第3章 Diamond

常用工具及功能按钮介绍(表3-1 ) 场景主要工具栏(调用：菜单View/Toobars)
6个: Standard Video Transform Picture Measure Move
在Structure场景下可创建多个Picture图片 New blank Picture
【实例3-1】在Diamond3.0软件中创建NaCl晶5.1 将晶体结构制成动画 3.5.2 为晶体结构设置材质和相应的彩色背景 3.5.3 在Diamond软件中观看分子结构
3.5.1 将晶体结构制成动画
Tools/Video sequence命令
可以以AVI文件格式保存，也可保存为单张图片。
3.5.2 为晶体结构设置材质和相应的彩色背景
晶胞结构图
7个晶系的晶胞参数
c a b a
c b
αβ γ
c b a
立方晶系(Cubic)
a=b=c, ===90°
c b a b
四方(Tetragonal)
a=bc, ===90°
正交(Orthohornbic)
abc, ===90°
c c a b a
c a b
三方(Trigonal)
每个空间群的记号可用Schonflies记号或国际 记号或两种结合使用。
Diamond构建晶体模型的基本步骤：
•确定构建哪个晶体的模型 •收集资料（查找该晶体的晶胞参数和晶体中原子的坐 标参数） •在Diamond软件中建模（在各对话框中输入相关数据） •在Diamond软件的操作场景中对晶体模型进行修改、 美化、标注和观察 •现场教学或将晶体模型的三维文件导出（图片或网页 格式）
晶体模型转换时注意:
•由多面体可直接转换成Space-filling模式; •由多面体不可直接转换成Standard和Wires/Sticks模 式,需消除多面体。 ★消除多面体: Build/Destroy/Polyhedra命令 ★测量键长、键角和扭矩
★对原子或键进行编辑: •对任意原子进行选取,单击鼠标右键则会弹出相应的对话 框,可对其进行剪切、复制、删除及编辑等操作。 •双击所选中的原子， 可以进入该原子的设 计对话框(Atom Design) ,在此对话框中， 可以修改所选原子的 代表模式、颜色和透 明度以及原子边框的 颜色和形式（实线或 虚线等）。
★若要清楚了解五氧化二磷分子晶体的连接情况， 选择Create a blank picture (创建空白图形) :
金刚石的晶体结构模型
铜的晶体结构模型

CaCl2的晶体结构模型
3.1.2 Diamond在化学教育应用中的主要功能 ● ● ● ● ● ● 准确构建晶体结构。 形象地展示晶体，便于从各个方位观察晶体的结构。 可对晶体进行标注和美化。 可测晶体的键长、键角和扭矩。 通过学习该软件，可以了解更多的有关晶体结构的知识。 可将晶体结构的运动过程制成动画，并保存为.AVI文件。
注意:
• 只有下载并安装了POV-Ray软件，Diamond软 件中的材质和彩色背景编辑功能才会被击活。 • 确定晶体的投影模式 (Central中心投影): 选择picture/Representation…/Projection命令
物 体 投 影
投影 中心 投射 线
中心投影法
Central Projection
★晶体结构添加文字和标注
在工作场景中任意选中一对象，然后右击鼠标， 在Add栏中选取Text… 或选择Objects/Text…命令
★为晶体添加多面体结构
:
:
Build/Polyhedra/Add Polyhedra…命令 或鼠标右键/Add/ Polyhedra…
【实例3-4】为实例3-1中所创建的NaCl晶胞添 加上多面体结构。
•Picture/Viewing Direction…选择投射方向 •Objects/Planes/Create Plane Through Atoms… 为选中分子(Select Molecule)创建平面 •Tool/Calculate/Angle Between Planes… 同时测量二者间的夹角和距离
•晶体的分类：
(1)按来源分为：天然晶体（宝石、冰、 砂子等）人工晶
体（各种人工晶体材料等）
(2)按化学键分：金属晶体(Cu)、离子晶体(NaCl)、分子晶 体(冰)、原子晶体(金刚石)、混合型晶体(石墨)等。 (3)按晶胞形状分：7个晶系(Crystal System)
•立方晶系(Cubic)； •三方晶系(Trigonal)； •四方晶系(Tetragonal)； •正交晶系(Orthohornbic)； •单斜晶系(Monoclinic)； •六方晶系(Hexagonal)； •三斜晶系(Triclinic)
3.5.3 在Diamond软件中观看分子结构
——Picture工具栏的使用
【实例3-7】在Diamond3.0软件中展示并观察Diamond3.0软 件内置的pyrene.cif文件所代表的分子晶体。 (Open/Tutorial/pyrene.cif芘,嵌二萘) •直接得到分子结构 •按钮可以显示出一个完整晶胞范围内所有原子。 •连接原子按钮（该晶胞中所有本应存在的化学键 都显现出来，并将所有的相应原子连接起来。）
a=b=c, ==90° a=bc, ==90° =120°
六方(Hexagonal) 单斜(Monoclinic) 三斜(Triclinic)
a=bc, ==90°, =120° abc ==90°, 90° abc ===90°
(2)晶胞的内容 包括晶胞中原子的种类、数目和在晶胞中的相对 位臵。原子在晶胞中的坐标参数（x,y,z）的意义是 指由晶胞原点指向原子的矢量r可以用单位矢量和坐 标参数表示为r=xa+yb+zc。 由于在晶胞内， x,y,z≤1，故也称其为分数坐标。
注意：晶体中原子的坐标参数是 以晶胞的三个轴作坐标轴，以三 个轴的轴长作为坐标轴的单位。 当原点位置改变或选取的晶轴改 变，原子坐标参数也会改变。
•空间群(Space Group)：
——晶体内部结构中全部对称要素的集合。 晶体结构具有空间点阵式的周期结构，点阵结构的空间对 称操作群称为空间群。 一切晶体结构中总共只能有230种不同的对称要素组合方式， 即230个空间群。它是由俄国结晶学家费多洛夫和德国结晶 学家薛弗利斯（Artur Moritz Schoenflies）于1890至1891 年间各自独立地先后推导得出来的。
利用Planes分析晶胞面上原子（Cu）： Objects/Plane/Create Lattice Plane… 移动平面： ~ /Shift Plane(先点击Table Of Planes”栏， 选择平面）
消除平面：View/Table/Plane或点击 右侧出现“Table Of Planes”栏， 选择平面后鼠标右键delete
第三章 Diamond化学工具软件
3.1 Diamond的运行及其在化学教育 应用中的主要功能 Diamond软件是由德国波恩大学 Crystal Impact GbR公司开发研制 的一个化学专业应用软件，主要用 于绘制和探索晶体结构,也可以用 于分子结构和材料科学的物质特征 显示。
3.1.1 Diamond的下载、安装与启动 下载地址：
【实例3-8】试在Diamond3.0软件中展示并观察五氧 化二磷分子晶体的结构，并为其添加多面体结构。 五氧化二磷分子晶体的结构原图位于Diamond2.1版本软件 （路径为Diamond2\Samples\Tutorial\）的P4O10.cry文件
安装Diamond2.1
三种打开导入方式 : 1）Creat a picture automaticaly (直接自动打开文件中所保存的结构图形) 2）Launch the Picture Creation Assistant (启用创建图形的辅助对话框) 3）Create a blank picture (创建空白图形)
3.4 晶体结构的展示与美化
★晶体模型的展示形式
•鼠标右键，在弹出的菜单中选择Model •在创建晶体时，在原子显示类型对话框中进行设臵。 •选择菜单picture/Model and Radii命令 •使用位于场景下方的图标 ，在其下拉菜单中进行选择。
【实例3-3】为实例3-2中所创建的石英SiO2多面体晶体 结构分成几个原子组，然后以不同的模式进行展示。
3. 为晶体结构布置彩色背景：(确定晶体的投影模式
为Central中心投影) Tools/POV-Ray命令/ Globe Settings…(设置背景、地面等)
3. 结构图片的预览和导出：
(1) Tools/POV-Ray命令/Preview… (2) Tools/POV-Ray命令/Render Into Bitmap…
晶体的相关知识
：是由原子或分子在空间按一 定规律周期重复地排列构成的固体物质。
晶体（crystal）
金刚石
晶体性质
均 匀 性： 各向异性： 固定熔点： 的温度。 规则外形： 对 称 性： 称性。 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。 晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。 晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样 理想环境中生长的晶体应为凸多边形。 晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对
•研究晶体结构的周期性规律有两种方式:
晶胞(Cell)：按实际重复周期将晶体划分为一个个 完全相同且可并臵的平行六面体作为晶体的基本单位。 实际上,晶体即是晶胞在三维空间无限地重复构成的. 点阵(Lattice)：将周期性重复排布的内容抽象成几 何学上的点，然后考察这些点在空间的阵式。
• 晶胞有两大要素： (1)晶胞的形状、大小 晶胞的形状是平行六面体,由三个基本向量a、b、c表 达，三个基本向量的长度及彼此之间的夹角α、β、γ称为 晶胞参数。