无机材料科学基础第二章-硅酸盐晶体结构-第6节(4)
绿宝石结构分析（Be3Al2[Si6O18] 或 3BeO· 2O3 · 2) （Si : O=1: 3） Al 6SiO 属六方晶系，P6/mcc空间群，a=0.921nm，c=0.917nm，Z=2； 在绿宝石结构中，[SiO4]四面体形成六节环，环与环之间靠[BeO4] 四面体中的Be2+和[AlO6]八面体中的Al3+连接。 如图2-61所示为绿宝石结构在（0001）面上1/2个晶胞的投影。在c 轴高度上还有一半未画出。
双四面体
三元环
四元环
六元环
5
(3) 链状 单链 ：[SiO4]彼此共用两个顶点， 在一维方向上连结成无限的长链， 每一四面体仍有2个活性氧，借 此与存在于链间的金属离子相连， Si/O=1:3； 双链 ：双链是由两个单链通过共 用氧平行连接而成，或者看成是 单链通过一个镜面反映而得。 Si/O=4:11
22
透辉石CaMg [Si2O6] 的结构（CaO•MgO•2SiO2 ） 属单斜晶系，C2/c空间群，a=0.975nm，b=0.890nm，c=0.525nm，=105°37´ ， Z =4；图2-63为透辉石结构在（010）和（001）面的投影。 各硅氧链平行于c轴伸展，沿c轴链中[SiO4]的位置是一个向上一个向下更迭地 排列着，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链(稍有移动)。
[BeO4]与[AlO6]共棱 相连； [BeO4]与 [SiO4]、 [AlO6]与 [SiO4]共顶 相连
19
（4）以标高为50的Si4+和O2-处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单位晶 胞中有2个绿宝石分子。
绿宝石结构对性能的影响：
由于结构中有较大的环形孔隙， 当有半径小、电价低的离子 （K+，Na+）存在时，呈现出 离子导电。
堇青石Mg2Al3[AlSi5O18] 与 绿宝石结构相同，六节环 中的[SiO4]被[AlO4]取代， 而环外的（Be3Al2 ）被 （Mg2Al3）取代，保持电 价平衡。
20
3、连状结构 硅氧四面体通过公共氧连起来组成连续的链，构成一维空间无限延 伸的连状结构，如图2-62。 在单链中，[SiO4]中有2个氧变成非桥氧，链中的结构单元为 [Si2O6]4-，单链的化学式为[Si2O6]n4n-， Si : O=1: 3。 两条相同的单链通过非桥氧可组成带状——双链，图2-62D。
3
硅酸盐结构分类 [SiO4]是结构的基本构造单元，[SiO4]彼此通过共用O2-连接起 来，由于连接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干， 硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进行分类（[SiO4]的 排列方式） （1） 岛状 [SiO4]不直接连接，没有公共的顶角，[SiO4]通过其它离子连 结成一个完整的结构。这种结构称为岛状结构。
透辉石晶体结构（010）面投影图
23
由图2-63A，链之间由Mg2+和Ca2+ 相连， Mg2+的配位数是6（图中2个“25” O2-， 2个“10”，2个“-10”）；Ca2+的配位数是8，其中4个非桥氧和4个桥氧（图中2 个“75” O2-，2个“10”，2个“48”， 2个“52” ）； ， 由图B透辉石的（001）面投影和见，Mg2+主要负责硅氧链中[SiO4]的顶角之 间连接。Ca2+主要负责硅氧链中[SiO4]的底面之间连接。 ‖c轴，(1)、(2)二条 链顶角指向左、右。 ‖a轴，(1)、(3)二条顶角相背， (2)(4)二条顶角相对。
3、滑石的结构(Mg3[Si4O10](OH)2） 4、伊利石结构（化学式K1~1.5Al4[Si7~6.5Al1~1.5O20](OH)4） 5、白云母（化学式KAl2[AlSi3O10](OH)2 ） 五、架状结构（1、石英晶体结构；2、长石晶体结构）
1
六、硅酸盐矿物的晶体结构 概述 硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅 酸盐工业的主要原料。
③在镁橄榄石结构中，电价是平衡的。因为
O2-同时与三个[MgO6]八面体中的Mg2+和一 个[SiO4]四面体中的Si4+相配位，正离子分配 给O2-的电价是：
2 4 3 2 26 4 ，所以O 的电价是饱和的。
镁橄榄石晶体结构（100）面投影 O2-:黄球标高25，绿球标高75； Mg2+ :标高50，标高为0的未画出
单链
双链
6
(4)连续层状 由无穷个[SiO4]彼此共 用三个顶点，在二维 方向上连结成无限的 六方平面网，借助于 剩下的活性氧离子与 金属阳离子相连，而 再于其它平面层连接 。Si/O=1:2.5;
层状结构
7
(5)架状 每个[SiO4]的四个顶角都与 相邻 [SiO4]相连结，构成三 维方向连续延伸的架状骨架 。Si/O=1:2. 上 述五 种 结构 概括 于 表 2-5 （P47）中，通过分析后应 掌握其规律。
Be2+个数=1/24+1=3个； Al3+个数=12=2个 所以为半个晶胞。
17
绿宝石晶体结构（0001）面投影
18
绿宝石结构分析：
（1）绿宝石的基本结构单元是[SiO4]六节环，且每个[SiO4]中有两个O2-是公共氧， 它们与四面体中的Si4+处于同一高度。六节环两层相迭，交叉错开30°，形成 复六环，环之间由Be2+和Al3+连接。 （2）图中有5个Be2+处在以c轴为100的75标高处，所以属于该晶胞的Be2+为 （1/24+1）3个。Be2+分别与2个65标高的O2-（下面一层上面的O2-）和2个85 标高的O2-（上面一层下面的O2-）相连形成[BeO4]四面体。 （3）图中有2个Al3+也处在75标高，与3个85的O2-和3个65的O2-形成[AlO6]八面 体，这些O2-也与 Be2+相配位，所以 O2-的电价是饱和的。
10
1、岛状结构 ——[SiO4]四面体在结构中以孤立状态存在。 即[SiO4]各顶角之间并不互相连接，每个O2-除已经与一个Si4+ 相连外，不再与其他[SiO4]中的Si4+相配位，没个O2-剩余的 一价可与金属离子相配位而达到点价平衡。因此，[SiO4]四 面体之间是通过其他金属离子联系起来的。 属于岛状结构的晶体有： 锆英石Zr[SiO4]；橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]；硅线石Al2O3· 2； SiO 莫来石3Al2O3· 2SiO2及水泥熟料中的C2S、C3S等。
§2.6.6 硅酸盐矿物的晶体结构
一、岛状结构 镁橄榄石（ Mg2[SiO4]或 2MgO· 2） SiO 二、组群状结构 绿宝石（Be3Al2[Si6O18] 或 3BeO· 2O3 · Al 6SiO2) 三、连状结构 透辉石CaMg [Si2O6] 的结构（CaO· MgO· 2SiO2 ） 四、层状结构（层状结构矿物的特点） 1、高岭石结构（ Al2O3•2SiO2 •2H2O 或Al4[Si4O10](OH)8） 2、 蒙脱石（微晶高龄石）的结构（Al2[Si4O10](OH)8•nH2O理论式）
15
2、组群状结构 组群状结构是两个、三个、四个、六个[SiO4]四面体通过公共氧 相连接，形成单独的硅氧负离子团。如图1-35所示。硅氧负离 子团再通过其他金属正离子联系起来，这类结构又称为孤立的 有限硅氧四面体群。 这类结构中[SiO4]之间公用的O2-电价达到饱和，一般不再与其他 金属离子配位，称公共氧为非活性氧或桥氧；只用去一价的O2称为活性氧或非桥氧。非桥氧还可与其他金属离子配位。 组群状结构的典型 硅酸盐晶体是绿宝 石（Be3Al2[Si6O18]) 和镁方柱石 （Ca2Mg[Si2O7])。
硅酸盐的化学组成复杂。因为硅酸盐中的正离子、负离子 都有可能被其他离子部分或全部取代。
2
硅酸盐的化学式有两种写法：
①氧化物排列法——按金属氧化物的价态由低到高排列，最后是 SiO2。如钾长石，化学式为K2O· 2O3· Al 6SiO2； ②无机络盐写法——按离子价态从高到低排列，最后是O2-，并按 一定的比例写出其化学式。 如：钾长石，KAlSi3O8。 硅酸盐的结构也很复杂，不象其化学式表示的那样简单。鉴于此， 对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏硅酸盐划分，而是 根据[SiO4]四面体在结构中的结合排列方式进行分类。X-ray衍射 结构分析证明，硅酸盐中的[SiO4]四面体结合方式有岛状、组群 状、链状、层状和架状五种形式。如表2-5所列。
Si4+填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的1/8；
镁橄榄石晶体结构（100）面投影 黄球标高25，绿球标高75； 13
②Mg2+填入八面体空隙（三个25，三个75位
置O2-），形成[MgO6]八面体，占据八面体空 隙的1/2； [SiO4]四面体通过Mg2+联系起来。 [MgO6]间共棱、[SiO4]与[MgO6]共面相连
14
根据Pauling规则分析： （1）镁橄榄石中有[SiO4]和[MgO6]两种配位体（符合规则一、五）； （2）电价平衡（规则二）； （3） [MgO6]间共棱、[SiO4]与[MgO6]共面相连， [SiO4]间不相连 （三、四）。 镁橄榄石的结构是稳定的。Mg-O，Si-O键力都较强，该矿物熔点 高（1890℃ ），硬度大（6~7级）。且键力分布均匀，晶形呈粒 状，无显著解理。 镁橄榄石中的Mg2+被Ca2+取代，就形成钙橄榄石- Ca2SiO4。 Ca2+ 的配位数为6，化学稳定性好，几乎无水硬性；而- Ca2SiO4 ， Ca2+的配位数为6、8两种，而不是全部为6，化学稳定性差，即 水化反应活性大，有很好的水硬性。 C3S 中Ca2+的配位数也是6，但 [CaO6]的O2-分布不规则，留有较大 的空腔，水化反应更快。
21
辉石类硅酸盐（如透辉石，玩火辉石）含有[Si2O6]n4n单链，链与链之间通过金属正离子相连接，最常见的为 Mg2+和Ca2+ ，也有被其他正离子取代的情况，Mg2+可被 Fe2+代替，（Mg2++Ca2+）可被（Na++Al3+）, （Na++Fe3+）, （Li++Al3+）等离子对所取代。 角闪石类硅酸盐含有[Si4O11]n6n-双链，如斜方角闪石 (Mg,Fe)7 [Si4O11]2(OH)2，透闪石 Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2， 具有硅氧链的硅酸盐矿物，因链内Si-O键要比链之间 的M-O键强得多，所以这类矿物易沿链（或带）方向 劈裂为柱状或纤维状。 以透辉石为例说明该类矿物的结构。
无机材料科学基础___第二章晶体结构
第 2 章结晶结构一、名词解释1．晶体：晶体是内部质点在三维空间内周期性重复排列，具有格子构造的固体2．空间点阵与晶胞：空间点阵是几何点在三维空间内周期性的重复排列晶胞：反应晶体周期性和对称性的最小单元3．配位数与配位多面体：化合物中中心原子周围的配位原子个数成配位关系的原子或离子连线所构成的几何多面体4．离子极化：在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象5．同质多晶与类质同晶：同一物质在不同的热力学条件下具有不同的晶体结构化学成分相类似物质的在相同的热力学条件下具有相同的晶体结构6．正尖晶石与反尖晶石：正尖晶石是指2价阳离子全部填充于四面体空隙中，3价阳离子全部填充于八面体空隙中。
反尖晶石是指2价阳离子全部填充于八面体空隙中，3价阳离子一半填充于八面体空隙中，一半填充于四面体空隙。
二、填空与选择1．晶体的基本性质有五种：对称性，异相性，均一性，自限性和稳定性（最小内能性）。
2．空间点阵是由 C 在空间作有规律的重复排列。
（ A 原子 B离子 C几何点 D分子）3．在等大球体的最紧密堆积中有面心立方密堆积和六方密堆积二种排列方式，前者的堆积方式是以（111）面进行堆积，后者的堆积方式是以（001）面进行堆积。
4．如晶体按立方紧密堆积，单位晶胞中原子的个数为 4 ，八面体空隙数为 4 ，四面体空隙数为 8 ；如按六方紧密堆积，单位晶胞中原子的个数为 6 ，八面体空隙数为6 ，四面体空隙数为 12 ；如按体心立方近似密堆积，单位晶胞中原子的个数为 2 ，八面体空隙数为 12 ，四面体空隙数为 6 。
5．等径球体最紧密堆积的空隙有两种：四面体空隙和八面体空隙。
一个球的周围有 8个四面体空隙、 6 个八面体空隙；n个等径球体做最紧密堆积时可形成 2n 个四面体空隙、 n 个八面体空隙。
不等径球体进行堆积时，大球做最紧密堆积或近似密堆积，小球填充于空隙中。
6．在离子晶体中，配置于正离子周围的负离子数（即负离子配位数），决定于正、负离子半径比（r ＋/r －）。
硅酸盐晶体结构
▲▲
如果八面体以共棱方式相连，但O2被3个正离子所共用，这种八面体称为三
八面体，即 全部八面体空隙都被正离
子填充，[MgO6] 就属此种情况。
材料科学基础
• 不管是二八面体还是三八面体，八面
体层网络中仍有一些O2-不能与Si4+配位 （活性氧），因而剩余电价就要由H+来 平衡，所以层状结构中都有OH-出现。
五、层状矿物
层状结构是[SiO4]之间通过三个桥氧相 连，在二维平面无限延伸构成的硅氧四面 体层。
结构基元：[Si4O10]4－ 化学式：[Si4O10]n4n－ Si/O： 4：10 共用O2－数： 3
（a）立体图
（b）投影图
层状结构硅氧四面体
层的类型：
按照硅氧层中活性氧的空间取向不同，硅氧
第二节 硅酸盐晶体结构
一、概述 1、硅酸盐晶体化学式的写法
氧化物法：将所用氧化物由低价到高价按比例写 出，（最后写H2O） 无机络盐法：低价离子→高价离子→氧→(OH)基
Mg2[SiO4]
2、硅酸盐晶体结构的特点
1）[SiO4]是硅酸盐晶体结构的基础；
2）硅酸盐结构中的Si4＋之间不存在直接的键，
通过金属正离子连接，最常见的是Mg2+和Ca2。
角闪石类硅酸盐含有双链[Si4O11]，如斜方角
闪石（Mg，Fe）7[Si4O11]2（OH）2和透闪石
Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2等。
例：透辉石， CaMg[Si2O6]
结构与性质的关系：
介电性 解理性Si-O键要比M-O键要强
石英 磷石英 方石英 熔体
870 C 1470 C 1723 C
晶体结构硅酸盐晶体结构
晶体结构硅酸盐晶体结构晶体结构是指晶体中原子、离子或分子的排列方式。
硅酸盐晶体是指以硅酸根为基础的晶体，其中硅离子（SiO_4^4-）与其他阳离子形成网络结构。
硅酸盐晶体结构的研究对于了解晶体的物理性质以及在材料科学中的应用具有重要意义。
硅酸盐晶体结构可以分为四类：随机硅酸盐、连续硅酸盐、不连续硅酸盐、氟硅酸盐。
随机硅酸盐晶体结构是指硅酸盐中的硅酸根离子（SiO_4^4-）和其他离子随机排列的结构。
这类结构的特点是硅酸根离子之间没有明确的排列规律，并且硅酸根离子与其他离子之间的距离也比较随机。
随机硅酸盐晶体结构可以用来制备玻璃等非晶态材料。
连续硅酸盐晶体结构是指硅酸盐中的硅酸根离子（SiO_4^4-）按照一定的排列规律形成的结构。
这类结构的特点是硅酸根离子之间有明确的连接方式，形成一维、二维或三维的网络结构。
连续硅酸盐晶体结构具有较高的晶体度和结晶度，可以用来制备陶瓷等工程材料。
不连续硅酸盐晶体结构是指硅酸盐中的硅酸根离子（SiO_4^4-）与其他离子之间有插入不连续的阳离子，形成硅酸盐层状结构。
这类结构的特点是硅酸根离子之间有明确的排列规律，但是硅酸根离子与其他离子之间的距离不均匀。
不连续硅酸盐晶体结构可以用来制备硅酸钙等复合功能材料。
氟硅酸盐晶体结构是指硅酸盐中的硅酸根离子（SiO_4^4-）的一部分或全部被氟离子（F^-）取代的结构。
这类结构的特点是硅酸根离子与氟离子之间有明确的排列规律，并且形成独特的晶体结构。
氟硅酸盐晶体结构具有特殊的光学、电学和热学性质，可以用来制备光学器件、电子器件和热障涂层等材料。
总之，硅酸盐晶体结构的研究对于深入了解晶体的性质、设计新型材料以及开发新的应用具有重要意义。
随着材料科学的进步和技术的发展，我们对硅酸盐晶体结构的理解将进一步深化，为新材料的开发和应用提供更多的可能性。
无机材料科学基础考研复习综述
第一章、晶体结构基础1、晶体的基本概念晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列的固体，或者是具有格子构造的固体。
晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。
对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律地重复出现。
空间格子的要素：结点—空间格子中的等同点。
行列—结点沿直线方向排列成为行列。
结点间距—相邻两结点之间的距离；同一行列或平行行列的结点间距相等。
面网—由结点在平面上分布构成，任意两个相交行列便可以构成一个面网。
平行六面体：结点在三维空间的分布构成空间格子，是空间格子的最小体积单位。
2、晶体结构的对称性决定宏观晶体外形的对称性。
3、对称型（点群）：一个晶体中全部宏观对称要素的集合。
宏观晶体中只存在32种对称型4、对应七大晶系可能存在的空间格子形式：14种布拉维格子三斜：简单；单斜：简单、底心；正交：简单、底心、体心、面心；三方：简单R四方：简单、体心；六方：简单；立方：简单、体心、面心；P(简单点阵） I(体心点阵) C(底心点阵) F(面心点阵)底心点阵：A（100） B (010) C(001) 面心立方晶系中对应的密排面分别为（111）;体心立方（110）;六方晶系（0001）低指数晶面间距较大，间距越大则该晶面原子排列越紧密。
高指数则相反5、整数定律：晶面在各晶轴上的截距系数之比为简单整数比。
6、宏观晶体中独立的宏观对称要素有八种：1 2 3 4 6 i m 4空间点阵：表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。
或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。
空间点阵有，结点、行列、面网、平行六面体空间点阵中的阵点，称为结点。
7、晶胞：能充分反映整个晶体结构特征最小结构单位。
晶胞参数：表征晶胞形状和大小的一组参数（a0、b0、c0，α、β、γ）与单位平行六面体相对应的部分晶体结构就称为晶胞。
因此，单位平行六面体的大小与形状与晶胞完全一样，点阵常数值也就是晶胞常数值。
硅酸盐晶体结构a
材料科学基础 20/26
第二章 晶体结构
材料科学基础 21/26
第二章 晶体结构
（A1）α－方石英
立方晶系，分子数＝8。硅位于晶胞顶点及面心，晶胞内部还 有4个硅，其位置相当于金刚石中C原子的位置。交替指向相反方 向的硅氧四面体组成六节环状的硅氧层。以3层为一个重复周期在 平行于（111）面的方向上平行叠放而形成的架状结构。
由于电价饱和，滑石晶体具有良好的片状解 理特性，并具有油腻感。
铝取代上述镁时，形成叶蜡石 Al2[Si4O10](OH)2结构，性质与滑石相似。
材料科学基础 14/26
第二章 晶体结构
材料科学基础 15/26
第二章 晶体结构
B、高岭石Al4[Si4O10](OH)8
高岭石是一种主要的粘土矿物，属三斜 晶系，晶胞分数Z＝1。
材料科学基础 3/26
第二章 晶体结构
qq个性签名哲理内涵 1、走路快一点，脚步大一点；心事少 一点， 情绪好 一 点。 2、走别人的路，让别人无路可走！！ ！ 3、只有经历，才能看清世界的黑与 白，才能不断成熟。 4、真正懂得生活的人，只会怀念往 昔，绝 不会拿 往昔来 填 充现在。 5、真正的快乐来源于宽容和帮助 。 6、这个世界上最公平的事就是每个 人都会死。 7、有些事情笑着说出来的前提是你哭 够了。 8、选择的路即使后悔了 ，也没有退路了。 9、幸福的遐想，是照耀梦境的星光。 美好的 祝福， 是我心 中 最美最动人的歌！ 10、所谓没有时间，是因为没有很好地 利用它 。 11、时光教会 了我万事藏于心不表于情。 12、失败者没资格哭没资格伤心没资 格难过 没资格 怨 恨。 13、生命如自助餐厅，要吃什么菜自己 选择。 14、社会犹如一条船，每个人 都要有掌舵的准备。 15、若什么都不舍弃，便什么都不能 获取。 16、日子久了， 自然而然就开始质疑事件的真实存在 性，然 后以为 的就变 成真的 了。 17、人可以 输，但不可以躲。 18、人，可以无傲气，但不可以无傲骨 。 19、请不要说我聪明 ，我只是笨的不明显。 20、青春奋不顾身，成熟理性坚定 ，长大 后遗失 了原有 的
第二章 晶体结构 - 2.4.4链状结构硅酸盐晶体结构分析-0615-WJY
链状结构硅酸盐晶体
Mg2+: CN=6
Ca
Mg
Ca2+: CN=8
（001）面的投影图，画出了阳离子的配位关系。
链状结构硅酸盐晶体
角闪石族矿物属双链结构 [Si4O11]6-双链，平行c轴延伸。 相当于由两个辉石单链并列 连接构成，每四个硅氧四面 体为一重复单位。
角闪石族的晶体结构
75
60
59
2
Ca
40
-19 -25 42
Mg -2
Ca
60
-19 25
42
Mg 2
48
41
25 10
-9 52
59
透辉石晶体结构 ，(001)面 75 10 9
48
-2
52 Mg在1/2 Mg在0
Ca在1/2 Mg在0
a0=0.8899
透辉石晶体结构（010）面
链状结构硅酸盐晶体
链之间则由Ca2+和Mg2+ Mg2+离子相连，Ca2+的配 位数是8，ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）
（a）单链结构；（d）双链结构
链状结构硅酸盐晶体 ①单链
如果每个硅氧四面体通过共用两个顶点向一维方向无限延伸，则形成 单链，单链结构以[Si2O6]4-为结构单元不断重复，所以单链结构单元的
化学式可写为[Si2O6]n4n-。
单链的类型
链状结构硅酸盐晶体
②双链
如果两条相同的单链通过尚未 共用的氧组成带状，形成双链， 双链以[Si4O11]6-为结构单元向 一维方向无限延伸，故双链的 化学式为[Si4O11]n6n-
链状结构硅酸盐晶体
透辉石结构 化学式
CaMg[Si2O6]，
武汉理工大学考研材料科学基础重点 第2章-晶体结构
晶体结构中质点周围的环境不一定都是相同的。
二、晶体结构的定量描述 —晶面指数、晶向指数 1.晶面、晶向及其表征 2.六方晶系的晶面指数和晶向指数 3.晶向与晶面的关系 1.晶面、晶向及其表征 晶面：晶体点阵在任何方向上可分解为相互平行的结点平面，这样的结点平面称为晶面。 a.晶面上的结点，在空间构成一个二维点阵。 b.同一取向上的晶面，不仅相互平行、间距相等，而且结点的分布也相同。不同取向的结点平 面其特征各异。 c.任何一个取向的一系列平行晶面，都可以包含晶体中所有的质点。 晶面指数：结晶学中经常用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数字hkl是晶面在三 个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。每一个晶面指数代表一组平行晶面。 晶面族：晶体结构中原子排列状况相同但不平行的两组以上的晶面，构成一个晶面族。同一晶 面族中，不同晶面的指数的数字相同， 只是数序和正负号不同。 晶面族指数（符号）：通常用晶面族中某个最简便的晶面指数填在大括号{ }内，称为晶面族 指数，用符号{hkl}表示。 将{hkl}中的±h、±k、±l，改变符号和顺序，进行任意排列组合，就可构成这个晶面族所包 括的所有晶面的指数。
同方向的直线组，其质点分布不尽相同。
任一方向上所有平行晶向可包含晶体中所有结点，任一结点也可以处于所有晶向上。
晶向指数：用[uvw]来表示。其中u、v、w三个数字是晶向矢量在参考坐标系X、Y、Z轴上的矢量
分量经等比例化简而得出。
晶向族：晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用〈uvw〉表示。同一晶向族中不
之间的作用力，伦敦力──非极性分子中的瞬时偶极矩产生的力。当分子力不是唯一的作用力
时，它们可以忽略不计。
分子晶体分极性和非极性两大类。
氢键的特点：
无机材料科学基础教学大纲
《无机材料科学基础》教学大纲英文课程名称: Foundation of Inorganic Material Science课程编号：0711305总学时：88（其中理论课学时：74 实验学时：14）总学分：5.5先修课程：物理化学、晶体学适用专业：无机非金属材料工程开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料工程教研室执笔人：梁忠友审校人：来启辉一、课程教学内容绪论材料的发展动向及本课程的重要地位；本课程的特色及基本要求。
第一章晶体化学基本原理原子半径和离子半径；球体紧密堆积原理，六方堆积和立方堆积；配位数和配位多面体；离子的极化对化学键和结构的影响；电负性，估计化学键；鲍林规则。
第二章晶体结构与晶体中的缺陷第一节典型结构类型氯化钠型、金刚石型、氯化铯型、闪锌矿型、纤锌矿型、萤石型、金红石型、碘化镉型、刚玉型、钙钛矿型、尖晶石型。
第二节硅酸盐晶体结构岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构。
第三节晶体结构缺陷，点缺陷、固溶体、非化学计量化合物，固溶体研究方法；线缺陷，包括螺旋位错和刃位错。
第三章熔体与玻璃体第一节熔体结构——聚合物理论，第二节熔体性质粘度和表面张力。
第三节玻璃通性各向同性；介稳性；熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性；熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性。
第四节玻璃的形成玻璃态物质的形成方法简介；玻璃形成的热力学、动力学，结晶化学条件；第四节玻璃的结构晶子学说；无规则网络学说。
第五节常见玻璃类型硅酸盐玻璃；硼酸盐玻璃。
第四章表面与界面第一节固体的表面固体的表面特征；晶体表面结构；固体表面能；第二节界面行为，润湿与粘附；吸附与表面改姓；第三节晶界晶界结构与分类；多晶体的组织；晶界应力。
第四节粘土—水系统胶体化学粘土的荷电性；离子吸附与交换；电动性质；胶体性质；瘠性料的悬浮与塑化。
第五章相平衡。
第一节硅酸盐系统相平衡的特点热力学平衡态与非平衡态；硅酸盐系统中的组分、相及相律。
第二讲 硅酸盐晶体结构
维方向无限延伸的链。依照硅氧四面体共用顶点数目 的不同，分为单链和双链两类。
如果每个硅氧四面体通过共用两个顶点向一维
方向无限延伸，则形成单链，见图 。单链结构 以[Si2O6]4-为结构单元不断重复，结构单元的 化学式为[Si2O6]。在单链结构中，按照重复出 现与第一个硅氧四面体的空间取向完全一致的 周期不等，单链分为1节链、2节链、3节链……7 节链等7种类型，见图。
四方环
六元环
O2-有两种位置标高 （1）22, 23, 27, 28（约为25附近）； （2）72, 73,（-27）73, 77, 78（约75附近）
Mg2+有两种位置标高： （1）0, 50；（2）25, 75
绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）四、链状结构 Nhomakorabea 、层状结构
某些层状矿物还有另外一个特点，
就是单元层之间 结合力很弱，容易 渗入 大量水分子。
如 蒙脱石
五 、层状结构
五 、层状结构
滑石和叶蜡石都是玻璃和陶瓷工业重要原 料
滑石：用于制备绝缘、介电性能良好的
滑石瓷和堇青石瓷。
叶蜡石：常用作硼硅质玻璃中引入
Al2O3的原料。
五 、层状结构
五 、层状结构
(1)高岭石（1:1型） （kaolinite） [SiO4] + [AlO6]
1
O3
Si2
四
2
3
O 2+ OH
单位晶胞
Al 3 (OH)2 图 高岭石晶体结构
八
离子取代很少 化学组成比较纯净 单元层间不容易渗入水分子 阳离子容量小
无机材料科学基础第二章-硅酸盐晶体结构-第6节(4)综述
19
（4）以标高为50的Si4+和O2-处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单位晶 胞中有2个绿宝石分子。
绿宝石结构对性能的影响：
由于结构中有较大的环形孔隙， 当有半径小、电价低的离子 （K+，Na+）存在时，呈现出 离子导电。
3、滑石的结构(Mg3[Si4O10](OH)2） 4、伊利石结构（化学式K1~1.5Al4[Si7~6.5Al1~1.5O20](OH)4） 5、白云母（化学式KAl2[AlSi3O10](OH)2 ） 五、架状结构（1、石英晶体结构；2、长石晶体结构）
1
六、硅酸盐矿物的晶体结构 概述 硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅 酸盐工业的主要原料。
11
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构（ 2MgO· SiO2） 属斜方晶系，Pbmm空间群，a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm， Z=4； 下图为镁橄榄石的晶胞立体结构图和（100）面投影图。
镁橄榄石晶胞立体图
12
镁橄榄石的 特征：
①O2-近似排成平行于（100）面的两层（六方密堆）；
Be2+个数=1/24+1=3个； Al3+个数=12=2个 所以为半个晶胞。
17
绿宝石晶体结构（0001）面投影
18
绿宝石结构分析：
（1）绿宝石的基本结构单元是[SiO4]六节环，且每个[SiO4]中有两个O2-是公共氧， 它们与四面体中的Si4+处于同一高度。六节环两层相迭，交叉错开30°，形成 复六环，环之间由Be2+和Al3+连接。 （2）图中有5个Be2+处在以c轴为100的75标高处，所以属于该晶胞的Be2+为 （1/24+1）3个。Be2+分别与2个65标高的O2-（下面一层上面的O2-）和2个85 标高的O2-（上面一层下面的O2-）相连形成[BeO4]四面体。 （3）图中有2个Al3+也处在75标高，与3个85的O2-和3个65的O2-形成[AlO6]八面 体，这些O2-也与 Be2+相配位，所以 O2-的电价是饱和的。