刚玉结构

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,A,2,X,3,型晶体结构,演讲人：黄红键,课程名称：无机材料的结构与性能,A,2,X,3,型晶体结构,刚玉型结构的化合物还有,-Fe,2,O,3,，,Cr,2,O,3,，,V,2,O,3,等氧化物以及钛铁矿型化合物,FeTiO,3,，,MgTiO,3,，,PbTiO,3,，,MnTiO,3,等。,刚玉硬度非常大，为莫氏硬度,9,级，熔点高达,2050,，这与,Al-O,键的牢固性有关。,-Al,2,O,3,是高绝缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质耐火材料对,PbO,2,，,B,2,O,3,含量高的玻璃具有良好的抗腐蚀性能。,Al,2,O,3,有许多同质异晶体，目前已知的有,10,多种，主要有,3,种晶型，即,-,Al,2,O,3,、,-,Al,2,O,3,、,-,Al,2,O,3,。,其中结构不同性质也不同，在,1300,以上的高温时几乎完全转化为,-,Al,2,O,3,，在自然界中只存在,-Al,2,O,3,的晶体,如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物,因此, -Al,2,O,3,的晶体结构也叫做刚玉晶体结构。,-Al,2,O,3,的晶体结构为三方晶系,可取简单的菱面体晶胞,而菱形晶系可以转换成六方晶系,因此也可取为六方晶胞。,1. 1,菱面体晶胞,如图,1,所示,菱面体的边长为,5. 12 ,其平面角为,5517,每个晶胞包含,2,个分子,即,10,个离子。,图,1,刚玉晶体的菱面体晶胞,1. 1,菱面体晶胞,严格地说,离子晶体不存在分子基元。通常,为了便于理解,将菱面体,8,个顶角及中心均置有一个,Al,2,O,3,分子,而中心的分子对于顶角的,Al,2,O,3,来说,转过了,180,。,Al,2,O,3,分子的构造见图,2,。,CN,+,=6 CN,-,=4,图,2,氧化铝的分子构造,1. 1,菱面体晶胞,如果将刚玉晶体的结构作层次分析,则可看到氧离子,O,2-,(,图,3,中白圈代表,O,2-,),排列在一个平面上。而菱形晶系可以转换成六方晶系。,图,3,刚玉结构示意图,如图,4,所示,其中,a= 4. 75 , c= 12. 97 ,c/ a= 2. 73,。,-Al,2,O,3,的结构可以看成,O,2-,离子按六方紧密堆积排列,即,ABAB ,二层重复型。但需要重复几层呢？取决于,Al,3+,的排列方式,1.,选题的目的及意义,1. 2,六方晶胞,图,4,刚玉的六方晶胞示意图,Al,3+,填充于,2/ 3,的八面体间隙,使化学式成为,Al,2,O,3,。由于只填充了,2/ 3,的间隙,其余的,1/ 3,间隙是空着的。因此, Al,3+,离子的分布必须有一定的规律,其,原则,就是在同一层及层与层之间, Al,3+,离子之间的距离应保持最远,否则,由于,Al,3+,离子位置的分布不当,出现过多的,Al-O,八面体共面的情况,将对结构的稳定性不利,1.,选题的目的及意义,1. 2,六方晶胞,鲍林第三规则,多面体共顶、共棱、共面规则,，其内容是：,“,在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显,”,。,假设两个四面体共顶连接时中心距离为,1,，则共棱、共面时各为,0.58,和,0.33,。若是八面体，则各为,1,，,0.71,和,0.58,。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。,1.,选题的目的及意义,Pauling,规则,右图给出了,Al,3+,离子分布的,3,种形式。,Al,3+,离子在,O,2-,离子的八面体空隙中,只有按,Al,D, Al,E,Al,F,这样的次序排列才满足,Al,3+,离子之间的距离最远的条件。,1.,选题的目的及意义,1. 2,六方晶胞,现在,按,O,2-,离子紧密堆积和,Al,3+,离子排列的次序来看,在六方晶胞中应该排几层才能重复。设按六方紧密堆积排列的,O,2-,离子分别为,O,A,(,表示第一层,) ,O,B,(,表示第二层,) ,则,A-Al,2,O,3,中氧与铝的排列次序可写成,O,A,Al,D,O,B,Al,E,O,A,Al,F,O,B,Al,D,O,A,Al,E,O,B,Al,F,O,A,Al,D,从排列次序看,只有当排列第,13,层时才出现重复。,1.,选题的目的及意义,1. 2,六方晶胞,Thank you!,