于其组成质点的数量关系、大小 关系与极化性能。
XA-XB
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
化学晶体学原理
化学晶体学原理化学晶体学是研究晶体的组成、结构和性质的学科。
晶体是由原子、离子或分子有序排列形成的周期性结构，具有独特的物理、化学和光学性质。
本文将介绍化学晶体学的基本原理。
一、晶体的组成晶体通常由一个或多个化学元素或化合物组成。
元素晶体由同一种元素构成，如金属晶体中的金属原子。
化合物晶体由两种或多种不同的元素组成，如晶体中的盐类或矿物。
二、晶体的结构晶体的结构由原子、离子或分子的有序排列决定。
最简单的晶体结构是周期性排列的平面方阵，该结构称为简单晶格。
晶格是晶体中最基本的重复单位，通过平移重复堆积可以构成整个晶体。
晶格的类型取决于晶体的组成和结构。
晶体的结构可以通过X射线衍射、电子显微镜和光学显微镜等技术进行研究。
三、晶体的性质晶体的物理性质包括硬度、熔点、导电性和透明度等。
晶体的化学性质包括反应性和化学组成等。
晶体的硬度取决于其结构和成分。
一些晶体具有高硬度，如金刚石晶体，可以用于切割和磨削。
晶体的熔点是指晶体从固态到液态转变的温度。
不同晶体的熔点因其结构和成分而异。
晶体的导电性取决于其中的离子或电子。
具有导电性的晶体被称为导体，而不能导电的晶体被称为绝缘体。
晶体的透明度取决于其结构和成分。
一些晶体可以透过光线传播，被称为透明晶体，而另一些晶体则不透明。
四、晶体的应用晶体在许多领域有着广泛的应用。
晶体的光学性质使其在激光器、光纤通信和液晶显示器等领域发挥重要作用。
晶体的电学性质使其在电子器件中被广泛应用，如二极管和晶体管。
晶体的力学性质被应用于声波和压电传感器等领域。
此外，晶体还常用于材料科学、药物研究和催化剂开发等领域。
结论化学晶体学的原理涉及晶体的组成、结构和性质。
了解晶体的原理有助于我们理解晶体的特性以及应用。
通过研究和应用晶体学，我们可以开发出更多新材料和新技术，推动科学的发展和进步。
参考文献：1. Giacovazzo, C. (2002). Fundamentals of Crystallography. Oxford: Oxford University Press.2. McKie, D. (2009). Introduction to Crystallography. Malden, MA: Wiley-Blackwell.。
第三章晶体化学原理知识分享
正方型堆积
体心立方晶胞
由密堆积方式产生的结构----六方密堆积 和立方密堆积结构
在三维空间中，两个密堆积层, 使其接触 的最有效方式是把一层中的每个球放在另一 层中三个球之间的凹陷处，例如放在图中的 B或C处。
A
A
A
A
B
B
B
C
C
C
C
A
A
A
A
A
B
B
B
B
C
C
C
A
A
A
A
第二层中的原子可以占据B或C位置， 但两者不能都被占，也不能被混合占据。 假定B位置被占，则如下图：
A
A
A
A
A
B
B
B
B
C
C
C
A
A
A
A
六方密堆积的第二层
B
B
B
C
C
C
C
BCBCBCB
ABABABABAB… Or
ACACACACAC...
六方密堆积的第三层
B
B
B
C
C
C
C
B
B
B
B
C
C
C
ABABABABAB… Or
ACACACACAC...
➢在密堆积结构中每个球与12个其它球接触
，每个球的配位数=12。
问题：在下列正方形中能放进多少球？
1
7
7
问题：在下列正方形中能放进多少球？ 答案:方式A=52+8/2球 方式B=49球
结论：六角形的堆积方式更有效。
在二维空间有两种堆积球的方式： ➢方式A(密堆积方式)：每个球X,被6个球 Y包围,每个球的配位数=6,形成密堆积层 。 ➢方式B(正方型堆积方式)：每个球X，被 4个球Y包围，配位数=4，不是密堆积层 。
冰晶的化学原理
冰晶的化学原理
冰晶是由水分子组成的晶体，其化学原理是由于水分子之间的氢键作用而形成的有序结构。
水分子（H2O）由一个氧原子和两个氢原子组成。
氧原子与两个氢原子之间通过共用电子对形成了两个氢键。
氢键是一种相对较弱的相互作用力，其强度大约为共价键的10%。
氢键使得水分子呈现出了特殊的物理和化学性质。
在冰晶中，大量的水分子通过氢键有序地排列成三维结构。
冰晶的晶格是由平面上排列成六角形的水分子所组成，每个水分子通过氢键与其周围的四个水分子相连。
这种排列使得冰晶具有有序的结构，形成了晶胞。
在低温下，水分子的热运动相对较小，氢键能够有效地保持水分子的有序排列。
水分子之间的氢键使得冰晶具有较高的结晶度，形成了比较稳定的晶体结构。
冰晶的晶格结构对其物理性质和化学性质有重要影响。
由于氢键的存在，水分子在冰晶中的排列相对密集，使得冰的密度较大。
正因为如此，冰在水中浮在水面上，而不会沉入水中。
当温度升高时，水分子的热运动增加，氢键逐渐断裂，使冰晶逐渐熔化成液态水。
液态水中水分子的热运动更加剧烈，使得氢键断裂更加频繁，水分子的排列变得无序。
因此，液态水没有明显的结晶特征。
总之，冰晶的化学原理是由于水分子之间的氢键作用而形成的有序结构。
氢键使得水分子在低温下有序排列形成晶格结构，从而形成冰晶晶体。
随着温度升高，氢键断裂，冰晶逐渐熔化成液态水，水分子排列无序。
以上就是冰晶的化学原理。
结晶学的基本原理及其应用
结晶学的基本原理及其应用结晶学是研究晶体结构、晶体生长和其它晶体学基础理论的学科。
它在现代矿物学、材料学、化学、物理学、生物学和工程学等领域中起着重要的作用。
1. 结晶的定义结晶是指一个化合物或元素的原子、离子或分子从溶液中结合到一起形成有规则的几何形状的过程。
当原子、离子或分子开始结合时，它们会以一种有序的方式排列在一起，形成一个晶格。
晶格会按照一定数量、类型和顺序组成一个晶体。
晶体是一种具有高度有序性的物质，其性质通常比非晶体更加稳定和可预测。
2. 认识晶格晶格是一种有序的空间结构，具有高度的对称性。
因此，为了研究晶体的结构，必须对晶格有深入的了解。
晶格可以用一系列空间对称元素描述，包括基本元胞、晶格点群、空间群等。
基本元胞是晶体结构的基本单元。
它是最小的、能够重复铺满整个晶体的几何形状。
晶格点群是晶体中的三个元素：点、操作和点群。
在点群中，点是指晶格中的一群点，操作是指将点移动或旋转的操作，点群是指一个定向的操作的集合。
晶体的对称性可以用一组点群的符号来描述。
空间群是晶体晶体学中最基本的概念之一，用于描述晶体的对称性。
它是一组带有晶体对称性的平移操作，能够使一个任意点的位置在晶体中逐渐重复。
3. 结晶生长结晶生长是指晶体从无序的结晶核到有序的晶体的过程。
当一个溶液中的饱和度达到足够高时，就会形成少量的结晶核，这些结晶核会慢慢增长成具有一定形状和大小的晶体。
结晶生长过程受到很多因素的影响，如溶液中溶质的浓度、溶液中的温度、晶体表面的形态和特性等等。
一般来说，当溶液中的浓度不太高时，晶体生长速度较缓慢，但晶体的成分和形态较为单一。
当浓度较高时，晶体生长速度变快，但晶体形态和成分较为复杂。
此外，晶体的生长速度还受到温度的影响：当温度升高时，晶体的生长速度会加快。
4. 应用结晶学在工业上有许多应用。
例如，硅晶片是许多电子设备的组成部分之一，根据不同的材料结构和晶格，可以得到不同的性质。
另一方面，用于工业检测和测量的计时器和定时器，常常利用晶体生态和晶格结构等特性。
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一般情况下，可用经验公式估算A、B两种 元素组成的陶瓷中离子键性比例：
PAB=1-exp[-(xA-XB)2/4] xA-XB为AB两元素的电负性，PAB为陶瓷
的离子键比例
4、结合键的本质
不论何种类型的结合键，固体原子间总存 在两种力：一是吸引力，来源于异类电荷间的 静电吸引；二是同种电荷之间的排斥力。
（0001）面
2）面心立方紧密堆积
按ABCABC……的顺序堆积，球体在空间 的分布与空间格子中的立方格子相对应。例： Cu、Au、Pt
面心立方紧密堆积：
（2）密堆积结构中的间隙
等径球体在平面上的紧密排列
第二层球体落于B或C孔隙上
第三层球体叠加时，有两种完全不同的堆叠方式：
第三层位于第一层正上方
第三层位于一二层间隙
六方最紧密堆积
面心立方最紧密堆积
1）六方紧密堆积
按ABABAB……的顺序堆积，球体在空间的 分布与空间格子中的六方格子相对应。例：金属 锇Os、铱Ir……
密排六方结构：
如金刚石、Si、Ge
（3）金属键
本 质：金属离子与自由电子（公用电子气） 的静电吸引作用
特 点：无方向性和饱和性
电子云
金属原子
金属晶体特征：配位数较高、密度大、电阻随温度 升高而增 大、 强韧性好、导电和导 热性良好、特有金属光泽
（4）分子间力(范德华键——I2)
正负电荷中心不重合
极化原子之
过渡金属： 半金属共价键
陶瓷化合物： 极性共价键
气体分子、聚合物、石墨： 共价键+范德华键
金刚石与石墨晶体结构
金刚石：典型的共价键
石墨：混合键
石 墨：层状晶体 ，层面内三个共价键，与层面垂直方向还
应有一个电子, 具有金属键性质 ，层面之间靠很弱的范德华键 结合。层片之间非常容易运动 ，沿层片方向是一种良导体。
本 质：原子（分子、原子团）之间的 间吸引力 偶极矩作用 —— 分子间力
特 点：结合力小，无方向性和饱和性 分子晶体特征：熔点低，硬度小、绝缘性良好
分子间作用力按原因和特性分为三种：
静电力： 极性分子间 永久偶极距
诱导力：
极性分子与非极性分子间 诱导偶极距
色散力： 非极性分子间 瞬时偶极距
（5）氢键（H2O）
键能（原子的结合能）：原子在平衡距离下的作 用能。其大小相当于把两个原子完全分开所需作 的功，结合能越大，原子结合越稳定。
5、结合键与性能 结合键的类型及键能的大小对材料的
物理性能和力学性能有重要影响。
物理性能： 熔点、密度…… 力学性能： 弹性模量、强度、塑性……
结合键 种类
键能 (kJ/mol)
本 质：分子间力 特 点：方向性、饱和性
形成条件：分子中有氢和电负性 很强的其它非金属元素。这样才能 形成极性分子和一个裸露的质子
晶体中五种键型的比较
键 型 离子键 共价键 金属键
范德 华键 氢 键
作用 力
静电库仑力 共用电子对 静电库仑力
分子间力
特点
无方向性 无饱和性
方向性 饱和性
无方向性 无饱和性
适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。
质点的堆积方式：
根据质点的大小不同，球体最紧密堆积方 式分为等径球和不等径球两种情况。
等径球体的紧密堆积：晶体由一种元素组成， 单质（原子），如：Cu、Ag、Au
不等径球体的紧密堆积：由两种以上元素 组成，离子，如NaCl、MgO
2、等径球体的堆积
（1）堆积方式
第二节 晶体化学基本原理
晶体中的结合键 晶体中质点的堆积 化学组成与晶体结构的关系 同质多晶与类质同晶 鲍林规则
一、晶体中的结合键
结合键：原子之间的结合力，主要表现为原子
间吸引力和排斥力的合力结果。
1、晶体中键的类型
离子键
化学键
（基本结合 或一次键)
共价键 金属键
物理键
（派生结合 或二次键)
范德华键 氢键 离子极化 ……
熔点
离子键 586-1047 高
硬度 高
导电性
固态 不导电
键的 方向性
无
共价键 63-712
高
高
不导电
有
有高
有高
金属键 113-350 有低
有低
良好
无
分子键 <42
低
低
不导电
有
二、晶体中质点的堆积
1、最紧密堆积原理
晶体中各原子或离子间的相互结合，可以 看作是球体的堆积。球体堆积的密度越大，系统 的势能越低，晶体越稳定。此即球体最紧密堆积 原理。
电负性差值越大，离子键分数越高。
当两个成键原子的电负性相差很大时，如周期表 中I－VII 族元素组成的化合物，主要是离子键；
电负性相差小的元素的原子之间成键，主要是共 价键，也有一定的离子键成份，价电子不仅为两 原子共享，而且应偏向于电负性大的原子一边；
同种原子之间成键，由于电负性相同，可以是共 价键，也可能是金属键。
（1）离子键(NaCl)
本 质：正负离子之间的静电吸引作用 特 点：结合力大、无方向性和饱和性
离子晶体特征：配位数较高、硬度高、强度大、熔 点较高、常温绝缘、熔融后导电、 无色透明.
如NaCl 、KCl、AgBr、PbS、MgO…
（2）共价键((H2，HF)
本 质：共用电子对(电子云的重叠)
2、晶体中键的表征
键型四面体
3、晶体中离子键、共价键比例的估算
电负性 —— 可定性的判断结合键的类型
电负性：是指各元素的原子在形成价键时吸引 电子的能力，用以表征原子形成负离子倾 向的大小。
鲍林用电负性差值△X＝XA－XB来计算化合物 中离子键的成份。差值越大，离子键成分越高。
离子键分数与电负性差值（XA－XB）的关系
无方向性 饱和性 无饱和性 方向性
晶体 性质
离子晶体 共价晶体
金属晶体
分子晶体
氢键晶 体（冰
（NaCl） （Cl2、Si－O） （Cu、Fe) （干冰CO2） H2O）
熔点高、硬度 大、导电性能 差、膨胀系数
小
熔点高、硬 度大、导电
性能差
良好的导电 性、导热性、 延展性、塑
性
★ 混合键
在材料中单一结合键的情况并不是很 多，大部分材料的原子结合键往往是不同 键的混合。
特点
结合力很大:电子位于共价键附近的几率比其它地方高
方向性:S态电子的运动是绕原子核球形对称，但三对P
电子的运动则是分别成“棒槌状”，互相垂直
饱和性:一个原子只能形成一定数目的共价键，因此只
能与一定数目的原价晶体特征：原子配位数小，无塑性(脆)，晶 体硬度、熔（沸）点高、挥发性 低. 绝缘体