晶体学课件 晶体化学基础共40页
合集下载
【课件】第1章晶体学基础-1PPT
注意： 阵点可以是原子（或分子、离子）的中心，也可 以是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同； 阵点仅具有几何意义，并不真正代表任何质点。
11
由无数阵点在三维空间有规则的周期性重复排列 所形成的几何图形称为空间点阵（Space lattice）， 简称为点阵。
12
空间点阵中的几何要素：
a、b、c（点阵常数） 晶胞
α、β、γ（晶轴间夹角）
阵点ruvw ua vb wc
ruvw 为 从 原 点 到 某 一 阵 点 的 矢 量 ， u,v,w 分 别 表 示 沿 三 个 点 阵 矢 量 的 平移量，也称该阵点的坐标。
由于各阵点的周围环 境相同，空间点阵具有空 间重复性。为此，为了说 明空间点阵的排列规律和 特点，可在点阵中取出一 个具有代表性的基本基元 作为点阵的组成单元，即 晶胞。
16
晶胞：
从空间点阵中取出一个仍能 保持点阵特征（对称性、周期性 ）的最基本单元称为晶胞。晶胞 平行堆积可充满三维空间，形成 空间点阵；两者意义相同，都是 从实际晶体结构中抽象出来、表 示晶体结构周期性规律的一种理 想模型。
对于同一个点阵，因选择方 式不同，可得到不同晶胞。
17
选取晶胞的原则：
了解
Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对
称性；
Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；
Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角数目应
最多；
Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
18
晶胞类型： 简单正交
体心正交
为了反映晶体的对称性，晶胞中的阵点数可大于1。据 此，晶胞分为：
注意：组成晶体的物质质点不同，排列的规则不 同，或周期性不同，都可形成不同的晶体结构。
11
由无数阵点在三维空间有规则的周期性重复排列 所形成的几何图形称为空间点阵（Space lattice）， 简称为点阵。
12
空间点阵中的几何要素：
a、b、c（点阵常数） 晶胞
α、β、γ（晶轴间夹角）
阵点ruvw ua vb wc
ruvw 为 从 原 点 到 某 一 阵 点 的 矢 量 ， u,v,w 分 别 表 示 沿 三 个 点 阵 矢 量 的 平移量，也称该阵点的坐标。
由于各阵点的周围环 境相同，空间点阵具有空 间重复性。为此，为了说 明空间点阵的排列规律和 特点，可在点阵中取出一 个具有代表性的基本基元 作为点阵的组成单元，即 晶胞。
16
晶胞：
从空间点阵中取出一个仍能 保持点阵特征（对称性、周期性 ）的最基本单元称为晶胞。晶胞 平行堆积可充满三维空间，形成 空间点阵；两者意义相同，都是 从实际晶体结构中抽象出来、表 示晶体结构周期性规律的一种理 想模型。
对于同一个点阵，因选择方 式不同，可得到不同晶胞。
17
选取晶胞的原则：
了解
Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对
称性；
Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；
Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角数目应
最多；
Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
18
晶胞类型： 简单正交
体心正交
为了反映晶体的对称性，晶胞中的阵点数可大于1。据 此，晶胞分为：
注意：组成晶体的物质质点不同，排列的规则不 同，或周期性不同，都可形成不同的晶体结构。
第三章 晶体学基础优秀课件
晶体： 周期性有序排列 （金属、大部分无机非金属）
非晶体： 进程有序、远程无序 （玻璃、树脂、塑料）
晶体的几何多面体形态，是其格子构造在外形上的直接反映！
5、单晶与多晶
晶体
晶体
金 刚石
同样是晶体材料
单晶：在整块材料中，原子都 是规则地、周期性的重复排列 的，一种结构贯穿整体。
特点：规则的几何外形 各向异性
面网
平行六面体
❖ 晶面：可将晶体点阵在任意方向上分解 为相互平行的节点平面。
❖ 晶面族：对称性高的晶体中，不平行的 两组以上的晶面，它们的原子排列状况 是相同的，这些晶面构成一个晶面族。
❖ 晶向：也可将晶体点阵在任意方向上分 解为相互平行的节点直线组，质点等距 离的分布在直线上。
❖ 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。
紧密堆积中球数和两种空隙间的关系：
八面体空隙 由6个球组成
四面体空隙 由4个球组成
晶格常数a与原子/离子半径R的关系
以面心立方例： 2Ra2/4/3R42/3R3/820.8 R
则有：4R=晶体 R=晶体
晶体结构 基本概念
堆积类型
a面心立方最密堆积
六方最密堆积
最密堆积
体心立方密堆积 非最密堆积
α=β=90°γ=120° α=β=γ≠90°
α≠β≠γ≠90°
❖ 举例
区别几何要素与实际晶体结构
❖ 阵点 行列 网面 平行六面体 空间点阵（格子） ❖ 基元 晶向 晶面 晶胞 晶格
2、 结晶学指数
❖ （1）晶向指数
❖ 表示晶向（晶棱）在空间位置的符号。 晶向符号只规定晶向而不涉及它具体的位置， 因而任何晶向（棱）都可平移到坐标0点， 故确定的步骤为： ● 选定晶轴X、Y、Z和a、b、c为轴单位；
高中化学 第四章 第一节 晶体的常识PPT课件
探究: 下图依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(12)、金刚石
(C)晶胞的示意图，数一数，它们分别平均含几个原子?
Na
Zn
I2
金刚石
钠、锌晶胞都是：8×1/8+1=2；
碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8；
金刚石：8×1/8+6×1/2+4=8。
1、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞,可推 知：甲晶体中A与B的离子个数比 为 1：1 ；乙晶体的化学式为 C2D ； 丙晶体的化学式为__E_F___；丁晶体的化 学式为__X_Y_3Z__。
4. 下图是CO2分子晶体的晶胞结构示意图， 其中有多少个分子？
8×
81+ 6 ×
1 2
=4
含4个CO2分子
5. 下列是NaCl晶胞示意图，晶胞中Na+和Cl¯
的个数比是多少？晶胞含多少个氯化钠？
Na原子：
8×
1 8
+
6
×
1 2
=4
Cl原子：
1+
12
×
1 2
=4
含4个钠、4个氯
6. 最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气
6.鉴别晶体和非晶体
（1）物理性质差异 如：外形、硬度、熔点、折光率
（2）区分晶体和非晶体最科学的方法是对固
体进行X-射线衍射实验。
固体
外观
微观结构 自范性 各向 熔点 异性
具有规 粒子在三 晶体 则的几 维空间周 有
何外形 期性有序 排列
有各 固定
向异 性
非晶 体
不具有规 则的几何 外形
粒子排列 相对无序
2、特点：晶胞都是平行六面 体.晶胞在晶体中“无隙并 置”.
材料化学第一章晶体学基础精品ppt资料
• 17-19世纪:
外形——内部结构的关系
•
1669年 丹麦 N. Steno
面角守恒定律
斯丹诺定律
• 律
1801年 法国 R. J. Hauy
晶面整数定
•
1806年 德国 C. S. Weiss
晶带定律推出六大晶系
对称定律、
•
1830年 德国 I. F. C. Hessel 晶体外形对
1895年 德国 伦琴 20世纪: 1912年 德国 劳厄
• 2.直线点阵(或晶棱)指标, [u, v, w]: • 用与直线点阵平行的向量表示, 说明该直
线点阵的取向.
互质整数[uvw] 也即晶向指数，假设其中有 负数，那么在数字上加一横线。
3.平面点阵(晶面)指标(h k l):
• 晶面指标的解释：
•
1.在分析晶体平面时，其平面指数常带有公因
子如〔220〕、〔422〕，其对应的点阵晶面指标却
为〔110〕、〔211〕，它所代表的是一组互相平行
的晶面；
•
2.当点阵面和某轴平行时，那么它和这一轴的
截距为∞，其倒数为0。
• 解释：晶面指标数值越大的晶面，其相 邻点阵面间距离越小，而且各点阵面中
点阵点的密度也较小，在晶体生长过程
中出现的时机也较小。实际晶体指标超 过10的极为罕见，超过5的也很少，一 般常见的大多是1、2、3等较小指数。
• 稳定性： 晶体内部粒子的规那么排列是粒子间
1.1 晶体结构的周期性
1.1.1 晶体结构的周期性与点阵 1. 晶体结构的周期性
晶体是一种内部粒子〔原子、分子、离子〕或粒 子集团在空间按一定规律周期性重复排列而成的固体。
两个重要的因素： 周期性重复的内容 第一要素 结构基元 周期性重复的方式 第二要素 重复周期的
晶体学基础PPT课件
➢ 单位格子：只包含一 个点阵点的格子叫单 位格子 。
➢ 复单位：即每一个格 子单位分摊到一个以 上的点阵点。
点阵
图1-4 平面点阵单位 上图所示，平行四边形I和II都 只分摊到一个点阵点，故它们 都是单位格子；平行四边形III 分摊到两个点阵点，故它是复 单位。
点阵
3.三维点阵(空间点阵)
➢分布在三维空间的点阵叫空间点阵。 ➢空间点阵对应的平移群可用下式表示：
T m n m p n a p b ,m c ,n ,p 0 , 1 , 2 (1 .
图1-5 空间点阵单位
点阵
➢空间格子：空间点阵按确定的 平行六面体单位划分后所形成 的格子称为空间格子 。
➢基本单位：每个平行六面体格 子单位只分摊到1个点阵点， 称为空间点阵的基本单位 。
我们把所有阵点可用位矢(1.1)、(1.2)或(1.3) 来描述的点阵称为布拉菲点阵。
➢ 点阵的这两条基本性质也正是判断一组点是否 为点阵的依据。
点阵
三.直线点阵、平面点阵与空间点阵
点阵和平移群
➢ 能使一个点阵复原的全部平移矢量组成 的一个平移群(它符合数学上群的定义) 称为该点阵对应的平移群。
➢ 点阵和平移群有一一对应的关系。一个 点阵所对应的平移群能够反映出该点阵 的全部特征。
第一章 晶体学基础
内容提要
晶体的基本性质 晶体结构几何理论的历史发展简况 点阵 平面点阵与空间点阵的性质 晶体的点阵结构 晶胞 典型晶体结构举例 晶向指数与面指数 晶体结构的对称性
第一节 晶体的基本性质
一.晶体与非晶体在宏观性质上的区别
➢晶体具有固定的外形，各向异性，固定 的熔点。 • 微细单晶体的集合体，称为多晶体 • 取向杂乱的单晶体集合成的多晶体， 显示出各向同性 • 择优取向的多晶体呈现出各向异性
➢ 复单位：即每一个格 子单位分摊到一个以 上的点阵点。
点阵
图1-4 平面点阵单位 上图所示，平行四边形I和II都 只分摊到一个点阵点，故它们 都是单位格子；平行四边形III 分摊到两个点阵点，故它是复 单位。
点阵
3.三维点阵(空间点阵)
➢分布在三维空间的点阵叫空间点阵。 ➢空间点阵对应的平移群可用下式表示：
T m n m p n a p b ,m c ,n ,p 0 , 1 , 2 (1 .
图1-5 空间点阵单位
点阵
➢空间格子：空间点阵按确定的 平行六面体单位划分后所形成 的格子称为空间格子 。
➢基本单位：每个平行六面体格 子单位只分摊到1个点阵点， 称为空间点阵的基本单位 。
我们把所有阵点可用位矢(1.1)、(1.2)或(1.3) 来描述的点阵称为布拉菲点阵。
➢ 点阵的这两条基本性质也正是判断一组点是否 为点阵的依据。
点阵
三.直线点阵、平面点阵与空间点阵
点阵和平移群
➢ 能使一个点阵复原的全部平移矢量组成 的一个平移群(它符合数学上群的定义) 称为该点阵对应的平移群。
➢ 点阵和平移群有一一对应的关系。一个 点阵所对应的平移群能够反映出该点阵 的全部特征。
第一章 晶体学基础
内容提要
晶体的基本性质 晶体结构几何理论的历史发展简况 点阵 平面点阵与空间点阵的性质 晶体的点阵结构 晶胞 典型晶体结构举例 晶向指数与面指数 晶体结构的对称性
第一节 晶体的基本性质
一.晶体与非晶体在宏观性质上的区别
➢晶体具有固定的外形，各向异性，固定 的熔点。 • 微细单晶体的集合体，称为多晶体 • 取向杂乱的单晶体集合成的多晶体， 显示出各向同性 • 择优取向的多晶体呈现出各向异性
人教版化学选修三晶体的常识ppt
钠、锌晶胞都是：8×1/8+1=2； 碘：（8×1/8+6×1/2）×2=8； 金刚石：8×1/8+6×1/2+4=8
I2的晶胞
金刚石的晶胞
2、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小 重复单元(晶胞)的结构.请回答： 该化合物的化学式为___C_a_T_iO_3.
注意：
在使用均摊法计算规律时一定先 看清楚晶胞构型；若晶胞构型不 是立方体，晶胞中的微粒数视情 况而定！！
二氧化硅的分子式？ SiO2
1mol的二氧化硅分子中有多少摩尔的共价键 4mol
晶胞
思考
1.每个晶胞中平均有 4 个Na+ 4 个Cl-？
2.NaCl晶体中，每个Na+周
围最近距离的Cl-有 6 个？ 每Na个+有Cl6-周个围？最近距离的
3.在NaCl晶体中，每个Na+周 围最近距离的Na+有12个？
4.该晶胞中，若Na+和Cl-间的最近距离为 0.5ax10-10m，则晶体的密度？ 0·39/a3 （g/cm3）
晶胞 2.NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的
Cl-有 6 个
31
42
每个Cl-周围最近距离的Na+有 6 个
Cl-
Na+
83
74
51
62
晶胞
3.在NaCl晶体中，每个Na+周
习惯采用的晶胞是平行六面体，整 块晶体可看作数量巨大的晶胞“无 隙并置”而成（相邻晶胞间无间隙； 平行排列，取向相同）
问题（P63 图3-7）：
铜晶体的一个晶胞中含有 4个铜原子
为什么呢?
晶胞对质点（粒子）的占有率
顶点： 1/8
I2的晶胞
金刚石的晶胞
2、图是超导化合物一钙钛矿晶体中最小 重复单元(晶胞)的结构.请回答： 该化合物的化学式为___C_a_T_iO_3.
注意：
在使用均摊法计算规律时一定先 看清楚晶胞构型；若晶胞构型不 是立方体，晶胞中的微粒数视情 况而定！！
二氧化硅的分子式？ SiO2
1mol的二氧化硅分子中有多少摩尔的共价键 4mol
晶胞
思考
1.每个晶胞中平均有 4 个Na+ 4 个Cl-？
2.NaCl晶体中，每个Na+周
围最近距离的Cl-有 6 个？ 每Na个+有Cl6-周个围？最近距离的
3.在NaCl晶体中，每个Na+周 围最近距离的Na+有12个？
4.该晶胞中，若Na+和Cl-间的最近距离为 0.5ax10-10m，则晶体的密度？ 0·39/a3 （g/cm3）
晶胞 2.NaCl晶体中，每个Na+周围最近距离的
Cl-有 6 个
31
42
每个Cl-周围最近距离的Na+有 6 个
Cl-
Na+
83
74
51
62
晶胞
3.在NaCl晶体中，每个Na+周
习惯采用的晶胞是平行六面体，整 块晶体可看作数量巨大的晶胞“无 隙并置”而成（相邻晶胞间无间隙； 平行排列，取向相同）
问题（P63 图3-7）：
铜晶体的一个晶胞中含有 4个铜原子
为什么呢?
晶胞对质点（粒子）的占有率
顶点： 1/8
晶体的常识实用课件-47页文档资料
的性质也随方向的不同而有所差异。） <4>.当一波长的ｘ－射线通过晶体时，会在记录仪上
看到分立的斑点或者普线． 〈5〉对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对
称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重 复出现。
区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：
对固体进行X—射线衍射实验
学与问 教材62页
思考“学与问”：教材62页
6个 2.分析“CsCl” 化学式的由来。
31
42
二氧化碳及其晶胞
每8个CO2构成立方 体，且在6个面的中 心又各占据1个CO2。 每个晶胞中有4个 CO2分子，12个原 子。
在每个CO2周围等 距离的最近的CO2 有12个(同层4个， 上层4个、下层4个)
谢谢！
xiexie!
看到分立的斑点或者普线． (5)对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称
性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复 出现。
区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：
对固体进行X—射线衍射实验
二:晶胞:
1.晶胞的定义：晶体中的最小重复单元
2、晶胞的结构：一般来说,晶胞都是大小、形状完全
相同平行六面体(其边长不一定相等也不一定垂直)
1：不是晶体，粒子排列无序，没有晶体的自范性。
2： A、采用X射线衍射实验，当X射线照射假宝石 时， 不能使X射线产生衍射，只有散射效应。 B、观看是否具有对称性，在外形上假宝石没有相 等的晶面、晶棱和顶角重复出现。 C、用它来刻划玻璃，真宝石硬度大，可刻划玻璃； 而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。 D、加热，真宝石沸点高，有固定的熔沸点，而假 宝石无固定的熔沸点，在一定的范围内便开始熔化。
3 .晶胞的特征：
通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最 小单元（即晶胞）完全重合
看到分立的斑点或者普线． 〈5〉对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对
称性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重 复出现。
区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：
对固体进行X—射线衍射实验
学与问 教材62页
思考“学与问”：教材62页
6个 2.分析“CsCl” 化学式的由来。
31
42
二氧化碳及其晶胞
每8个CO2构成立方 体，且在6个面的中 心又各占据1个CO2。 每个晶胞中有4个 CO2分子，12个原 子。
在每个CO2周围等 距离的最近的CO2 有12个(同层4个， 上层4个、下层4个)
谢谢！
xiexie!
看到分立的斑点或者普线． (5)对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称
性。在外形上，常有相等的晶面、晶棱和顶角重复 出现。
区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是：
对固体进行X—射线衍射实验
二:晶胞:
1.晶胞的定义：晶体中的最小重复单元
2、晶胞的结构：一般来说,晶胞都是大小、形状完全
相同平行六面体(其边长不一定相等也不一定垂直)
1：不是晶体，粒子排列无序，没有晶体的自范性。
2： A、采用X射线衍射实验，当X射线照射假宝石 时， 不能使X射线产生衍射，只有散射效应。 B、观看是否具有对称性，在外形上假宝石没有相 等的晶面、晶棱和顶角重复出现。 C、用它来刻划玻璃，真宝石硬度大，可刻划玻璃； 而假宝石硬度小，不能用来刻划玻璃。 D、加热，真宝石沸点高，有固定的熔沸点，而假 宝石无固定的熔沸点，在一定的范围内便开始熔化。
3 .晶胞的特征：
通过上、下、左、右、前、后的平移能与下一个最 小单元（即晶胞）完全重合
结构化学晶体学基础ppt课件
晶体学基础
气态
物质的三种聚集态 液态 晶体
固态 准晶体 非晶体
晶体学基础
• 非晶体
在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构 规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷 液体，称为玻璃体、无定形体或非晶态物质。
玻璃体的结构特点
晶体学基础
• 准晶体
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有 完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性， 因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶体的发现， 是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
金刚石中的滑移面
晶体的微观对称性
7.3.2 230个空间群 空间群符合一般用熊夫利和国际符号联合表示
晶体结构的周期性和点阵理论
3 晶体具有确定的熔点
晶体结构的周期性和点阵理论
4 晶体的对称性和对X射线的衍射
晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内 部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X 射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能 够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成 为了解晶体内部结构的重要实验方法。
晶胞
• 晶胞的两个基本要素：
晶胞
• 分数坐标
OP = xa + yb + zc
x, y, z为P原子的分数坐标。 x, y, z为三个晶轴方向单位 矢量的个数(是分数)(晶轴 不一定是相互垂直)。 x, y, z一定为分数
晶胞
• 凡不到一个周期的原子的坐标都必须标记，分 数坐标，即坐标都是分数，这样的晶胞并置形 成晶体。
点阵结构
2. 从晶体点阵结构中抽象出点阵 例1. 等径圆球排列形成的一密置列直线点阵
一个点阵点代表一个球 重复周期为a a = 2r
气态
物质的三种聚集态 液态 晶体
固态 准晶体 非晶体
晶体学基础
• 非晶体
在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构 规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷 液体，称为玻璃体、无定形体或非晶态物质。
玻璃体的结构特点
晶体学基础
• 准晶体
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有 完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性， 因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶体的发现， 是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
金刚石中的滑移面
晶体的微观对称性
7.3.2 230个空间群 空间群符合一般用熊夫利和国际符号联合表示
晶体结构的周期性和点阵理论
3 晶体具有确定的熔点
晶体结构的周期性和点阵理论
4 晶体的对称性和对X射线的衍射
晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内 部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X 射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能 够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成 为了解晶体内部结构的重要实验方法。
晶胞
• 晶胞的两个基本要素：
晶胞
• 分数坐标
OP = xa + yb + zc
x, y, z为P原子的分数坐标。 x, y, z为三个晶轴方向单位 矢量的个数(是分数)(晶轴 不一定是相互垂直)。 x, y, z一定为分数
晶胞
• 凡不到一个周期的原子的坐标都必须标记，分 数坐标，即坐标都是分数，这样的晶胞并置形 成晶体。
点阵结构
2. 从晶体点阵结构中抽象出点阵 例1. 等径圆球排列形成的一密置列直线点阵
一个点阵点代表一个球 重复周期为a a = 2r