底心晶胞的特征课件

2010年11月11日，星期四 第九次课 20102011学年第一学期化学系2010级应化专业第三章第三章 晶体结构晶体结构(一一 )无机化学精品课程2010年11月11日，星期四第九次课 20102011学13-1 晶体晶体 3-2 晶胞晶胞 3-3 点阵点阵晶系（选学内容）晶系（选学内容）3-4 金属晶体金属晶体 3-5 离子晶体离子晶体 3-6 分子晶体与原子晶体分子晶体与原子晶体精品课程无机化学3-1 晶体 精品课程无机化学2教学内容：教学内容：1 1、3 31 1 晶体晶体 2 2、3 32 2 晶胞晶胞教学重点：教学重点：晶胞。晶胞。教学难点：教学难点：晶胞中原子的坐标与记数。晶胞中原子的坐标与记数。精品课程无机化学教学内容：精品课程无机化学3方解石产地巴西方解石产地巴西方解石方解石产地俄罗斯产地俄罗斯精品课程无机化学方解石产地巴西方解石精品课程无机化学4石英晶体石英晶体产地巴西产地巴西绿色柱状祖母绿晶体绿色柱状祖母绿晶体产地摩洛哥产地摩洛哥精品课程无机化学石英晶体绿色柱状祖母绿晶体精品课程无机化学5赤铜矿晶体赤铜矿晶体(八面八面体和菱形十二面体体和菱形十二面体聚形聚形)产地法国产地法国绿铜矿晶体绿铜矿晶体产地刚果产地刚果精品课程无机化学赤铜矿晶体(八面体和菱形十二面体聚形)产地法国绿铜矿晶体63-1 3-1 晶晶 体体一、晶体的宏观特征一、晶体的宏观特征 “固体固体”可分为可分为晶态晶态和和非晶态非晶态两大类。两大类。晶态物质晶态物质（晶体）是真正意义上的固体。（晶体）是真正意义上的固体。非晶态物质非晶态物质如：橡胶、玻璃、琥珀、树脂等。如：橡胶、玻璃、琥珀、树脂等。晶体的晶体的宏观特征宏观特征有有自范性自范性、对称性对称性、均一性均一性和和各向异性各向异性。而非晶态物质则没有这些特征。而非晶态物质则没有这些特征。精品课程无机化学3-1 晶 体一、晶体的宏观特征 “固体”可分为晶7 非晶体非晶体 固体固体 单晶：晶：单一的晶体多面体；一的晶体多面体；双晶：两个体双晶：两个体积大致相当的大致相当的单 晶体晶体 晶按一定晶按一定规则生生长；晶簇：晶簇：单晶以不同取向晶以不同取向连在一起；在一起；多晶：看不到多晶：看不到规则外形的晶外形的晶态质。1、“自范性自范性”：晶体能够自发地呈现封闭的规则：晶体能够自发地呈现封闭的规则凸多面体的外型。凸多面体的外型。类质同晶类质同晶：组成和结构类同，有相同的外型。：组成和结构类同，有相同的外型。如：如：KAl（SO4）212H2O KCr（SO4）212H2O 即为类质同晶。即为类质同晶。精品课程无机化学 非晶体 8精品课程无机化学精品课程无机化学9晶体自晶体自发呈呈现规则凸多面体外形凸多面体外形举例例（a）水晶水晶单晶晶（b）石膏双晶和晶簇石膏双晶和晶簇（c）水晶晶簇水晶晶簇（d）蛋白蛋白质显微照片微照片 精品课程无机化学晶体自发呈现规则凸多面体外形举例（a）水晶单晶 精品课程无机102、“对称性对称性”是晶体的重要特征是晶体的重要特征 晶面夹角不变定律晶面夹角不变定律：确定的晶面之间的二面角：确定的晶面之间的二面角“晶面夹角晶面夹角”是不变的。是不变的。利用晶面夹角不变的原理，发现晶体理想外型利用晶面夹角不变的原理，发现晶体理想外型中常常呈现形状和大小相同的等同晶面，具有对称中常常呈现形状和大小相同的等同晶面，具有对称性。性。对称性对称性可以是可以是轴对称轴对称、镜面对称镜面对称、中心对称中心对称等。等。精品课程无机化学2、“对称性”是晶体的重要特征 晶面夹角不变定律：确定的晶11自然生自然生长的水晶晶体的水晶晶体不同外形的同不同外形的同一种晶体的晶一种晶体的晶面面夹角不角不变（如（如图中的中的R面面和和m面面夹角恒角恒为381240)精品课程无机化学自然生长的水晶晶体不同外形的同一种晶体的晶面夹角不变 精品课12 3 3、“均一性均一性”：晶体的质地均匀，具有确定：晶体的质地均匀，具有确定的熔点。的熔点。4 4、“各向异性各向异性”：晶体的导热、导电、光的：晶体的导热、导电、光的透射、折射、偏振、压电性、硬度等等物理性质常透射、折射、偏振、压电性、硬度等等物理性质常因晶体取向不同而异，叫做各向异性。因晶体取向不同而异，叫做各向异性。精品课程无机化学 3、“均一性”：晶体的质地均匀，具有确定的熔点。精品课程13312 晶体的微观特征晶体的微观特征平移对称性平移对称性 晶体中原子的排列具有这样的晶体中原子的排列具有这样的特征特征：即呈周期性的整：即呈周期性的整齐排列。齐排列。所以在晶体内向任一方向画一箭头，相隔一定的距离，所以在晶体内向任一方向画一箭头，相隔一定的距离，总有相同的分子出现，这就叫总有相同的分子出现，这就叫平移对称性平移对称性。这是晶体的普遍。这是晶体的普遍特征。特征。精品课程无机化学312 晶体的微观特征平移对称性 晶体中原子14晶晶体体微微观对称称性性(上上)与与它它的的宏宏观外外形形(左左)的的联系系宏观晶体的规则外形正宏观晶体的规则外形正是晶体的平移对称性这是晶体的平移对称性这种微观特征的表象。种微观特征的表象。精品课程无机化学晶体微观对称性(上)与它的宏观外形(左)的联系宏观晶体的规则15晶晶态与非晶与非晶态微微观结构的构的对比比 晶体微晶体微观空空间里的原子排列，无里的原子排列，无论近程近程远程，都是周期有序程，都是周期有序结构（平移构（平移对称性）称性）;而非晶而非晶态只在近程有序，只在近程有序，远程程则无序，无周期性无序，无周期性规律。律。非晶态不具有晶体微观结构的平移对称性。非晶态不具有晶体微观结构的平移对称性。精品课程无机化学晶态与非晶态微观结构的对比 晶体微观空间里的原子163 32 2 晶胞晶胞3 32 21 1 晶胞的基本特征晶胞的基本特征晶体的解理性晶体的解理性：用：用锤子子轻敲具有整敲具有整齐外形外形的晶体的晶体(如方解石如方解石)，会会发现晶体劈裂出晶体劈裂出现的新晶面与某一原晶的新晶面与某一原晶面是平行的，面是平行的，这种种现象叫晶体的解理性。象叫晶体的解理性。精品课程无机化学32 晶胞321 晶胞的基本特征晶体的解理性：用17 晶胞晶胞：晶格中含有晶体：晶格中含有晶体结构中具有代表性的最小重复构中具有代表性的最小重复单位，称位，称为单元晶胞元晶胞（简称称晶胞晶胞）。）。组成成晶晶体体的的质点点（分分子子、原原子子、离离子子）以以确确定定位位置置的的点点在在空空间作作有有规则的的排排列列，这些些点点群群具具有有一一定定的的几几何何形形状状，称称为结晶晶格格子子（简称称晶晶格格，有有的的资料料中中称称为点点阵）。每每个个质点点在晶格中所占有的位置称在晶格中所占有的位置称为晶体的晶体的结点点。精品课程无机化学 晶胞：晶格中含有晶体结构中具有代表性的最小重复单位，18 整块的晶体是由完全等同的晶胞无隙并置地堆积而成。整块的晶体是由完全等同的晶胞无隙并置地堆积而成。“完全等同完全等同”既指既指“化学上等同化学上等同”晶胞里原子的数晶胞里原子的数目和种类完全等同；又指目和种类完全等同；又指“几何上等同几何上等同”所有晶胞的形所有晶胞的形状、取向、大小等同，且晶胞里原子的排列完全等同。状、取向、大小等同，且晶胞里原子的排列完全等同。“无隙并置无隙并置”指一个晶胞与它的比邻晶胞是完全共顶角、指一个晶胞与它的比邻晶胞是完全共顶角、共面、共棱的，取向一致，无间隙，从一个晶胞到另一个晶共面、共棱的，取向一致，无间隙，从一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动，进行或不进行平移操作，整个晶体胞只需平移，不需转动，进行或不进行平移操作，整个晶体的微观结构不可区别。的微观结构不可区别。精品课程无机化学 整块的晶体是由完全等同的晶胞无隙并置地堆积而成。精品课程19 我们把晶胞的这种本质属性归纳为晶胞具有平我们把晶胞的这种本质属性归纳为晶胞具有平移性。不具有平移性就不是晶胞。移性。不具有平移性就不是晶胞。即：即：晶胞具有平移性。晶胞具有平移性。平移性特征：无隙并置。平移性特征：无隙并置。根据教材讲解根据教材讲解例例31。精品课程无机化学 我们把晶胞的这种本质属性归纳为晶胞具有平移性。不具有平移20晶胞晶胞布拉维晶胞布拉维晶胞为习用晶胞，是为习用晶胞，是平行六面体。平行六面体。精品课程无机化学晶胞布拉维晶胞为习用晶胞，是平行六面体。精品课程无机化学21精品课程无机化学精品课程无机化学22322 布拉维系布拉维系 1.晶胞参数：晶胞参数：布拉布拉维晶胞的晶胞的边长与与夹角叫角叫晶胞参数。晶胞参数。2.布拉布拉维系：系：7种不同特征的三种不同特征的三维晶胞。晶胞。精品课程无机化学322 布拉维系 1.晶胞参数：布拉维晶胞的边23晶胞按平行六面体几何特征的分晶胞按平行六面体几何特征的分类布拉布拉维系系精品课程无机化学晶胞按平行六面体几何特征的分类布拉维系精品课程无机化学24立方立方cubic(c)a=b=c，=90(只有只有1个晶胞参数个晶胞参数a是可是可变)四方四方tetragonal(t)a=bc,=90(有两个晶胞参数有两个晶胞参数a和和c)六方六方hexagonal(h)a=bc,=90,=120(有有2个晶胞参数个晶胞参数a和和c)正交正交orthorhomic(o)abc,=90(有三个晶胞参数有三个晶胞参数a、b和和c)精品课程无机化学立方cubic(c)a=b=c，=90(只有25单斜斜 monoclinic(m)abc,=90,90(有有4个晶胞参数个晶胞参数a、b、c和和)三斜三斜anorthic(a)abc,(有有6个晶胞参数个晶胞参数a、b、c、和和)菱方菱方rhombohedral(R)a=b=c，=(有有2个晶胞参数个晶胞参数a和和)精品课程无机化学单斜 monoclinic(m)abc,=926323 晶胞中原子的坐标与计数晶胞中原子的坐标与计数原子坐原子坐标：通常用向量：通常用向量xa+yb+zc中的中的x，y，z组成的三数成的三数组来来表达晶胞中原子的位置。表达晶胞中原子的位置。晶胞中的原子坐晶胞中的原子坐标与与计数数举例例精品课程无机化学323 晶胞中原子的坐标与计数原子坐标：通常用向量xa27 原子坐标绝对值区间为：原子坐标绝对值区间为：1 1|x|x（y y，z z）0 0 若取值为若取值为1 1，相当于平移到另一个晶胞，与取，相当于平移到另一个晶胞，与取值为零毫无差别（即：值为零毫无差别（即：1 1 即是即是 0 0）。）。注意：只要晶胞的一个顶角有原子，其他注意：只要晶胞的一个顶角有原子，其他7 7个个顶角也一定有相同的原子，否则这个平行六面体顶角也一定有相同的原子，否则这个平行六面体就失去了平移性，就不是晶体了。就失去了平移性，就不是晶体了。精品课程无机化学 原子坐标绝对值区间为：1|x（y，z）0精品课程无机28324 素晶胞与复晶胞素晶胞与复晶胞 体心晶胞体心晶胞面心晶胞和底心晶胞面心晶胞和底心晶胞素晶胞素晶胞(P)：是晶体微是晶体微观空空间中的最小基本中的最小基本单元，不能再小。元，不能再小。素晶胞中的原子集合相当于晶体微素晶胞中的原子集合相当于晶体微观空空间原子作周期性原子作周期性平移的最小集合，叫做平移的最小集合，叫做结构构单元元。复晶胞复晶胞：素晶胞的多倍体。分：素晶胞的多倍体。分为：体心晶胞体心晶胞（2倍体），符号倍体），符号 I；面心晶胞面心晶胞（4倍体），符号倍体），符号 F；底心晶胞底心晶胞（2倍体），符号倍体），符号 A(BC)。晶胞：描述晶体晶胞：描述晶体结构的基本构的基本单元，不一定是最小元，不一定是最小单元。元。分分为素晶胞和复晶胞。素晶胞和复晶胞。精品课程无机化学324 素晶胞与复晶胞 素晶胞(P)：是晶体微观空间中29三种复晶胞的特征：三种复晶胞的特征：精品课程无机化学(1)体心晶胞体心晶胞的特征：晶胞内的任一原子作的特征：晶胞内的任一原子作体心平移体心平移原子原子坐坐标 +（1/2，1/2，1/2）必得到与它完全相同的原子。必得到与它完全相同的原子。(2)面心晶胞面心晶胞的特征：可作的特征：可作面心平移面心平移，即所有原子均可作在，即所有原子均可作在其原子坐其原子坐标上上+1/2，1/2，0；0，1/2，1/2；1/2，0，1/2的的平移而得到周平移而得到周围环境完全相同的原子。境完全相同的原子。(3)底心晶胞底心晶胞的特征：可作的特征：可作底心平移底心平移，即晶胞中的原子能，即晶胞中的原子能发生如下平移：生如下平移：+1/2，1/2，0，称，称为C底心；底心；+0，1/2，1/2，称称为A底心；底心；+1/2，0，1/2，称，称为B底心。底心。(1)体心晶胞体心晶胞的特征：晶胞内的任一原子作的特征：晶胞内的任一原子作体心平移体心平移原子原子坐坐标 +（1/2，1/2，1/2）必得到与它完全相同的原子。必得到与它完全相同的原子。(2)面心晶胞面心晶胞的特征：可作的特征：可作面心平移面心平移，即所有原子均可作在，即所有原子均可作在其原子坐其原子坐标上上+1/2，1/2，0；0，1/2，1/2；1/2，0，1/2的的平移而得到周平移而得到周围环境完全相同的原子。境完全相同的原子。(3)底心晶胞底心晶胞的特征：可作的特征：可作底心平移底心平移，即晶胞中的原子能，即晶胞中的原子能发生如下平移：生如下平移：+1/2，1/2，0，称，称为C底心；底心；+0，1/2，1/2，称称为A底心；底心；+1/2，0，1/2，称，称为B底心。底心。三种复晶胞的特征：精品课程无机化学(1)体心晶胞的特征：303 32 25 5 1414种布拉维点阵型式种布拉维点阵型式素晶胞素晶胞 体心晶胞体心晶胞 面心晶胞面心晶胞 底心晶胞底心晶胞精品课程无机化学325 14种布拉维点阵型式素晶胞 体心晶胞 面心31三三维点点阵的的14种布拉种布拉维点点阵型式型式精品课程无机化学三维点阵的14种布拉维点阵型式精品课程无机化学32作业：作业：P.163 31；33；36精品课程无机化学作业：精品课程无机化学33