晶体结构的基本要素
晶族和晶系的划分
晶族和晶系的划分
晶族和晶系的划分
在结晶学中，晶体是由各种不同的原子或离子以特定比例排列而成的有序固体。
为了方便研究和分类，结晶学家对晶体进行了多层次的分类，其中晶族和晶系是其中最主要的分类方法之一。
一、晶体结构的基本概念
在探讨晶族和晶系之前，必须先了解晶体结构的基本构成要素。
晶体的基本构成是由周期性排列的晶格和晶格中的原子、离子、分子等组成。
晶格是由三个彼此垂直的轴和三个夹角构成的空间网格，称为晶体系。
二、晶族的划分
晶族是指晶体中晶格的基本对称性，是晶体分类的最基本层次。
晶族的起因是由于晶体中的晶格对称性只能是14种。
所以，按照晶格的对称性，晶体可以分为14类，即14种晶族。
这些晶族分别为：立方晶族、四方晶族、正交晶族、单斜晶族、菱面晶族、三斜晶族、六方晶族、三方晶族、五线晶族、十二面晶族、八面晶族、十六面晶族和菱方晶族。
三、晶系的划分
晶系是指晶体的晶格和晶体系之间的关系，在晶族的基础上进一步将晶体分为了7类，即7种晶系。
这些晶系分别为：立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱面晶系、三斜晶系和六方晶系。
四、不同晶族、晶系的特点
不同的晶族、晶系具有不同的物理和化学性质。
例如，立方晶族具有最简单的晶格对称性，具有高度各向同性，因此通常具有高度的热稳定性；单斜晶族晶体的对称性相对较低，晶体易弯曲、扭曲和拉伸，因此在制作某些器件时容易形变。
总的来说，晶族和晶系的划分为我们了解不同晶体之间的关系提供了参考，可以帮助我们更好地研究晶体的特性和应用。
晶体结构——精选推荐
第七章晶体结构第一节晶体的点阵结构一、晶体及其特性晶体是原子（离子、分子）或基团（分子片段）在空间按一定规律周期性重复地排列构成的固体物质。
晶体中原子或基团的排列具有三维空间的周期性，这是晶体结构的最基本的特征，它使晶体具有下列共同的性质：(1)自发的形成多面体外形晶体在生长过程中自发的形成晶面，晶面相交成为晶棱，晶棱会聚成顶点，从而出现具有几何多面体外形的特点。
晶体在理想环境中应长成凸多面体。
其晶面数（F）、晶棱数（E）、顶点数（V）相互之间的关系符合公式：F+V=E+2 八面体有8个面，12条棱，6个顶点，并且在晶体形成过程中，各晶面生长的速度是不同的，这对晶体的多面体外形有很大影响：生长速度快的晶面在晶体生长的时候，相对变小，甚至消失，生长速度小的晶面在晶体生长过程中相对增大。
这就是布拉维法则。
(2)均匀性：晶体中原子周期性的排布，由于周期极小，故一块晶体各部分的宏观性质完全相同。
如密度、化学组成等。
(3)各向异性：由于晶体内部三维的结构基元在不同方向上原子、分子的排列与取向不同，故晶体在不同方向的性质各不相同。
如石墨晶体在与它的层状结构中各层相平行方向上的电导率约为与各层相垂直方向上电导率的410倍。
(4)晶体有明显确定的熔点二、晶体的同素异构由于形成环境不同，同一种原子或基团形成的晶体，可能存在不同的晶体结构，这种现象称为晶体的同素异构。
如：金刚石、石墨和C60是碳的同素异形体。
三、晶体的点阵结构理论1、基本概念（1）点阵：伸展的聚乙烯分子具有一维周期性，重复单位为2个C原子，4个H 原子。
如果我们不管其重复单位的内容，将它抽象成几何学上的点，那么这些点在空间的排布就能表示晶体结构中原子的排布规律。
这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形称为点阵。
构成点阵的点称为点阵点。
点阵点所代表的重复单位的具体内容称为结构基元。
用点阵来研究晶体的几何结构的理论称为点阵理论。
（2）直线点阵：根据晶体结构的周期性，将沿着晶棱方向周期的重复排列的结构单元，抽象出一组分布在同一直线上等距离的点列，称直线点阵。
知识总结—— 晶体结构
第七章 晶体结构第一节 晶体的基本概念一、晶体概述固态物质按其组成粒子(分子、原子或离子等)在空间排列是否长程有序分成晶体（Crystal ）和非晶体（又称为无定形体、玻璃体等）两类。
所谓长程有序，是指组成固态物质的粒子在三维空间按一定方式周期性的重复排列，从而使晶体成为长程有序结构。
长程有序体现了平移对称性等晶体的性质。
与晶体相反，非晶体（Non-crystal ）内部的粒子(分子、原子或离子等)在空间排列不是长程有序的，而是杂乱无章的排列。
例如橡胶、玻璃等都是非晶体。
晶体内部各部分的宏观性质相同，称为晶体性质的均匀性。
非晶体也有均匀性，尽管起因与晶体不同。
晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X 光衍射效应、晶体的缺陷等。
对于长程有序的晶体结构来说，若了解了其周期性重复单位的结构及排列方式，就了解了整个晶体的结构。
可见，周期性重复单位对认识晶体结构非常重要。
在长程有序的晶体结构中，周期性重复的单位（一般是平行六面体）有多种不同的选取方法。
按照对称性高、体积尽量小的原则选择的周期性重复单位（平面上的重复单位是平行四边形，空间中的重复单位是平行六面体），就是正当晶胞，一般称为晶胞（Crystal cell ）。
二、晶胞及以晶胞为基础的计算1. 晶胞的两个要素晶胞是代表晶体结构的最小单元，它有两个要素：一是晶胞的大小、型式，晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是指素晶胞或复晶胞。
二是晶胞的内容，是指晶胞中原子的种类和位置，表示原子位置要用分数坐标。
晶体可由三个不相平行的矢量a , b , c 划分成晶胞，适量a , b , c 的长度a , b , c 及其相互之间的夹角α, β, γ称为晶胞参数，其中α是矢量b 和c 之间的交角，β是矢量a 和c 之间的交角，γ是矢量a 和b 之间的交角。
素晶胞是指只包含一个重复单位的晶胞，复晶胞是指只包含一个以上重复单位的晶胞。
分数坐标是指原子在晶胞中的坐标参数(x , y , z )，坐标参数(x , y , z )是由晶胞原点指向原子的矢量r 用单位矢量a , b , c 表达，即r = x a + y b + z c如图所示晶体，小球和大球的分数坐标分别为 小球：)21,21,21( ),21,0,0( ),0,21,0( ),0,0,21( 大球：)21,21,0( ),21,0,21( ),0,21,21( ),0,0,0( 2. 以晶胞为基础的计算(1)根据晶体的化学式计算密度：D =ZM/N A V ，M 是晶体化学式的相对式量，Z 是一个晶胞中包含化学式的个数，V 是晶胞的体积，N A 是阿佛加德罗常数。
材料科学基础---名词解释
第一部分名词解释第二章晶体学基础1、晶体结构：反映晶体中全部基元之间关联特征的整体。
晶体结构有4种结构要素，质点、行列、面网、晶胞。
晶体：原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、|各向异性。
非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。
空间点阵：指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。
晶胞：在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点，阵的组成单元，称为晶胞。
空间格子：为便于描述空间点阵的图形，可用许多平行的直线将所有阵点连接起来，于是就构成一个三维几何构架，称为空间格子。
2、晶带定律：晶带轴[uvw]与该晶带的晶面（hkl）之间存在以下关系：hu+kv+lw=0。
凡满足此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带，故…该关系式也称为晶带定律。
布拉格定律：布拉格定律用公式表示为：2dsinx=nλ(d为平行原子平行平面的间距，λ为入射波长，x为入射光与晶面的夹角)。
晶面间距：两相邻平行晶面间的平行距离。
晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的的晶面构成一个晶带，该直线称·为晶带轴，属此晶带的晶面称为共带面。
3、合金：两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。
固溶体：是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。
>固溶强化：由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。
中间相：两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
&置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。
晶体结构
1、点阵：按连接其中任意两点的向量进行平移后，均能复原
的一组点。 如 等径密置球
. a. . . . . . . .
3a
特点:①点阵是由无限多个点组成;
②每个点周围的环境相同;
③同一个方向上相邻点之间的距离一样.
晶体结构 = 点阵+结构基元
1、直线点阵：一维点阵 如：结构 结构基元：
点阵
.
a
.
2a
六、晶面指标（符号）和有理指数定律： 由于不同方向的晶面结构微粒排列的情况不同，导致物理 性质不一样——各向异性。
用晶面表示不同的平面点阵组，那晶面在三个晶轴上的倒
易截数之比——晶面指标。 如图 某晶面在坐标轴上的截面 截距
z
4c
2a , 3b , 4c
y
c b 2 3 4 截数 a 3b 1 1 1 2a 倒易截数 （643） 2 3 4 x 倒易截数之比：1/2：1/3：1/4 = 6：4：3 ，为整数 1 1 1 符号化—倒易截数之比： : : h : k : l hkl 为晶面指标 r s t
a b c , 900
一个 6 或 6
一个 4 或 4 一个 3 或 3 三个 2 一个 2 无（仅有i ）
1200
a b c, 900
a b c, 900
a b c, 900
C2V , D2 , D2 h
, , ;
V , M r , Z , DC 等
Beq ,U eq
原子坐标及等效温度因子： x , y , z;
分子结构参数：键长，键角，最小二乘平面等 绘出分子结构图，晶胞堆积图等 分析结构特征，解释结构与性能之间的关系。
晶体结构
第五章 晶体结构安徽师范大学化学与材料科学学院§51晶体的点阵理论晶体具有按一定几何规律排列的内部结构，即晶 体由原子(离子、原子团或离子团)近似无限地、在三 维空间周期性地呈重复排列而成。
这种结构上的长 程有序，是晶体与气体、液体以及非晶态固体的本 质区别。
晶体的内部结构称为晶体结构。
1. 晶体的结构特征(1)均匀性(2) 各向异性(3) 自发形成多面体外形(4) 具有确定的熔点(5) 对称性(6) X射线衍射2.周期性下面两个图形均表现出周期性：沿直线方向，每 隔相同的距离，就会出现相同的图案。
如果在图形 中划出一个最小的重复单位（阴影部分所示），通 过平移，将该单位沿直线向两端周期性重复排列， 就构成了上面的图形。
最小重复单位的选择不是唯一的，例如，在图(a) 中，下面任何一个图案都可以作为最小的重复单位。
点的位置可以任意指定，可以在单位中或边缘的任 何位置，但一旦指定后，每个单位中的点的位置必须 相同。
如，不论点的位置如何选取，最后得到的一组点在空间 的取向以及相邻点的间距不会发生变化。
3.结构基元在晶体中，原子(离子、原子团或离子团)周期性地重 复排列。
上面我们在图形找出了最小的重复单位，类似 的，可以在晶体中划出结构基元。
结构基元是指晶体中 能够通过平移在空间重复排列的基本结构单位。
【例1】一维实例：在直线上等间距排列的原子。
一个原子组成一个结构基元，它同时也是基本的化学组成单位。
结构基元必须满足如下四个条件：化学组成相同；空间结构相 同；排列取向相同；周围环境相同。
【例2】一维实例：在伸展的聚乙烯链中，CH2CH2组成一个 结构基元，而不是CH2。
【例3】二维实例：层状石墨分子，其结构基元由两个C原子组 成(相邻的2个C原子的周围环境不同)。
结构基元可以有不同的选法，但其中的原子种类和数目应保 持不变。
晶胞的两个要素
晶胞的两个要素晶体是由许多原子或分子按照一定的几何排列方式组成的固体物质。
晶胞是描述晶体结构的基本单位，它包括两个要素：晶格和基元。
晶格是由一系列点所组成的空间网格，用于描述晶体中原子或分子的排列方式。
晶格可以是三维的，也可以是二维的。
在三维晶格中，晶格点可以沿着三个方向进行平移，每个晶格点周围都有相同的环境。
在二维晶格中，晶格点只能沿着两个方向进行平移。
晶格的类型和形状取决于晶体的结构和对称性。
基元是晶体中最小的重复单元，包括一个或多个原子或分子。
基元的种类和排列方式决定了晶体的晶胞结构。
晶胞是晶体中具有对称性的最小单位，它由晶格点和基元共同确定。
晶胞的大小和形状取决于晶格的类型和基元的排列方式。
晶胞的两个要素——晶格和基元相互作用，决定了晶体的物理和化学性质。
晶格的对称性决定了晶体的外观和晶面的形状。
基元的种类和排列方式决定了晶体的化学成分和结构。
晶格和基元之间的相互作用导致晶体的稳定性和特殊的物理性质，如光学、电学和磁学性质。
晶体的晶胞结构对其性质和应用有重要影响。
例如，金刚石和石墨都是由碳原子组成的晶体，它们的晶胞结构不同，导致了它们具有不同的物理和化学性质。
金刚石是一种非常坚硬和透明的材料，而石墨是一种脆弱且导电的材料。
晶胞结构也决定了晶体的生长方式和形态。
在晶体生长过程中，晶格和基元的排列方式会影响晶体的形状和尺寸。
晶胞结构的研究对于理解晶体生长机制和控制晶体形态具有重要意义。
晶胞的两个要素——晶格和基元，是描述晶体结构的基本单位。
晶格描述了晶体中原子或分子的排列方式，而基元则决定了晶体的化学成分和结构。
晶胞的结构决定了晶体的物理和化学性质，对于理解晶体的性质和应用有重要意义。
02-2晶体结构参数
对称轴及其垂直该轴切面的示意图
3/16/2014 2:01 PM 27
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（4）旋转反伸轴Sn（倒转轴）
● 概念：过晶体中心一假想直线，晶体绕此直线旋转一定 角度，再对对称中心反伸，可使相等部分重复出现。 ● 对称操作是旋转＋反演的复合操作。 ● 轴次只有: 1, 2, 3, 4, 6
● 各类倒转轴中，只有 4 次倒转轴是一个独立的基本对称 操作，其他 4 种倒转轴都可以表示为对称中心、对称面、旋 转轴的组合。
3/16/2014 2:01 PM 19
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对称性举例说明 （1） 吊扇中的叶片以中心线为对称轴，三个叶片之间可以围 绕这个对称轴每旋转120重复一次。
对称操作：绕对称轴旋转120度 对称要素：旋转轴
（2） 左右手
对称操作：镜子的反映 (注意这是一个虚拟操作) 对称要素：镜子构成的对称面
3/16/2014 2:01 PM 8
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例 1： 如图晶面hkl，在X、Y、Z轴上的截距分别为2a、3b
、6c ，截距系数为2、3、6 ，其倒数比1/2：1/3：1/6 ，
化整得3：2：1 ，去掉比号并以小括号括起来，(321)即 为该晶面的所求米勒指数。
晶面符号图解
3/16/2014 2:01 PM 9
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例2：
• 晶面A：r、s、t =1、1、1，其倒数为1、1、1，则晶面指数 记为（111）； • 晶面B，r、s、t=1、2、，其倒数为1、1/2和0，化为互质 的整数比为2:1:0，则晶面指数记为（210）； • 晶面C：晶面过原点（0，0，0），沿y轴平移一个晶格参数 （平移后代表同一晶面）使其在y轴截距为-1，则r、s和t分 别为、-1和，其倒数为0、-1和0，则晶面指数记为 (0 1 0)， 其中的负号写在数字上面。
晶体结构
图8-9中，r、s、t分别为2， 分别为2 2 ，3 ； 1/r:1/s:1/t=1/2:1/2:1/3 =3:3:2， =3:3:2，即晶面指标为 332），我们说（332） ），我们说 （332），我们说（332） 晶面，实际是指一组平行 晶面， 的晶面。 的晶面。
图8-9
示出立方晶系几组晶面及其晶面指标。 图7-10 示出立方晶系几组晶面及其晶面指标。 100）晶面表示晶面与1/a轴相截与b 1/a轴相截与 轴平行； （100）晶面表示晶面与1/a轴相截与b轴、c轴平行； 110）晶面面表示与a 轴相截， 轴平行； （110）晶面面表示与a和b轴相截，与c轴平行； 111）晶面则与a 轴相截，截距之比为1:1:1 （111）晶面则与a、b、c轴相截，截距之比为1:1:1
d
= a h +k +l
(
)
8.2.1 晶体结构中可能存在的对称元素
晶体的点阵结构使晶体的对称性跟分子的对称性 有一定的差别： 有一定的差别： 晶体的对称性除了具有分子对称性的4种类型的 ⑴晶体的对称性除了具有分子对称性的 种类型的 对称操作和对称元素外，还具有与平移操作有关的3种 对称操作和对称元素外，还具有与平移操作有关的 种 类型的对称操作和对称元素。 类型的对称操作和对称元素。 (1) . (2) . (3) . (4) . (5) . (6) . (7) . 旋转轴--旋转操作 旋转轴--旋转操作 镜面--反映操作 镜面 反映操作 对称中心--反演操作 对称中心 反演操作 反轴--旋转反演操作 反轴 旋转反演操作 点阵--平移 平移操作 点阵 平移操作 螺旋轴--螺旋旋转操作 螺旋轴 螺旋旋转操作 滑移面--反演滑移操作 滑移面 反演滑移操作
反映面： 3．反映—反映面： 反映 反映面 若物体含有一个对称面， 若物体含有一个对称面，那么在对称面一侧的每一 都可在对称面的另一侧找到它的对应点。 点，都可在对称面的另一侧找到它的对应点。另一种 特殊情况是物体本身是一个平面物体， 特殊情况是物体本身是一个平面物体，被包含在对称 面内，则平面上每一点与自己对应。 面内，则平面上每一点与自己对应。 反轴： 4．旋转反演—反轴： 旋转反演 反轴 这是一个复合操作，即绕轴旋转2π/n后 这是一个复合操作，即绕轴旋转2π/n后，再按对 称中心反演后，图形仍能复原，我们称这轴为反轴， 称中心反演后，图形仍能复原，我们称这轴为反轴， 记为n 这一对称操作与分子对称性中介绍的映轴Sn 记为 n 。 这一对称操作与分子对称性中介绍的映轴 Sn 是一个相关操作。相互间的联系如下： 是一个相关操作。相互间的联系如下：
晶体结构
§3 晶体结构一、晶体与非晶体1、晶体的特征：⑴有一定的几何外形，非晶体如玻璃等又称无定形体；⑵有固定的熔点；⑶各向异性：晶体在不同方向上表现出不同的物理性质。
一块晶体的某些性质，如光学性质、力学性质、导电导热性质、机械强度等，从晶体的不同方向去测定，常不同。
⑷晶体具有平移对称性：在晶体的微观空间中，原子呈现周期性的整齐排列。
对于理想的完美晶体，这种周期性是单调的，不变的，这是晶体的普遍特征，叫做平移对称性。
⑸自范性：在适宜条件下，晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形。
2、晶体的内部结构⑴晶格：把晶体中规则排列的微粒抽象成几何学中的点，并称为结点。
这些点的结合称为点阵，沿着一定的方向按某种规则把结点连结起来，则得到描述各种晶体内部结构的几何图像——晶体的空间格子，称为晶格。
⑵晶胞：在晶格中，能表现出其结构的一切特征的最小部分称为晶胞。
（晶体中最有代表性的重复单位）⑶晶胞基本特征：晶胞有二个要素：①是晶胞的大小、型式，②是晶胞的内容。
晶胞的大小、型式由a、b、c三个晶轴及它们间的夹角α.β.γ所确定。
晶胞的内容由组成晶胞的原子或分子及它们在晶胞中的位置所决定。
3、单晶体和多晶体⑴单晶体——由一个晶核（微小的晶体）各向均匀生成而成，其内部的粒子基本上按某种规律整齐排列。
如冰糖、单晶硅等。
⑵多晶体——由很多单晶体杂乱聚结而成，失去了各二、离子晶体及其性质1、离子晶体的特征和性质⑴由阳离子和阴离子通过静电引力结合成的晶体——离子晶体。
⑵性质：静电作用力较大，故一般熔点较高，硬度较大、难挥发，但质脆，一般易溶于水，其水溶液或熔融态能导电。
2、离子键⑴定义：阳离子和阴离子通过静电作用形成的化学键。
⑵离子键的形成条件：元素的电负性差要比较大。
⑶离子键的本质特征：是①静电作用力，②没有方向性和饱和性。
⑷影响离子键强度的因素①离子电荷数的影响。
②离子半径的影响：半径大, 导致离子间距大, 所以作用力小; 相反, 半径小, 则作用力大。
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晶体结构的基本要素
一、晶体的定义
晶体是由原子、离子或分子按照一定的规则排列组成的固体。
晶体的结构是由晶胞重复堆积而成的，晶胞是最小的具有晶体特性的结构单元。
二、晶胞
晶胞是晶体结构的基本要素之一。
晶胞是一个有限的空间，由一组原子、离子或分子组成。
晶胞的形状可以是立方体、长方体、正六面体等等，具体取决于晶体的结构类型。
三、晶格
晶格是晶体结构的另一个基本要素。
晶格是由一系列规则排列的点构成的空间网格，这些点代表晶胞的位置。
晶格可以看作是无限重复的晶胞。
四、晶体的对称性
晶体的对称性是晶体结构的重要特征之一。
晶体可以具有旋转对称性、镜面对称性、反射对称性等等。
晶体的对称性可以通过晶胞的对称元素来描述，如旋转轴、镜面、中心等。
五、晶体的晶系
晶体的晶系是晶体结构的分类方式之一。
根据晶胞的对称性和形状，
晶体可以分为立方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系、六方晶系和四方晶系六大类。
不同的晶系具有不同的晶胞形状和晶胞参数。
六、晶体的晶体系
晶体系是晶体结构的另一种分类方式。
根据晶胞的对称性和晶胞参数，晶体可以分为7个晶体系，包括三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、六方晶系、菱方晶系和立方晶系。
每个晶体系都有特定的晶胞参数和对称性要求。
七、晶体的晶体面
晶体面是晶体结构的表面。
晶体面可以用晶胞的截面来表示，也可以用晶胞的法线来表示。
晶体面的指数表示了晶面与晶轴之间的相对位置关系。
八、晶体的晶向
晶体的晶向是晶体结构的方向。
晶向可以用晶胞的方向向量来表示，也可以用晶胞的方向指数来表示。
晶向可以用来描述晶体的生长方向、晶体的切割方向等。
九、晶体的缺陷
晶体的缺陷是指晶体结构中存在的不完美部分。
晶体的缺陷可以是点缺陷、线缺陷或面缺陷。
常见的晶体缺陷包括点缺陷、位错、晶界等。
十、晶体的晶体学参数
晶体的晶体学参数是描述晶体结构的重要参数。
晶体学参数包括晶胞参数、晶胞体积、晶胞对称性等。
晶体学参数可以通过X射线衍射等实验手段来确定。
总结：
晶体结构的基本要素包括晶胞、晶格、晶体的对称性、晶体的晶系和晶体系、晶体的晶面和晶向、晶体的缺陷、晶体的晶体学参数等。
这些要素共同构成了晶体的结构特征，对于理解和研究晶体的性质和行为具有重要意义。
通过深入了解晶体结构的基本要素，可以更好地理解晶体的形成、生长和应用。