晶体的结构解析 书
(教学指导) 时 共价晶体 分子晶体 晶体结构的复杂性Word版含解析
第2课时共价晶体分子晶体晶体结构的复杂性发展目标体系构建1.通过金刚石、晶体硅、SiO2晶体的结构模型认识共价晶体的结构特点，能解释共价晶体的性质。
2.通过干冰、冰、碘晶体的结构模型，认识由范德华力和氢键形成分子晶体的结构特点的不同，能解释分子晶体的性质。
3.通过认识石墨晶体的特殊结构，知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普遍存在的。
一、共价晶体1．共价晶体的概念及特点(1)概念相邻原子间以共价键结合而形成的具有空间立体网状结构的晶体称为共价晶体。
(2)特点共价晶体的熔点很高，硬度很大。
对结构相似的共价晶体来说，原子半径越小，键长越短，键能越大，晶体的熔点就越高。
共价晶体中的原子服从紧密堆积排列吗？说明理由。
提示：不服从。
由于共价键具有方向性和饱和性，共价晶体中每个原子周围排列的原子的数目是有限的，故原子的排列不服从紧密堆积方式。
2．几种共价晶体的结构(1)金刚石的晶体结构在晶体中，碳原子以sp3杂化轨道与周围4个碳原子以共价键相结合，C—C 键间的夹角为109°28′。
因为中心原子周围排列的原子的数目是有限的，所以这种比较松散的排列与金属晶体和离子晶体中的紧密堆积排列有很大的不同。
(2)SiC晶体的结构SiC晶体的结构类似于金刚石晶体结构，其中碳原子和硅原子的位置是交替的，所以在整个晶体中硅原子与碳原子个数比为1∶1。
(3)SiO2晶体的结构水晶是由Si和O构成的空间立体网状的二氧化硅晶体，一个硅原子与四个氧原子形成四个共价键，每个氧原子与两个硅原子形成两个共价键，从而形成以硅氧四面体为骨架的结构，且只存在Si—O键。
二氧化硅晶体中硅原子和氧原子个数比为1∶2，不存在单个分子，可以把整个晶体看成巨型分子。
二、分子晶体1．分子之间通过分子间作用力结合形成的晶体称为分子晶体。
非金属单质、非金属的氧化物和氢化物等无机物以及多数有机化合物形成的晶体大都属于分子晶体。
2．性质(1)分子晶体在熔化时，破坏的只是分子间作用力，所以只需要外界提供较少的能量。
第十二章 课时4 晶体结构的分析与计算 课件 2021届高三一轮复习化学(共68张PPT)
答案：12 42× 3 9.00×46×.0624×1023≈1.28×10－8
3.砷化硼的晶胞结构如图所示。与砷原子紧邻
的硼原子有________个，与每个硼原子紧邻
SmFeAsO1－xFx。(2)据图可知，锰离子在棱上与体心，数目为 12×14 ＋1＝4，氧在顶点和面心，数目为 8×18＋6×12＝4，所以化学式 为 MnO，故锰离子的化合价为＋2 价。(3)由题图可知，一个晶胞
中白球的个数＝8×18＋1＝2；黑球的个数＝4，因此白球代表的是 O 原子，黑球代表的是 Cu 原子，即 Cu 原子的数目为 4。(4)能量 越低越稳定，从图 2 知，Cu 替代 a 位置 Fe 型晶胞更稳定，其晶
(2)晶胞参数的计算方法
(3)金属晶体中体心立方堆积、面心立方堆积中的几组计算公 式(设棱长为a) ①面对角线长＝ 2a ②体对角线长＝ 3a ③体心立方堆积4r＝ 3a(r为原子半径) ④面心立方堆积4r＝ 2a(r为原子半径) ⑤刚性原子球体积V(球)＝43πr3(r为原子半径)
2．金属晶体空间利用率的计算方法 (1)空间利用率的定义及计算步骤
(4)(2019·沈阳模拟)磷化硼晶体的晶胞结构如图所示，其 中实心球为磷原子，在一个晶胞中磷原子的空间堆积方式为 ________，磷原子的配位数为________，该结构中有一个配 位键，提供空轨道的原子是________。
[解析] (1)由图可知，O 位于面心，K 位于顶点，与 K 紧 邻的 O 个数为 12 个。(2)由晶胞结构可知，一个晶胞中小球个 数为 8，大球个数为 4，小球代表离子半径较小的 Na＋，大球 代表离子半径较大的 O2－，故 F 的化学式为 Na2O；晶胞中与 每个氧原子距离最近且相等的钠原子有 8 个。(3)由图知，以面 心 Cu＋为研究对象，可看出 Cu＋周围有 4 个与其直接相连的 Cl－，即距离 Cu＋最近的 Cl－有 4 个。(4)由磷化硼晶体的晶胞 结构图可知，该晶胞中磷原子为面心立方最密堆积；P 原子的 配位数为 4，该结构中有一个配位键，提供空轨道的原子是硼 (B)。
晶体结构解析的步骤
name.prp
name.hkl
nam e. pc f
XL
XCIF
name.res name.lst
XP
name. c if nam e. f c f
• 结构模型的精度用偏离因子R值来表示，R的表达式
R Fo Fc Fo
晶体结构解析和精修
• 单晶衍射实验的数据经还原和校正，最终产生 2～3个文件，其中1个文件为衍射数据文件， 另1～2个文件用来记录衍射实验的条件和情况 以及单胞参数和衍射数据的统计情况。例如， 我校的Rigaku-RAXIS 系列影像板X射线单晶衍 射仪主要为用户提供了下列数据文件：
= fjei2 п (hxj+kyj+lzj) (1+ei п ((h+k+l ) ) ＝（1＋cos п (h+k+l)）fjei2 (hxj+kyj+lzj) 对于晶胞中所有的原子而言 Fhkl =（1＋cosп(h+k+l)）∑fj ei2 (hxj+kyj+lzj) 由前面的系数项，可以看出，当h+k+l＝2n+1时，该系数为0， Fhkl ＝0， 那 么 结 构 振 幅 也 为 0 ， 得 不 到 相 应 的 衍 射 强 度 。 h+k+l＝ 2n+1这就是体心格子的消光条件，也称h+k+l＝2n为体心格子的 衍射条件。
螺旋轴消光条件的推导
设晶体在b方向由一平移量为1/2的螺旋轴21处于X＝0、Z＝0处，晶 胞中由它联系的每对原子的坐标为：xj、yj、zj；－xj、1/2+yj、 －zj，它们对结构因子的贡献为：
Fhkl＝fjei2п (hxj+kyj+lzj) +fjei2п ( hxj+kyj+－lzj+k/2) = fjei2п kyj (ei2п (hxj+lzj)+eiп ((hxj+lyj+k/2 ) )
晶体结构分析讲义(上)
晶体结构分析主讲人：吴文源2010.51.Shelxtl 使用流程※解析原始文件有hkl文件（或raw文件），包含衍射数据；p4p文件，包含晶胞参数※为一个晶体的数据建立project，该项目下所有文件具有相同的文件名；一旦在XPREP 中发生hkl文件的矩阵转换，则需要输出新文件名的hkl等文件，因此要建立新的project。
※首先运行XPREP，寻找晶体的空间群※然后运行XS，根据XPREP设定的空间群，寻找结构初解※在Xshell中观察初解是否合理，如不合理，需重回XPREP中设定其他的空间群2.Xshell 使用流程※找出重原子或者确定性大的原子※找出其余非氢原子※精修原子坐标※精修各项异性参数※找到氢原子(理论加氢或差值傅里叶图加氢)※反复精修，直到wR2等指标收敛。
最后的R1<0.06(0.08) wR2<0.16(0.18)※通过HTAB指令寻找氢键，判定氢的位置是否合理，并且将相关氢键信息通过HTAB和EQIV指令写进ins文件中※将原子排序(sort)3.cif 文件生成和检测错误流程※在步骤1、2完成后，在ins文件中加入以下三条命令bond $Hconfacta※此时生成了cif和fcf文件，将cif文件拷贝到planton所在文件夹中检测错误，也可以通过如下在线检测网址：/services/cif/checkcif.html※根据错误提示信息，修改或重新精修，将A、B类错误务必全部消灭，C类错误尽量消灭。
4.Acta E 投稿准备流程投稿前，请务必切实做好如下工作：※按步骤1、2、3解析晶体并生成相应cif和fcf文件。
※准备结构式图(Chemical structural diagram)、分子椭球图(Molecular ellipsoid diagram)和晶胞堆积图(Packing diagram)，最好是pdf格式。
※按要求撰写文章的文字部分，填写cif中相应段落，注意格式要求！_publ_section_title 题目_publ_section_abstract 摘要_publ_section_related_literature 相关文献_publ_section_comment 评论_publ_section_exptl_prep 制备方法_publ_section_exptl_refinement 精修说明_publ_section_references 参考文献_publ_section_figure_captions 插图说明_publ_section_table_legends 表格说明_publ_section_acknow ledgements 致谢※将cif中需要填写的其他部分（在cif的标准空白样本中以！标注）全部完成，并再次检查整个cif文件格式和内容。
晶体结构2
见黄昆书30页
三. 晶体宏观对称性的表述:点群: 晶体中只有 8 种独立的对称元素:
C1 (1),C2 (2),C3 (3),C4 (4),C6 (6),Ci (i),σ(m)和 S3 (4) σ 4
实际晶体的对称性就是由以上八种独立点对称元素 的各种可能组合之一,由对称元素组合成对称操作群 时,对称轴之间的夹角,对称轴的数目,都会受到严 格的限制,例如,若有两个2重轴,它们之间的夹角只 可能是 300 , 450 ,600 ,900 ,可以证明总共只能有 种不同 总共只能有32种不同 总共只能有 的组合方式, 种点群.形形色色的晶体就宏观 的组合方式,称为 32 种点群 对称性而言,总共只有这 32 种类型,每种晶体一定属 于这 32 种点群之一,这是对晶体按对称性特点进行的 第一步分类.
C2 (2)
C3 (3)
C4 (4)
C6 (6)
σ (m)
Ci (i)
S (6)
5 3
S (4)
3 4
S (3)
5 6
旋转-反演轴的对称操作:
1次反轴为对称中心;2次反轴为对称面; 3次反轴为3次轴加对称中心
旋转-反演轴的对称操作:
6次反轴为3次轴加对称面;4次反轴可以独立存在.
晶体中只有 2,3,4,6 次 旋转轴,没有 5次轴和大于 6 次以上的轴,可以直观的 从只有正方形,长方形,正 三角形,正六边形可以重复 布满平面,而 5 边形和 n (>6)边形不能布满平面空间 来直观理解.因此固体中不 可能存在 5 次轴曾是大家的 共识,然而1984年美国科学 家Shechtman在急冷的铝锰 合金中发现了晶体学中禁戒 的 20 面体具有的 5 次对称 性,这是对传统晶体观念的 一次冲击.
晶体结构学的书
晶体结构学的书
- 《化学键的本质第3版（英文版）》：经典教材，透析现代化学的本质，值得收藏。
- 《矿物材料学原理》：交叉学科，是汪灵老师十年磨一剑的最新力作，能给很多启示，值得推荐。
- 《现代晶体学1-4》：全4册套装，属于物理专业书籍，价格实惠。
- 《Olex2软件单晶结构解析及晶体可视化》：全彩印刷，适合晶体结构解析参考和教学。
- 《高分子结晶结构调控及结晶动力学》：印刷不错，内容还可以，但价格偏贵。
- 《蛋白质晶体结构解析原理与技术》：内容没有虚无缥缈的大理论和大概念，容易理解，介绍了软件使用方法，能帮助解析蛋白质结构。
- 《单晶结构分析原理与实践（第二版）》：书中知识还不错，虽然其他专业书中都有介绍，但再看一次还是不错的，可以进一步加深印象。
如果你对晶体结构学感兴趣，可以根据自己的需求选择适合自己的书籍进行阅读。
生物大分子的晶体结构解析
生物大分子的晶体结构解析生物大分子，如蛋白质、核酸等，是组成生命体的基本结构，控制着生命的起源和发展。
了解生物大分子的结构对于疾病治疗和药物设计具有重要意义，而晶体结构解析是研究生物大分子结构的重要途径之一。
晶体结构解析的基本原理是利用晶体学原理研究大分子晶体的空间排列体，通过晶体衍射模拟出晶体结构信息，从而得到分子结构的三维信息。
首先，需要获取生物大分子的单晶体。
单晶体是指生物大分子的分子量和浓度已经足够高，在恒定的溶液条件下，分子能够在一起不断添加，形成一个巨大的结晶体，具有高度的结晶度和单一的结晶结构。
制备单晶体的方法有多种，比如蒸发法、冷冻法、离子交换法等。
这些方法都需要条件苛刻，得到单晶体的成功率不算高。
在很多情况下，要寻找到合适的晶体条件需要数百次的尝试。
接下来就是晶体的衍射实验。
一般采用X射线晶体衍射技术，将一束单色的X 射线照射到单晶体上，当X射线打到电子比较密集的原子上时，就会散射出去。
由于单晶体是有序的，并且比较连续，所以散射出去的X射线都会发生干涉，从而使衍射带在探测器上呈现出环状图案。
通过测量这些环的位置和强度信息，就可以通过计算得到晶体的三维结构信息。
这个计算过程是通过衍射数据计算出一组原子的可能的位置和环境信息，再通过结构学算法使计算出的原子位置之间没有互相遮挡，同时使得有可能的成键信息之间兼容，最后使晶体结构经过优化，得到一个最有可能的原子位置模型。
晶体结构解析技术的应用范围非常广泛，从基础科学研究到药物设计都有很多重要的应用。
比如，药物设计的流程一般就包括晶体结构解析，得到药物分子与靶标分子之间的作用信息，能够大幅度提高药物研发的成功率。
另外，一些重要的科学发现，如基因的结构和功能、生命化学过程等，也是通过晶体结构解析得到的。
当然，晶体结构解析也存在一些限制。
首先，生物大分子的晶体制备和结构解析过程都是相当复杂的，需要高超的技术和各种条件的精确控制。
而且，加上突变体的生产和加工，常常造成这种技术的成本非常高昂，所以在很多实际情况下，仍然难以利用这种技术。
aln晶体结构分析
aln晶体结构分析标题：ALN晶体结构分析：洞察其多个方面的深度观点导语：ALN晶体是一种具有广泛应用前景的重要材料，其结构分析对于深入理解其特性和性能至关重要。
本文将从多个方面探讨ALN晶体的结构特征，包括晶体结构理论、实验方法和应用等，以期为读者提供一个全面而深入的认识。
一、晶体结构理论1.1 晶体结构基础ALN晶体的结构是由铝、氮原子构成的周期性排列，具有典型的六方最密堆积结构。
通过介绍六方晶系的特点和最密堆积排列的原理，我们可以更好地理解ALN晶体的结构特征。
1.2 晶体缺陷与点阵替代除了完美的晶体结构，ALN晶体中常含有各种缺陷，如空位、间隙和替代位等。
这些缺陷对于材料的性质和应用具有重要影响。
我们将探讨缺陷和点阵替代对ALN晶体结构和性能的影响，加深对其多样性的认识。
二、实验方法与技术2.1 X射线衍射分析X射线衍射是一种常用的结晶学方法，可以提供准确的晶体结构参数和晶面指数。
我们将介绍X射线衍射分析的基本原理以及在ALN晶体结构研究中的应用。
2.2 电子显微镜技术电子显微镜技术是一种直接观察材料微观结构的有效手段，可以获得高分辨率的晶体图像和缺陷信息。
我们将探索如何利用电子显微镜技术解析ALN晶体结构，以及该技术在晶体学研究中的最新应用进展。
2.3 光谱学分析光谱学方法可以揭示材料的电子结构和原子振动信息，对于研究ALN 晶体结构至关重要。
我们将介绍Raman光谱和红外光谱等光谱学方法在ALN晶体结构分析中的应用及其意义。
三、ALN晶体结构与应用3.1 ALN薄膜的生长与表征通过合适的薄膜生长技术，可以制备高质量的ALN薄膜，用于光电子学、声子学和微纳电子器件等领域。
本节将介绍常见的ALN薄膜制备方法及其结构表征技术，以展示ALN晶体结构研究在薄膜应用中的价值。
3.2 ALN晶体的光电特性ALN晶体具有优秀的光电特性，如宽带隙、高透明性和热稳定性，使其在紫外光器件、光电传感和光催化等领域展示出广阔的应用前景。
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晶体的结构解析书
以下是一些关于晶体结构解析的推荐书籍：
1. "X射线晶体学"（Crystallography by X-ray Diffraction）- Walter Borchardt-Ott
这本书是晶体学的经典教材之一，深入讲解了晶体结构分析的理论和实践。
它涵盖了X射线衍射技术、晶体生长、晶体结构解析方法和工具等方面内容。
2. "The Basics of Crystallography and Diffraction" - Christopher Hammond
这本书是一个入门级别的晶体学教材，用简明易懂的语言介绍了晶体结构解析的基本原理和技术。
它讲解了晶体的对称性、晶体结构的表示和分析、晶体生长以及X射线和中子衍射等内容。
3. "Principles of Protein X-ray Crystallography" - Jan Drenth
这本书专注于蛋白质的X射线晶体学结构分析。
它涵盖了蛋白质晶体学的基本原理、数据处理方法、模型构建和结构解读等内容。
这本书适合那些对蛋白质结构和功能研究感兴趣的读者。
4. "Crystal Structure Analysis: Principles and Practice" - Alexander J. Blake
这本书向读者介绍了晶体学结构解析的基本原理和方法。
它涵盖了X射线晶体学、中子衍射和电子衍射等不同的结构解析技术，并讨论了解析不同类型晶体的策略和挑战。
这些书籍可以帮助你深入了解晶体结构解析的理论和实践，无论你是初学者还是想进一步提升研究水平，都会受益匪浅。