第二章 无机非金属材料的结构基础
无机非金属材料概论

无机非金属材料概论无机非金属材料(inorganicnonmetallicmaterials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。
是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。
无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。
无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。
常见种类二氧化硅气凝胶、水泥、玻璃、陶瓷。
成分结构在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂,并且没有自由的电子。
具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。
这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一,硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。
应用领域无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。
通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。
传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。
如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。
它们产量大,用途广。
其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。
新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。
它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。
主要有先进陶瓷(advancedceramics)、非晶态材料(noncrystalmaterial〉、人工晶体(artificialcrys-tal〉、无机涂层(inorganiccoating)、无机纤维(inorganicfibre〉分类传统陶瓷:其中,瓷是粉体的致密烧结体,较之较早的陶,其气孔率明显降低,致密度升高。
无机非金属材料的组成、结构

离子晶体性质 1) 离子键结合力很大,故离子晶体结构非常稳定,反映在
宏观性质上,离子晶体的熔点高,硬度大,热膨胀系数小; 2) 离子晶体若发生相对移动,将失去电平衡,离子键被破
坏,故离子晶体多为脆性; 3) 离子键中很难产生可以自由运动的电子,则离子晶体都
是很好的绝缘体; 4) 大多数离子晶体对可见光透明,在远红外区有一特征吸
收峰——红外光谱特征。
2) 共价键
共价键实质 共价键:原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠而产
生的键合。 共价晶体或原子晶体:靠共价键结合的晶体。 典型的共价晶体:第IV族元素C(金刚石),Si,Ge,Sn
(灰锡)等的晶体,属金刚石结构。 共价键特性
有饱和性 有方向性
单质Si:Si-Si键为共价键。1个4价Si原子,与其周围4个 Si原子共享最外层的电子,从而使每个Si原子最外层获得8 个电子。1对共有电子代表1个共价键,所以1个Si原子有4个 共价键与邻近4个Si原子结合,形成四面体结构,其中共价 键之间的夹角约为109o。
元素间电负性相差越小 结合为共价性的键倾向越大
C.1 陶瓷结构
无机非金属材料概论
C.1 陶瓷结构
无机非金属材料概论
电负性:衡量价电子被正原子实吸引的程度。
2.3 非金属单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。
一、惰性气体元素的晶体
惰性气体在低温下形成的晶体为A1(面心立方)型或 A3(六方密堆)型结构。由于惰性气体原子外层为满电子 构型,它们之间并不形成化学键,低温时形成的晶体是靠 微弱的没有方向性的范德华力直接凝聚成最紧密堆积的A1 型或A3型分子晶体。
典型氢键晶体:冰(H2O)、 铁电材料 磷酸二氢钾(KH2PO4)
本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)

四川大学本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称(中、英文):《材料科学与工程基础》(FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING)课程号(代码):30014530课程类别:专业基础课学时/学分:48 /3先修课程:大学化学、大学物理、物理化学适用专业:高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间:大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科,其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程是材料类专业的学科基础课程,是联系基础课与专业课的桥梁。
本课程从材料科学与工程的“四要素”出发,采用“集成化”的模式,详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。
使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念,从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性,及其在材料领域中的地位和作用。
为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。
本课程采用中文教材与英文原版教材相结合,实施“双语”教学。
使学生通过本课程的学习,熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇,提高对英文教材的阅读理解能力。
三、课程的教学内容、要点及学时分配(以红字方式注明重点难点)第一章绪论(1学时)本章概要:简要介绍材料的定义及分类,材料科学与工程的基本内容。
使学生了解本课程的学习内容和学习方法。
讲授要点:材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性(举例)课程学习的目的、方法、要求第二章材料结构基础(15学时)本章概要:按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序,阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式,固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。
无机材料科学基础第二章-晶体结构-第6节(3)

CaO静电键强度与MgO相同,但晶体结构疏松,不稳定,易水 化。因为Ca2+离子半径大,使O2-离子的立方密堆积紧密程度变 松。 CaO 的晶格能为3469KJ/mol ,熔点2560 ℃。
6
2、CsCl型
r+/r- = 0.93(大于0.732)
CsCl晶体为Pm3m空间群(立方原始格子); a0=0.411nm; Cl-按简立方形式堆积,位于立方体的8个角顶上;Cs+填充在立方体 中心。 Cl-、Cs+的配位数均为8;单位晶胞中的分子数Z=1;
r+/r- = 0.102/0.181=0.56 (0.414~0.732)
3
②球体紧密堆积方法:Cl-按面心立方紧密堆积,Na+填入 全部八面体空隙(Na︰Cl=1︰1); ③配位多面体及其连接方式:[NaCl6]八面体以共棱方式 连接,该描述方法适宜于复杂晶体结构。
NaCl中的正八面体结构
4
属于NaCl型结构的晶体很多,表2-7所示。
按离子堆积分析, O2-按变 形的六方密堆积, Ti4+只填 充了O2-所形成的八面体空隙 的一半(Ti︰O=1 ︰2)。
16
晶胞中质点的坐标为:Ti4+(000),(1/2 1/2 1/2);
O2-(uu0),((1-u) (1-u) 0),((1/2+u)(1/2-u)1/2),
1号点 2号点 4号点 3号点
单位晶胞中质点的坐标如图所示。 属于CsCl结构的晶体有CsBr、CsI、NH4Cl 等。
7
3、闪锌矿(立方ZnS)型结构(共价晶体)
闪锌矿为Fm3m 空间群, a0=0.540nm。面心立方格子,S=按立方 紧密堆积,Zn2+交错处于八分之一小立方体中心,占据四面体空 隙的一半; 质点坐标及投影图如图所示。
无机非金属材料的非晶体结构课件

非晶体结构
非晶体结构是指原子或分子在三维 空间中没有长程有序的结构。
玻璃态
玻璃态是指物质在高温下熔融后快 速冷却形成的非晶体状态,具有短 程有序的结构。
无机非金属材料的非晶体结构类型
玻璃相
玻璃相是一种常见的无机非金属 材料的非晶体结构类型,由硅酸 盐、硼酸盐等组成,具有短程有
序的结构。
合材料等。
晶体和非晶体在传感器、电池和 太阳能电池等领域也具有不同的
应用前景。
晶体在药物载体、生物相容性和 生物医学成像等方面具有独特的 优势,而非晶体在这方面的应用
较少。
05 无机非金属材料的非晶体结构制备方法
CHAPTER
气相沉积法
物理气相沉积(PVD)
包括真空蒸发、溅射、离子束沉积等子方法。
复合材料制备
碳纤维增强树脂基复合材料
通过将碳纤维与非晶体结构的树脂基体进行复合,可以获得具有优异力学性能和耐腐蚀性的复合材料,广泛应用 于制造飞机、汽车和体育器材等。
玻璃纤维增强塑料复合材料
通过将玻璃纤维与非晶体结构的塑料基体进行复合,可以获得具有高强度、高韧性和耐冲击等特点的复合材料, 广泛应用于制造电子产品、汽车和建筑材料等。
化学合成法
定义
利用化学反应在溶液中合成非晶体结构材料。
特点
反应条件温和,易于实现工业化生产;可通过调节反应物浓度、溶剂种类、反 应温度等参数控制产品的结构和性能。
06 无机非金属材料的非晶体结构应用
CHAPTER
玻璃制造
玻璃纤维增强材料
通过将玻璃加热至高温熔融状态,然后迅速冷却,可以获得 具有非晶体结构的玻璃纤维增强材料。这种材料具有高强度 、高弹性模量和耐腐蚀性等特点,广泛用于航空航天、汽车 和建筑等领域。
无机非金属材料结构基础表面与界面

04:08
74
11
表面离子重排结果: ①正离子的配位数下降,6 5; ②表面形成厚度为0.02nm的双电层; ③晶体表面好象被一层负离子所屏蔽。
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双电层的成因:
对于离子晶体,处于表面的负离子(Cl-)只受到上下和内侧 Na+离子的作用,而外侧是不饱和的。于是,表面负离子(Cl-) 的电子云因被拉向内侧正离子一方而变形,形成负电端朝内侧、 正电端朝外侧的偶极子。这种偶极子的形成,必然引起与其相 邻的Na+离子电子云的变化,使Na+离子电子云的正电端朝内侧 负电端朝外侧,形成诱导偶极子。由于负离子的极化变形大于 正离子,因此,表面上的Na+离子被拉向内侧,这相当于表面上 的Cl-离子被推向外侧,正负离子通过重排而使体系在能量上趋 于稳定,并在表面形成双电层。
不过,HF,H2O,NH3 等氢化物的分子量与相应同族氢化物相比要小, 但它们的熔、沸点则反常地高,其原因在于这些分子间存在氢键。
04:08
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4、固体表面结构
1)晶体表面结构 微观(原子尺度的超细结构)和宏观(表面几何状态)
(1)晶体表面的微细结构(离子晶体)
维尔威(Verwey)晶体表面结构学说: 新形成的理想表面由 于周期性重复排列中断而具有很高的表面能,体系不稳定,通 过自发地变化,来降低能量而趋于稳定。
04:08
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14
表面效应:最外层的双电层对次内层发生作用,并引起内层离 子的极化与重排,这种作用随着向晶体内部推移而衰减。作用 深度与阴、阳离子的半径差有关。
粉体:形成许多新表面,而表面层离子的极化变形和重排使表 面晶格畸变,有序性降低。当细化到一定程度时,使表面无定 形化,不仅增加了粉体活性,而且由于双电层使表面荷电而容 易引起磨细的粉体又重新团聚。
无机非金属材料的分类和晶体结构

25 0 ,1 0 0
75 50
C
0 ,1 0 0
图3-1 金刚石的晶胞图和投影图
结构与性能的关系
性能:最切割材料
磨料及钻井用钻头
集成电路中散热片
高温半导体材料
同类型结构的物质有: • 硅、锗、灰锡(-Sn) • 立方氮化硼(c-BN):
硬度仅次于金刚石,但热稳定性远高于 金刚石,对铁系金属元素有较大的化学稳 定性。用以制造的磨具,适于加工既硬又 韧的材料,如高速钢、工具钢、模具钢、 轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。
1.金刚石结构
IV族元素,立方晶系, Fd3m空间群,a=0.356nm; 面心立方结构:C原子分布于八个角顶和六
个面心,四个C原子交叉地位于4条体对角 线的1/4、3/4处。每个C原子周围都有四个 碳,共价键连接,配位数为4。
0 ,1 0 0
50
0 ,1 0 0
A
75 50
25
B
0 ,1 0 0 50
图3-2 石墨晶体结构(虚线范围为单位晶胞)
结构与性能的关系
石墨: 润滑性 (中低温固体润滑剂 ) 良好的导电性 (高温发热体 ) 硬度低,易加工 在惰性气氛中熔点很高(高温坩埚 )
六方氮化硼 (h-BN):
h-BN与石墨是等电子体,有白色石墨之称。 有良好的润滑性,电绝缘性导热性和耐化学腐蚀 性,具有中子吸收能力。化学性质稳定,对所有 熔融金属化学呈惰性,成型制品便于机械加工, 有很高的耐湿性。
硅酸盐晶体中,一个[SiO4] 顶点的O2-还可以 和另一个[SiO4] 相连接(2个配位多面体共用一 个顶点),或者和另外3个[MgO6] 相连接(4个配 位多面体共用一个顶点),即可使O2-电价饱和。
无机非金属材料课件

THANKS
感谢观看
电子电器行业
航空航天领域
无机非金属材料具有良好的电绝缘性和稳 定性,可用于制造电子元件和电器设备等 。
无机非金属材料具有耐高温和抗腐蚀等特 性,在航空航天领域中有广泛的应用,如 火箭发动机壳体、飞机结构件等。
02
无机非金属材料的生产工艺
原料选择与处理
原料种类
根据产品需求选择合适的矿物原料,如黏土、石 英、长石等。
材料在高温下保持其结构 和性质的能力,反映材料 的耐热性。
04
无机非金属材料的发展趋势与挑 战
新材料的研究与开发
高性能陶瓷材料
研究具有高强度、高韧性、耐磨 、耐高温等优异性能的新型陶瓷 材料,如氮化硅陶瓷、碳化硅陶
瓷等。
新型玻璃材料
探索具有特殊光学、电学、磁学等 性能的新型玻璃材料,如光子晶体 玻璃、导电玻璃等。
成型与烧成
成型工艺
选择合适的成型工艺,如干压成型、等静压成型等, 根据产品形状和尺寸确定。
成型参数
控制成型参数,如压力、温度、时间等,以保证成型 质量。
烧成工艺
制定合理的烧成制度,控制烧成温度、时间、气氛等 参数,以获得理想的烧成效果。
加工与处理
加工设备
根据产品需求选择合适的加工设备,如切割机、磨削机、抛光机 等。
新型复合材料
研究由两种或多种材料组成的新型 复合材料,如碳纤维复合材料、玻 璃纤维复合材料等。
生产工艺的改进与创新
1 2
先进陶瓷制备技术
发展先进的陶瓷制备技术,如凝胶注模成型、等 静压成型等,以提高陶瓷材料的致密度和均匀性 。
玻璃熔炼与成型技术
研究新型的玻璃熔炼与成型技术,如溢流下拉法 、连熔连铸法等,以提高玻璃的质量和产量。
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三、NaCl型结构
石盐化学式NaCl,立方晶系,Fm3m,立方面心格子,a0
=0.563nm,单位晶胞中的“分子”数Z=4。
阴、阳离子以离子键结合,为离子晶体。Cl-按立方最紧密
堆积方式堆积,Na+充填于全部八面体空隙中,八面体之间 共棱(共用两个顶点)连接,阴、阳离子配位数均为6。
四、CsCl型结构
第二章 无机非金属材料结 构基础
第一节
结合键
1A 1 H 3 Li 11 Na 19 K 37 Rb 55 Cs 87 Fr
IIA 4 Be 12 Mg 20 Ca 38 Sr 56 Ba 88 Ra
VIIIB
IIIB IVB VB VIB VIIB 21 22 23 24 25 26 Sc Ti V Cr Mn Fe 39 40 41 42 43 44 Y Zr Nb Mo Tc Ru 57 72 73T 74 75 76 La Hf a W Re Os 89 Ac
九、CdI2(碘化镉)4nm,Z=1; Cd2+占有六方原始格子的结点位置,I-交叉分布于三个
Cd2+的三角形中心的上、下方; Cd2+的配位数是6,上下 各3个I- , I-配位数是3,3个Cd2+处于同一边,因此,该结 构相当于两层I-离子夹一层Cd2+ ,构成复合层。层间由范 德华力相连,是一种较典型的层状结构,层间范德华力较 弱,而呈现∥(0001)的解理;层内则由于极化作用,Cd -I之间是具有离子键性质的共价键,键力较强。
• 立方晶系,空间群Fm3m,a •Ca
2+作立方紧密堆积
七、CaF2(萤石)型结构
0
= 0.545nm,Z=4;Ca2+ 位于立方面心的结点上,F-位于立方体内八个小立方体 中心;Ca2+的CN=8,F-的CN=4;
,F-充填于全部四面体空隙,八面 体空隙全部空着,因此在八个F-之间存在有较大的空洞, 为F-的扩散提供条件。
四面体空隙和八面体空隙
四面体空隙:在等大球 体的最紧密堆积中,由4 个球体所围成的空隙。
八面体空隙:在等大球体的 最紧密堆积中,把组成层间 空隙的球心连起来,由6个球 体所围成的空隙。
fcc
bcc
fcc
bcc
一、典型无机化合物晶体的结构
一.金刚石结构 二.石墨结构 三.NaCl型结构 四.CsCl型结构 七.萤石型结构 八.金红石型结构 九.碘化镉型结构 十. 刚玉型结构
类似晶体有:Ca(OH)2;Mg(OH)2;CaI2;MgI2等。
Cd2+ I-
十、α-Al2O3(刚玉)型结构
三方晶系,空间群 R3c ,a0=0.517nm,a=55°17′,Z=2 O2-按六方紧密堆积排列 ,形成 ABABAB……重复规律,Al3+填
充于2/3的八面体空隙,Al3+的
a=b=c a=b≠c a=b≠c
Angles(α,β,γ)
a=b=g=900 α=β=γ=900 a=b=900,g=1200
a=b=g≠900 (a=b=900,g =1200)
a=b=c (a=b≠c)
a ≠ b≠c a≠b≠c a≠b≠c
α=β=γ=900 α=β=900≠γ α≠β≠γ≠900
属于闪锌矿型结构的晶体:b-SiC, GaAs, AlP, InSb等
六、α-ZnS(纤锌矿)型结构
六方晶系,空间群P63mc,a0=0.382nm,c0=0.625nm,Z=2;
阳离子和阴离子的配位数都是4 ;S2-按六方最紧密堆积排 列,Zn2+充填于1/2的四面体空隙中。
Z=6
Z=2
属于纤锌矿型结构的晶体有:BeO、ZnO、AIN等
立方晶系Pm3m空间群,a0=0.411nm,Z=1,立方原始 格子,Cl-处于立方原始格子的八个角顶上,Cs+位于立方 体中心(立方体空隙), Cl-和Cs+的CN均为8。
属于CsCl型结构的晶体:CsBr、CsI、NH4Cl等
五、β-ZnS(闪锌矿)型结构
立方晶系F 4 3m,a0=0.540nm,Z= 4,面心立方格子,S2-位于立方面心 的结点位置,而Zn2+交错地分布于立 方体内的1/8小立方体的中心。 阴、阳离子的CN均为4,若把S2-看 成立方最紧密堆积,则Zn2+充填于1/2 的四面体空隙中。
氢键、范德华力键
由此把晶体分成5种典型类型: 离子晶体、共价晶体(原子晶体)、金属晶体、 分子晶体、氢键晶体。
无机非金属材料结构中,主要含有离子键、共价 键和既含离子键又含共价键的混合价键。
一 、离子键
NaCl晶体结构中的离子键合晶胞结构
1.离子键实质 离子键:由正、负离子依靠静电库仑力而产生的键合。 离子晶体:质点之间主要依靠静电库仑力而结合的晶体。 2. 典型离子晶体: 金属元素同非金属元素的化合物:LiF、NaCl、GaF2 二元金属氧化物:Na2O、BaO、MgO 三元或多元化合物:镁铝尖晶石 MgOAl2O3 锆钛酸铝 Pb2(ZrxTi1-x)O3 3. 离子键特性 (1)无方向性 (2)无饱和性
58 Ce 90 Th 59 Pr 91 Pa 60 Nd 92 U 61 Pm 93 Np 62 63 Sm Eu 94 95 Pu Am
27 Co 45 Rb 77 Ir
28 Ni 46 Pd 78 Pt
IB 29 Cr 47 Ag 79 Au
IIIA IVA VA VIA VIIA 5 6 7 8 9 B C N O F 13 14 15 16 17 IIB Al Si P S Cl 30 31 32 33 34 35 Zn Ga Ge As Se Br 48 49 50 51 52 53 Cd In Sn Sb Te I 80 81 82 83 84 85 Hg Tl Pb Bi Po At
二、硅酸盐晶体结构
(一)硅酸盐晶体的表示法
氧化物方法 无机络盐表示法
氧化物方法:即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物
按一定的比例和顺序全部写出来,先是1价的碱金属氧化 物,其次是2价、3价的金属氧化物,最后是SiO2。例如 ,钾长石的化学式写为 K2O· Al2O3· 6SiO2; 无机络盐表示法:把构成硅酸盐晶体的所有离子 按照一定比例和顺序全部写出来,再把相关的络阴离子 用 [ ]括起来。先是1价、2价的金属离子,其次是Al3+和
1. 共价键实质 共价键:原子之间通过共用电子对或通过电子云 重叠而产生的键合。
共价晶体或原子晶体:靠共价键结合的晶体。
2.典型的共价晶体:第IV族元素C(金刚石), Si,Ge,Sn(灰锡)等的晶体,属金刚石结构。 3. 共价键特性 有饱和性 有方向性
第二节
晶体结构
一、典型无机化合物晶体的结构
五.闪锌矿型结构
六.纤锌矿型结构
十一. 钙钛矿型结构
十二. 尖晶石型结构
一、金刚石结构
化学式C;晶体结构为立方晶系Fd3m,面心立方格子,
a0=0.356nm;碳原子位于面心立方的所有结点位置和交 替分布在立方体内四个小立方体中心;每个晶胞中原子数 Z=8,每个碳原子周围都有4个碳,之间形成共价键。 性质: 硬度最大、具半导体性能、极好的导热性
二、硅酸盐晶体结构
7类晶系(syngonies)、14种Bravais点阵
Syngonies
立方 cubic 四方 tetragonal 六方 hexagonal 三方 triagnoal 正交 orthorhombic 单斜 monoclinic 三斜 triclinic
Axes (a,b,c)
类似晶体:BaF2、PbF2、SnF2、
CeO2、ThO2、UO2等
反萤石结构:晶体结构与萤石完 全相同,只是阴、阳离子 位置完 全互换。如Li2O、Na2O、K2O等。
八、TiO2(金红石)型结构
四方晶系,P4/nm ,a0=0.459nm,c0=0.296nm,Z=2; Ti4+位于四方原始格子结点位置,体中心Ti4+不属此四方原 始格子,而自成另一套四方原始格子,因为这两个Ti4+周围 环境不同,不能成为四方体心格子,O2-处于特定位置; Ti4+的配位数为6,O2-的配位 数为3。
二、共价键
单质Si:Si-Si键为共价键。1个4价Si原子,与其周围4个Si原子 共享最外层的电子,从而使每个Si原子最外层获得8个电子。1对共 有电子代表1个共价键,所以1个Si原子有4个共价键与邻近4个Si原 子结合,形成四面体结构,其中共价键之间的夹角约为109°。
单质Si结构中的共价键和晶胞结构
Si4+,最后是O2-或OH—。如钾长石为 K[AlSi3O8]。
(二)硅酸盐结构基本特点
(1)构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。Si-O-Si键是一条 夹角不等的折线,一般在145o左右。 (2)[SiO4]四面体的每个顶点,即O2-离子最多只能为两个[SiO4]四面 体所共用。 (3)两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。 (4)[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+ 所取代。
Ti-O八面体以共棱方式排成链状,晶胞中心的链和四角的 Ti-O八面体链的排列方向相差90° 链与链之间是Ti-O八面体以共顶相连 还可以把O2-看成近似六方紧密堆积, 而Ti4+位于1/2的八面体空隙中 属于金红石结构的晶体有:SnO2; PbO2;MnO2;MoO2; WO2; MnF2; MgF2;VO2
[SiO4]的作用——链接。
硅氧四面体[SiO4]
(三)硅酸盐结构的分类
硅酸盐晶体化学式中不同的Si/O比对应基本结构 单元之间的不同结合方式。X射线结构分析表明,硅酸 盐晶体中[SiO4]四面体的结合方式有岛状、组群状、链 状、层状和架状等五种方式。硅酸盐晶体也分为相应的 五种类型,其对应的Si/O由1/4变化到1/2,结构变得越 来越复杂,见表1。