高中化学晶体结构
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晶体结构 = 点阵 + 结构基元
四、晶胞
晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶胞并 置起来，则得到晶体。
晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶体 的化学组成；二是代表晶体的对称性
• 晶胞是描述晶体微观结构的基本单元，但不一定是最小 单元。晶胞有素晶胞和复晶胞之分。素晶胞，符号P， 是晶体微观空间中的最小单位，不可能再小。素晶胞中 的原子集合相当于晶体微观空间中的原子作周期性平移 的最小集合，叫做结构基元。复晶胞是素晶胞的多倍体
（2）周期性是晶体结构最基本的特征。
二、晶体性质
• ⑴均匀性 • ⑵各向异性 • ⑶自发地形成多面体外形 F+V=E+2 • 其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱 • ⑷有明显确定的熔点 • ⑸有特定的对称性 • ⑹使X射线产生衍射
可以发现，相
隔一定的距离，
总有完全相同
的原子排列出
直 线
现。
点
阵
这是晶
边长=4 3r/3
体心立方：在立方体顶点的微粒为8个 晶胞共享，处于体心的金属原子全部属 于该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
4лr3/3×2
(4 3 r/3)3
=68%
不是最密堆积
密置层堆积
第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将 球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一 样的 )
• 空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子在 整个晶体空间中所占有的体积百分比。
• • 空间利用率= •
球体积 晶胞体积
100%
简单立方堆积：在立方体顶点的 微粒为8个晶胞共享， 微粒数为：8×1/8 = 1
空间利用率： 4лr3/3 = 52.36% (2r)3
Ⅱ. 体心立方堆积
配位数：8
体对角线 = 4r
配制明矾饱和溶液，在容器中央挂一条线，浸 入溶液的线段悬一小块明矾晶体(晶种)，尽量 保持恒温令溶液慢慢挥发，数天后，会发现线 端的晶种长大了，呈现八面体外形。
一、晶体的定义
“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性 地重复排列构成的固体物质。” 注意：
（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定 的，而非由外观判断；
一般说来，三维晶胞都是平行六面体(二维平面上的晶胞 则是平行四边形)-叫做布拉维晶胞。整块晶体可以看成 是无数晶胞无隙并置而成。
晶胞结构图
平行六面体的几何 特征可用边长关系 和夹角关系确定。
布拉维晶胞的边长 与夹角叫做晶胞参 数。
注意不要弄错夹角 与边的相互关系
共有七种不同几何特征的三维晶胞，称为布拉维 系。
导热性
由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子
碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的 部分，从而使整块金属达到相同的温度
延展性
由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原 子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的 作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而 不断裂
密堆积：
由无方向性的金属键、离子键和范德华力等 结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒 子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空 间的堆积密度最大的那些结构。
12
6
3
54
12
6
3
54
，
AB
关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种 最紧密的堆积方式。
12
6
3
54
Ⅲ.六方密堆积 第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个周
A
期，即 AB AB 堆积方式，
形成六方紧密堆积。
上图是此种六方 紧密堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
体的普
平 面
遍特征， 叫做平
点
移对称
阵
性
三、晶体的微观特征
概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复 单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律 排列在空间，这些点构成一个点阵。
在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容 -结构基元，包括原子或分子的种类和数量及其在空间 按一定方式排列的结构。
A
A
B
B
A
A
各层均为密置层
六方最密堆积分解图
包含6个球 空间利用率：74%
包含2个球
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
A B C
Ⅳ. 面心立方密堆积
A
第四层再排 A，于是形成
ABC ABC 三层一个周期。
C
这种堆积方式可划分出面心
立方晶胞。
B
12
6
3
54
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
c αβ a bγ
c ba
c ba
立方 Cubic
a=b=c, = = =90°
四方 Tetragonal
a=b c, = = =90°
正交 Rhombic
a b c, = = =90°
c
ba
c
ba
三方 Rhombohedral a=b=c, = = 90°
a=b c, = =90° =120°
六方 Hexagonal
a=b c, = =90°,
=120°
c
c
ba
a b
单斜 Monoclinic
abc = =90°,
90°
三斜 Triclinic
abc = = =90°
晶胞中原子数目的计算(均摊法)
顶点占1/8
棱占1/4
面心占1/2 体心占1
第二部分 晶体的分类
按成键特点分为： 原子晶体：金刚石 离子晶体：NaCl 分子晶体：冰 金属晶体： Cu
一、金属晶体
金属的通性 金属具有一定的通性：有金属光泽，导电性，导热 性，延展性
金属键对金属通性的解释
通常情况下金属晶体内部电子的运动是自 由流动的，但在外加电场的作用下会定向 移动形成电流
共性
金属晶体与性质的关系
导电性
在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子 在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因 而形成电流
密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的 势能尽可能降低，而结构稳定。
金属堆积方式
一维堆积
➢ 二维平面堆积方式
I型
II 型
★
★
配位数:4 非密置层
行列对齐四球一空 非最紧密排列
Fra Baidu bibliotek
配位数:6 密置层
行列相错三球一空 最紧密排列
➢ 三维空间堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
边长 = 2r 配位数：6
空间利用率的计算
晶体的结构与性质
部分基本概念和基本结构
重晶石 BaSO4
莹石 CaF2
胆矾 CuSO4·5H2O
食盐 NaCl
黄铁矿
萤石
水晶
绿色鱼眼石
菱锰矿
图片2
晶体是真正意义的固体，在宏观上，晶体有 别于橡胶、玻璃、琥珀、树脂等非晶态的最 普遍的本质特征是它的“自范性”：
即：晶体能够自发地呈现封闭的规则凸多面 体的外形。
四、晶胞
晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶胞并 置起来，则得到晶体。
晶胞的代表性体现在以下两个方面： 一是代表晶体 的化学组成；二是代表晶体的对称性
• 晶胞是描述晶体微观结构的基本单元，但不一定是最小 单元。晶胞有素晶胞和复晶胞之分。素晶胞，符号P， 是晶体微观空间中的最小单位，不可能再小。素晶胞中 的原子集合相当于晶体微观空间中的原子作周期性平移 的最小集合，叫做结构基元。复晶胞是素晶胞的多倍体
（2）周期性是晶体结构最基本的特征。
二、晶体性质
• ⑴均匀性 • ⑵各向异性 • ⑶自发地形成多面体外形 F+V=E+2 • 其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱 • ⑷有明显确定的熔点 • ⑸有特定的对称性 • ⑹使X射线产生衍射
可以发现，相
隔一定的距离，
总有完全相同
的原子排列出
直 线
现。
点
阵
这是晶
边长=4 3r/3
体心立方：在立方体顶点的微粒为8个 晶胞共享，处于体心的金属原子全部属 于该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
4лr3/3×2
(4 3 r/3)3
=68%
不是最密堆积
密置层堆积
第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将 球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一 样的 )
• 空间利用率：指构成晶体的原子、离子或分子在 整个晶体空间中所占有的体积百分比。
• • 空间利用率= •
球体积 晶胞体积
100%
简单立方堆积：在立方体顶点的 微粒为8个晶胞共享， 微粒数为：8×1/8 = 1
空间利用率： 4лr3/3 = 52.36% (2r)3
Ⅱ. 体心立方堆积
配位数：8
体对角线 = 4r
配制明矾饱和溶液，在容器中央挂一条线，浸 入溶液的线段悬一小块明矾晶体(晶种)，尽量 保持恒温令溶液慢慢挥发，数天后，会发现线 端的晶种长大了，呈现八面体外形。
一、晶体的定义
“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性 地重复排列构成的固体物质。” 注意：
（1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定 的，而非由外观判断；
一般说来，三维晶胞都是平行六面体(二维平面上的晶胞 则是平行四边形)-叫做布拉维晶胞。整块晶体可以看成 是无数晶胞无隙并置而成。
晶胞结构图
平行六面体的几何 特征可用边长关系 和夹角关系确定。
布拉维晶胞的边长 与夹角叫做晶胞参 数。
注意不要弄错夹角 与边的相互关系
共有七种不同几何特征的三维晶胞，称为布拉维 系。
导热性
由于金属晶体中自由电子运动时与金属离子
碰撞并把能量从温度高的部分传导温度低的 部分，从而使整块金属达到相同的温度
延展性
由于金属晶体中金属键是没有方向性的，各原 子层之间发生相对滑动以后，仍保持金属键的 作用，因而在一定外力作用下，只发生形变而 不断裂
密堆积：
由无方向性的金属键、离子键和范德华力等 结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒 子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空 间的堆积密度最大的那些结构。
12
6
3
54
12
6
3
54
，
AB
关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种 最紧密的堆积方式。
12
6
3
54
Ⅲ.六方密堆积 第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个周
A
期，即 AB AB 堆积方式，
形成六方紧密堆积。
上图是此种六方 紧密堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
体的普
平 面
遍特征， 叫做平
点
移对称
阵
性
三、晶体的微观特征
概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复 单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律 排列在空间，这些点构成一个点阵。
在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容 -结构基元，包括原子或分子的种类和数量及其在空间 按一定方式排列的结构。
A
A
B
B
A
A
各层均为密置层
六方最密堆积分解图
包含6个球 空间利用率：74%
包含2个球
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
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A B C
Ⅳ. 面心立方密堆积
A
第四层再排 A，于是形成
ABC ABC 三层一个周期。
C
这种堆积方式可划分出面心
立方晶胞。
B
12
6
3
54
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
c αβ a bγ
c ba
c ba
立方 Cubic
a=b=c, = = =90°
四方 Tetragonal
a=b c, = = =90°
正交 Rhombic
a b c, = = =90°
c
ba
c
ba
三方 Rhombohedral a=b=c, = = 90°
a=b c, = =90° =120°
六方 Hexagonal
a=b c, = =90°,
=120°
c
c
ba
a b
单斜 Monoclinic
abc = =90°,
90°
三斜 Triclinic
abc = = =90°
晶胞中原子数目的计算(均摊法)
顶点占1/8
棱占1/4
面心占1/2 体心占1
第二部分 晶体的分类
按成键特点分为： 原子晶体：金刚石 离子晶体：NaCl 分子晶体：冰 金属晶体： Cu
一、金属晶体
金属的通性 金属具有一定的通性：有金属光泽，导电性，导热 性，延展性
金属键对金属通性的解释
通常情况下金属晶体内部电子的运动是自 由流动的，但在外加电场的作用下会定向 移动形成电流
共性
金属晶体与性质的关系
导电性
在金属晶体中，存在许多自由电子，自由电子 在外加电场的作用下，自由电子定向运动，因 而形成电流
密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的 势能尽可能降低，而结构稳定。
金属堆积方式
一维堆积
➢ 二维平面堆积方式
I型
II 型
★
★
配位数:4 非密置层
行列对齐四球一空 非最紧密排列
Fra Baidu bibliotek
配位数:6 密置层
行列相错三球一空 最紧密排列
➢ 三维空间堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
边长 = 2r 配位数：6
空间利用率的计算
晶体的结构与性质
部分基本概念和基本结构
重晶石 BaSO4
莹石 CaF2
胆矾 CuSO4·5H2O
食盐 NaCl
黄铁矿
萤石
水晶
绿色鱼眼石
菱锰矿
图片2
晶体是真正意义的固体，在宏观上，晶体有 别于橡胶、玻璃、琥珀、树脂等非晶态的最 普遍的本质特征是它的“自范性”：
即：晶体能够自发地呈现封闭的规则凸多面 体的外形。