材料科学基础CH2 固体结构.ppt

* * * * * * 晶体与非晶体 空间点阵和晶体结构 相和组织 固溶体和中间相 间隙固溶体和置换固溶体 间隙固溶体、间隙相、间隙化合物 电子化合物、正常价化合物 下一节 2.4 离子晶体结构 * * 离子晶体有关概念 1.离子晶体(ionic crystal) ：由正、负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。 2.离子半径(ionic radius) ：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。对离子晶体，通常认为晶体中相邻的正负离子中心之间的距离作为正负离子半径之和，即R0=R++R－ 。 3.离子堆积：离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按其自身大小居于相应负离子空隙。 4.配位数CN(coordination number) ：与某一离子邻接的异号离子的数目。取决于正负离子的半径比R+/R—，常见的是4、6、8， 不同配位数时，离子半径间关系为：0.97 γCN=8≈γCN=6≈1.1γCN=4 5.负离子配位多面体：离子晶体中与某一正离子成配位关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面体。 6.离子晶体的特点：离子键、硬度高、强度大、熔点高、等。典型的离子晶体是无色透明的。 * * 2.4.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则 1. 负离子配位多面体规则：符合能量最小原理 2. 电价规则： 3. 负离子多面体共用顶、棱、面的规则： 4. 不同种类正离子多面体间连接规则： 5. 节约规则： * * 2.4.2 典型的离子晶体 1.??AB型 (1) CsCl型 * * (2) NaCl型 * * (3)立方ZnS(闪锌矿)型 * * (4)?六方ZnS(纤锌矿)型(右下图） * * 雄黄（AsS） 辰砂（HgS） 红砷镍矿（NiAs） 方铅矿（PbS） * * 2. AB2型 (1) CaF2 (萤石型) * * (2) TiO2 (金红石)型 * * 其他TiO2 型 板钛矿（TiO2) 锐钛矿（TiO2) * * (3)β－SiO2 (方晶石.方石英)型 * * 3. A2B3型 （1）α-Al2O3（刚玉） * * （2）其他A2B3型 雌黄（As2S3） 赤铜矿（Cu2O） 辉锑矿（Sb2S3） * * 4. ABO3型 (1) CaTiO3(钙钛矿、灰钛矿)型 (2) CaCO3(方解石)型、三方晶系 * * 5. AB2O4型 尖晶石(MgAl2O4)和磁铁矿（Fe3O4) 磁铁矿Fe3O4 尖晶石 * * 6. ABO4型 重晶石 石膏 * * 7. ABO3型 方解石 文石 * * 8. 简单结构派生型 黄铁矿FeS2 黄铜矿CuFeS * * 2.4.3 硅酸盐的晶体结构 硅酸盐的结构组成：硅氧骨干(硅和氧按不同比例组成的负离子团)、硅氧骨干以外的正离子和负离子。 四面体中硅与氧形成共价键 四面体中硅与氧原子位置 * * 硅酸盐晶体的结构特点： (1)构成的基本结构单元是由Si和O组成的[SiO4]4-四面体。 (2)每个O最多只能为两个[SiO4]4-四面体所 (3)[SiO4]四面体中未饱和的O和金属正离子结合后，可以独立地在结构中存在，也可以通过[SiO4]4-共用四面体顶点连接成单链、双链或成层状、网状等复杂结构,但不能共棱和共面。同一类硅酸盐中, [SiO4]4-四面体连接方式只有一种。 (4)[SiO4]4-中Si－O－Si结合键不是一条直线,呈145o夹角。 * * 硅酸盐的分类 按[SiO4]4-的不同结合,将硅酸盐分为： 1.孤岛状硅酸盐 [SiO4]4-以孤立状存在。如下图是单一和成对四面体 * * 2.组群状硅酸盐 由[SiO4]4-通过共用氧(桥氧)相生成2、3、4或者说个硅氧组群。 * * 3.链状硅酸盐 由[SiO4]4-通过桥氧的连接在一维方向伸长成单链或双链、链与链间为正离子链结。 * * 4.层状硅酸盐 由[SiO4]4-四面体某个面在平面内以共用顶点的方式连接成六角对称的二维结构,多为二节单层。当活性氧与其它负离子一起与金属正离子组成八面体层,就与四面体构成双层结构。 * * 5.骨架状硅酸盐 由[SiO4]4-四面体连成无限六元环状,层中未饱合和交替指向上或向下,把这样的层叠置起来使两个为一个公共氧所代替。右图为长石的结构。 (参考材料科学基础辅导与习题) * * 2. 置换固溶体 置换固溶体溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。一般在金属元素之间形成，但要有一定条件。 2.3.1 固溶体 * * 置换固溶体 置换