晶体结构与常见晶体结构类型第三课.ppt
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1、合金合金又分为又分为固溶体固溶体和和金属间化合物。金属间化合物。当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时,当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时,这种合金称为一次固溶体或端际固溶体,简称为这种合金称为一次固溶体或端际固溶体,简称为固溶固溶体体。金属元素与其它金属元素或非金属元素之间形成金属元素与其它金属元素或非金属元素之间形成合金时,除固溶体外,还可能形成合金时,除固溶体外,还可能形成金属间化合物金属间化合物。合金中的固溶体:合金中的固溶体:根根据据溶溶质质原原子子在在溶溶剂剂晶晶体体结结构构中中的的位位置置,固固溶溶体体可可分分为为置置换换固溶体固溶体和和间隙固溶体间隙固溶体。在在置置换换
2、固固溶溶体体中中,溶溶质质原原子子位位于于溶溶剂剂晶晶体体结结构构的的晶晶格格格格点点上上;在在间间隙隙固固溶溶体体中中,溶溶质质原原子子位位于于溶溶剂剂晶晶体体结结构构的的晶晶格格间间隙隙。溶溶质质原原子子在在固固溶溶体体中中的的分分布布可可以以是是随随机机的的,即即呈呈统统计计分分布布;也也可可以以是是部部分分有有序序或或完完全全有有序序,在在完完全全有有序序固固溶溶体体中中,异异类类原原子子趋趋于于相相邻邻,这种结构亦称为超点阵或超结构。这种结构亦称为超点阵或超结构。此外,合金中溶质原子还可能形成丛聚,即同类此外,合金中溶质原子还可能形成丛聚,即同类原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。
3、事实上,实原子趋于相邻。丛聚可以呈随机弥散分布。事实上,实验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布的固溶体。因验中还没有见到溶质原子呈完全随机分布的固溶体。因此,只能在宏观尺度上认为处于热力学平衡态的固溶体此,只能在宏观尺度上认为处于热力学平衡态的固溶体是真正均匀的,而原子尺度上并不要求它也是均匀的。是真正均匀的,而原子尺度上并不要求它也是均匀的。不同类型固溶体中原子排列情况示于下图。不同类型固溶体中原子排列情况示于下图。不同类型固溶体中原子排列示意图不同类型固溶体中原子排列示意图(a)随机置换固溶体随机置换固溶体(b)有序置换固溶体有序置换固溶体(c)随机间隙固溶体随机间隙固溶体(d)固溶体中的
4、溶质丛聚固溶体中的溶质丛聚2.4 单质晶体结构单质晶体结构 同种元素组成的晶体称为单质晶体。同种元素组成的晶体称为单质晶体。n一、金属晶体的结构一、金属晶体的结构 n二、非金属元素单质的晶体结构二、非金属元素单质的晶体结构 一、金属晶体的结构一、金属晶体的结构1.常见金属晶体结构常见金属晶体结构 典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质,典型金属的晶体结构是最简单的晶体结构。由于金属键的性质,使典型金属的晶体具有高对称性,高密度的特点。常见的典型金属晶使典型金属的晶体具有高对称性,高密度的特点。常见的典型金属晶体是体是面心立方面心立方、体心立方体心立方和和密排六方密排六方三种晶体
5、,其晶胞结构如三种晶体,其晶胞结构如图图1-10所示。另外,有些金属由于其键的性质发生变化,常含有一定成分的所示。另外,有些金属由于其键的性质发生变化,常含有一定成分的共价键,会呈现一些不常见的结构。锡是共价键,会呈现一些不常见的结构。锡是A4型结构(与金刚石相似),型结构(与金刚石相似),锑是锑是A7型结构等。型结构等。图图1-10 常见金属晶体的晶胞结构常见金属晶体的晶胞结构(a)面心立方)面心立方(A1型)型)(b)体心立方)体心立方(A2型)型)(c)密排六方)密排六方(A3型)型)n面心立方结构面心立方结构 常见面心立方的金属有常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等,等
6、,晶格结构中原子坐标分别为晶格结构中原子坐标分别为0,0,0,0,1/2,1/2,1/2,0,1/2,1/2,1/2,0。晶胞中所含原子数为。晶胞中所含原子数为4。n体心立方结构体心立方结构 常见体心立方的金属有常见体心立方的金属有-Fe、V、Mo等,晶格中等,晶格中原子坐标为原子坐标为0,0,0,1/2,1/2,1/2。晶胞中原子数为:。晶胞中原子数为:n密排六方结构密排六方结构 Zn、Mg、Li等是常见的密排六方结构的金属,原子分布除了等是常见的密排六方结构的金属,原子分布除了简单六方点阵的每个阵点简单六方点阵的每个阵点0,0,0上有原子外,在六方棱柱体内还有上有原子外,在六方棱柱体内还有
7、3个原子。如用平行六面体坐标表示,其坐标为个原子。如用平行六面体坐标表示,其坐标为1/3,2/3,1/2或或2/3,1/3,1/2。在六方柱晶胞中,顶点的每个原子为。在六方柱晶胞中,顶点的每个原子为6个晶胞所共有,个晶胞所共有,上下底面中心的原子为上下底面中心的原子为2个晶胞所共有,所以六方柱晶胞所包含的个晶胞所共有,所以六方柱晶胞所包含的原子数为:原子数为:鲍林规则(Pauling)配位多面体连接方式 适用对象适用对象:离离子子晶晶体体及及主主要要为为离离子子键键性性质质的的晶晶体,不适用于主要为共价键性质的晶体体,不适用于主要为共价键性质的晶体 (1)(1)(1)(1)围围围围绕绕绕绕每每
8、每每一一一一个个个个正正正正离离离离子子子子,形形形形成成成成负负负负离离离离子子子子配配配配位位位位多多多多面面面面体体体体,负负负负离子占据多面体的顶角离子占据多面体的顶角离子占据多面体的顶角离子占据多面体的顶角(2)(2)(2)(2)正负离子间距决定于离子半径总和正负离子间距决定于离子半径总和正负离子间距决定于离子半径总和正负离子间距决定于离子半径总和(3)(3)(3)(3)负负负负离离离离子子子子配配配配位位位位多多多多面面面面体体体体(正正正正离离离离子子子子配配配配位位位位数数数数)决决决决定定定定于于于于正正正正负负负负离子半径比,与电价无关离子半径比,与电价无关离子半径比,与电
9、价无关离子半径比,与电价无关 规规规规则则则则在在在在临临临临界界界界比比比比处处处处等等等等实实实实际际际际情情情情况况况况可可可可能能能能出出出出现现现现例例例例外外外外,如如如如Al-OAl-O(4 4、8 8)鲍林第一规则鲍林第一规则 处处处处于于于于最最最最稳稳稳稳定定定定状状状状态态态态的的的的离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体,其其其其结结结结构构构构中中中中的的的的每每每每一一一一个个个个负负负负离离离离子子子子所所所所具具具具有有有有的的的的电电电电荷荷荷荷,恰恰恰恰好好好好被被被被最最最最邻邻邻邻近近近近的的的的正正正正离离离离子子子子联联联联系系系系于于于于该该该该负负负负
10、离离离离子子子子的的的的静静静静电电电电键键键键强强强强度度度度所所所所抵抵抵抵消消消消晶晶晶晶体体体体处处处处于于于于电电电电中性中性中性中性 设设设设Z Z:正离子电价,:正离子电价,:正离子电价,:正离子电价,CNCN:配位数:配位数:配位数:配位数 则则则则静静静静电电电电键键键键强强强强度度度度S S为为为为:正正正正离离离离子子子子分分分分配配配配给给给给每每每每个个个个配配配配位位位位负负负负离离离离子子子子的电价的电价的电价的电价 ;S SZ Z/CN/CN;鲍林第二规则鲍林第二规则 (电价规则电价规则)根据电价规则:根据电价规则:根据电价规则:根据电价规则:例例例例,NaCl
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