结构化学(第七章)(1)

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1、结构 化 学 课程 内 容原子结构分子结构晶体结构（第 2 章）量子力学基础 （第 1 章）概述单电子原子结构多电子原子结构原子光谱多原子分子结构分子光谱和光电子能谱金属晶体和离子晶体结构（第 3-5章）分子对称性双原子分子结构（第 7-9 章）（第 3 章）（第 3 章）（第 5 章）（第 4 章）（48学时）（第 7 章）（第 8-9 章）2第七章第七章 晶晶 体体 结结 构构物质气体液体固体晶体非晶体聚集状态（周期性排列）晶体结构的周期性晶体结构的对称性晶体结构的测定准晶体37.7.1 1 晶体结构的周期性和点阵晶体结构的周期性和点阵教学重点：教学重点： 1 1、晶体的特性、晶体的特性

2、2 2、点阵、点阵与点阵结构与点阵结构 3 3、点阵与晶体结构之间的关系、点阵与晶体结构之间的关系 4 4、晶胞晶胞 5 5、晶面和晶面指标的计算、晶面和晶面指标的计算 4晶体多有漂亮对称的外形5一、晶体结构的特征（一、晶体结构的特征（P P250)250) 晶体是由原子或分子在空间按一定的规律周期晶体是由原子或分子在空间按一定的规律周期性的重复排列构成的物质，周期性规律是晶体结构性的重复排列构成的物质，周期性规律是晶体结构的最突出的特征。的最突出的特征。 内部原子或分子按周期性规律的排列，使晶体内部原子或分子按周期性规律的排列，使晶体具有如下共同性质：具有如下共同性质：1 1、均匀性、均匀性

3、 表现：同种晶体内部各部分的宏观性质，如密表现：同种晶体内部各部分的宏观性质，如密度、化学性质是相同的。度、化学性质是相同的。 原因：晶体中原子排列的周期性很小原因：晶体中原子排列的周期性很小, ,宏观上宏观上分辨不出微观的不连续性。分辨不出微观的不连续性。62 2、各向异性、各向异性 表现：晶体中不同方向具有不同的物理性表现：晶体中不同方向具有不同的物理性质。如在不同的方向上具有不同的电导率、热质。如在不同的方向上具有不同的电导率、热膨胀系数、折光率以及机械强度等。膨胀系数、折光率以及机械强度等。 原因：周期性结构中，不同方向原子或分原因：周期性结构中，不同方向原子或分子排列情况各不相同。子

4、排列情况各不相同。云母薄片上的热导率有异向性云母薄片上的热导率有异向性玻璃片云母片蜡滴产地产地: :甘肃省肃北县甘肃省肃北县晶晶体体的的异异向向性性 蓝晶石两个方向上的硬度差异显著蓝晶石两个方向上的硬度差异显著,有有“二硬石二硬石”之称之称; 古代的宝石工匠早就知道钻石的八面体面（古代的宝石工匠早就知道钻石的八面体面（111）特别难以）特别难以抛光抛光1669年巴尔托林发现了光束通过冰洲石的双折射现象年巴尔托林发现了光束通过冰洲石的双折射现象: v 石墨在平行于层的方向上电导率高石墨在平行于层的方向上电导率高且为半金属性导电且为半金属性导电; 垂直于层的方向上电导率低垂直于层的方向上电导率低且

5、为半导体性导电且为半导体性导电.图图中中红红、蓝蓝球球均均为为C原原子子103 3、自发形成多面体外形（自范性）自发形成多面体外形（自范性） 表现：晶体在生长过程中能自发地形成晶面、晶表现：晶体在生长过程中能自发地形成晶面、晶面相交形成晶棱、晶棱汇聚形成顶点，构成多面体的面相交形成晶棱、晶棱汇聚形成顶点，构成多面体的外形，呈现出一定的对称性。外形，呈现出一定的对称性。 理想晶体的晶面（理想晶体的晶面（F F）和晶棱（）和晶棱（E E）及顶点（）及顶点（V V）之间的关系：之间的关系： F + V = E + 2 F + V = E + 2 立方体：立方体： 6 6个面（个面（F=6F=6） 1

6、2 12条棱（条棱（E=12E=12） 8 8个顶点（个顶点（V=8V=8）114 4、晶体有确定的熔点、晶体有确定的熔点 原因：晶体具有周期性结构，各个部分都原因：晶体具有周期性结构，各个部分都按同一方式排列，所以当温度升高，热振动均按同一方式排列，所以当温度升高，热振动均加剧，开始融化时，各部分需要的温度是一样加剧，开始融化时，各部分需要的温度是一样的，因而具有一定熔点。的，因而具有一定熔点。125 5、晶体对、晶体对X X射线衍射射线衍射 晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与周期与X X光波长相当，能够对光波长相当，能够对X X光产生衍射

7、。光产生衍射。136 6、晶体的对称性、晶体的对称性 晶体的理想外形（宏观）和内部结构（微观）晶体的理想外形（宏观）和内部结构（微观）具有特定的对称性。具有特定的对称性。14二、点阵和点阵结构二、点阵和点阵结构1 1、有关定义、有关定义 （1 1）点阵：）点阵：点阵是一组无限的点点阵是一组无限的点，连接其中任，连接其中任意两点可得一向量，将各点沿向量意两点可得一向量，将各点沿向量平移平移能使其复原，能使其复原，凡是满足以上条件的一组点称为点阵。凡是满足以上条件的一组点称为点阵。 （2 2）点阵点：点阵结构中构成点阵的点叫做点）点阵点：点阵结构中构成点阵的点叫做点阵点，阵点，每个点阵点应具有相同

8、的周围环境。每个点阵点应具有相同的周围环境。 2 2、点阵的分类、点阵的分类（1 1）直线点阵）直线点阵 一组分布在同一直线上等距离的无穷点列，称一组分布在同一直线上等距离的无穷点列，称为直线点阵。为直线点阵。直线点阵单位直线点阵单位定义：连接两个点阵点的矢量定义：连接两个点阵点的矢量a a分类：素单位和复单位分类：素单位和复单位参数：矢量长度参数：矢量长度a=|a|a=|a|16(2) 平面点阵平面点阵一组分布在同一平面上的二维点列，称为平面一组分布在同一平面上的二维点列，称为平面点阵。点阵。17平面点阵单位（格子）平面点阵单位（格子）定义：在平面点阵中选择定义：在平面点阵中选择一组不平行的

9、向量一组不平行的向量a a、b b，以平，以平移向量为边画出的平行四边形移向量为边画出的平行四边形叫做平面点阵的单位。叫做平面点阵的单位。 平面点阵单位参数：平面点阵单位参数：矢矢量长度量长度a=|a|a=|a|、 b=|b| b=|b|及其及其夹夹角角。18分类：分类：素单位（素格子）：每个单位包含一个点阵点。素单位（素格子）：每个单位包含一个点阵点。复单位（复格子）：每个单位包含一个以上复单位（复格子）：每个单位包含一个以上点阵点。点阵点。处于格子顶点点阵点贡献处于格子顶点点阵点贡献1/41/4 边线点阵点贡献边线点阵点贡献1/21/2 内部点阵点贡献内部点阵点贡献1 119正当单位（正当

10、格子）标准：正当单位（正当格子）标准：1. 1. 平行四边形平行四边形2. 2. 对称性尽可能高对称性尽可能高3. 3. 含点阵点尽可能少含点阵点尽可能少20(3) 空间点阵空间点阵一组分布三维方向上的点列，称为空间点阵。一组分布三维方向上的点列，称为空间点阵。21空间点阵单位（格子）空间点阵单位（格子）定义：空间点阵中，以一组不平行的向量定义：空间点阵中，以一组不平行的向量a,b,c( (右右手定则）为边画出的平行六面体叫做空间点阵的单位。手定则）为边画出的平行六面体叫做空间点阵的单位。空间点阵单位参数：矢量长度空间点阵单位参数：矢量长度a=|a|、b=|b|、 c=|c|及及其相互间的夹角

11、其相互间的夹角、。分类：分类：素单位：素单位：每个单位包含一个点阵点。每个单位包含一个点阵点。复单位：复单位：每个单位包含一个以上点阵点。每个单位包含一个以上点阵点。22正当单位的标准正当单位的标准: : 1 1、 平行六面体平行六面体 2 2、 对称性尽可能高对称性尽可能高 3 3、 含点阵点尽可能少含点阵点尽可能少 正当空间单位有正当空间单位有7 7种形状，种形状，1414种空间点阵形种空间点阵形式或叫做式或叫做1414种布拉威格子。种布拉威格子。 23（R心六方）24252627282930 三、晶体结构与点阵之间的关系 晶体具有空间点阵结构。 1、晶体的结构基元 把晶体结构抽象为点阵的