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1、4.5 晶体结构一、晶体的宏观特征一、晶体的宏观特征均一性：均一性：晶体质地均匀，具有固定的熔点。晶体质地均匀，具有固定的熔点。自范性：自范性：晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸多面晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸多面体外形，满足欧拉定理。体外形，满足欧拉定理。各向异性：各向异性：晶体的导热、导电、光的透射、折射、硬度等晶体的导热、导电、光的透射、折射、硬度等物理性质常因晶体的取向不同而异。物理性质常因晶体的取向不同而异。玻璃片蜡滴云母片对称性：对称性：晶体的理想外形具有特定的对称性晶体的理想外形具有特定的对称性,这是内部结这是内部结构对称性的反映构对称性的反映二、晶体的微观特征
2、二、晶体的微观特征平移对称性：平移对称性：在晶体的微观空间中，原子呈现周期性的整齐排列。对于理想在晶体的微观空间中，原子呈现周期性的整齐排列。对于理想的完美晶体，这种周期性是单调的、的完美晶体，这种周期性是单调的、不变的。在晶体中的任何不变的。在晶体中的任何方向上，每隔一定的距离，总有完全相同的原子排列出现。方向上，每隔一定的距离，总有完全相同的原子排列出现。三、点阵三、点阵晶体的周期性结构使得人们可以把它抽象成晶体的周期性结构使得人们可以把它抽象成“点阵点阵”来研究。来研究。将晶体中重复出现的将晶体中重复出现的最小单元最小单元作为作为结构基元结构基元(各个结构基元相各个结构基元相互之间必须是
3、互之间必须是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同周围环境相同)，用一个数学上的，用一个数学上的点点来代表，称为来代表，称为点阵点点阵点。整。整个晶体就被抽象成一组点，称为个晶体就被抽象成一组点，称为点阵点阵。一维周期性结构与一维周期性结构与直线点阵直线点阵二维周期性结构与平面点阵二维周期性结构与平面点阵NaCl晶面晶面从石墨层抽取出平面点阵从石墨层抽取出平面点阵为什么不能将每个为什么不能将每个C C原子都原子都抽象成点阵点？抽象成点阵点？?安放点阵点的位置是任安放点阵点的位置是任意的，但必须保持一致意的，但必须保持一致三维周期性结构与
4、空间点阵三维周期性结构与空间点阵以上每一个原子都是一个结构基元，都可以抽象成一个点阵点以上每一个原子都是一个结构基元，都可以抽象成一个点阵点CsCl型晶体结构型晶体结构四、对称操作和对称元素四、对称操作和对称元素对称元素对称元素:旋转轴旋转轴对称操作对称操作:旋转旋转 对称操作：对称操作：不改变图形中任何两点的距离而能使图不改变图形中任何两点的距离而能使图形复原的操作叫做对称操作；形复原的操作叫做对称操作；对称操作据以进行的几何要素叫做对称操作据以进行的几何要素叫做对称元素对称元素(1)旋转轴与旋转操旋转轴与旋转操作作分子中若存在一条轴线，绕此轴旋转一定角度分子中若存在一条轴线，绕此轴旋转一定
5、角度能使能使分子分子复原，复原，就称就称此轴为此轴为旋转轴旋转轴,符号为符号为Cn n=360/aH2O2中的中的C2(2)镜面与反映操作镜面与反映操作分子中若存在一个平面，将分子两半部互相反映而能使分子复原，分子中若存在一个平面，将分子两半部互相反映而能使分子复原，则该平面就是则该平面就是镜面镜面，这种操作就是，这种操作就是反映。反映。试找出分子中的镜面试找出分子中的镜面(3)对称中心与反演操对称中心与反演操作作分子中若存在一点，将每个原子通过这一点引连线并延长到反分子中若存在一点，将每个原子通过这一点引连线并延长到反方向等距离处而使分子复原，这一点就是方向等距离处而使分子复原，这一点就是对
6、称中心对称中心i，这种操作这种操作就是就是反演反演。(4)映轴与旋转反映操作映轴与旋转反映操作 反轴与旋转反演操作反轴与旋转反演操作旋转反映旋转反映或或旋转反演旋转反演都是复合操作，相应的对称元素分别称为都是复合操作，相应的对称元素分别称为映映轴轴Sn和和反轴反轴In。旋转反映旋转反映(或旋转反演或旋转反演)的两步操作顺序可以反过来的两步操作顺序可以反过来CH4中的映轴中的映轴S4与旋转反映操作与旋转反映操作五、晶胞：五、晶胞：1.特征：特征：平行六面体平行六面体完全等同，具有平移性完全等同，具有平移性含有尽可能少的点阵点含有尽可能少的点阵点2.晶胞参数晶胞参数3.布拉维布拉维(O.Brava
7、is)晶系及点阵形式晶系及点阵形式立方立方(c)晶系晶系 a=b=c=90立方简单立方简单(cP)立方体心立方体心(cI)立方面心立方面心(cF)四方四方(t)晶晶系系 a=b c=90四方简单四方简单(tP)四方体心四方体心(tI)六方六方(h)晶晶系系 a=b c=90，=120六方简单六方简单(hP)正交正交(o)晶晶系系 abc=90正交简单正交简单(oP)正交体心正交体心(oI)正交面心正交面心(oF)正交底心正交底心(oC)单斜单斜(m)晶系晶系 abc=90，90单斜简单单斜简单(mP)单斜底心单斜底心(mC)三斜三斜(a)晶晶系系 abc90三斜简单三斜简单(aP)菱方菱方(R
8、)晶系晶系 a=b=c=90六、晶胞中原子的坐标六、晶胞中原子的坐标原子坐标原子坐标(分数坐标分数坐标)晶胞中原子晶胞中原子P 的位置用向量的位置用向量OP=xa+yb+zc代表。代表。x、y、z就是分就是分数坐标，它们永远不会大于数坐标，它们永远不会大于1。(若取值为若取值为1，相当于平移到另，相当于平移到另一个晶胞，与取值为一个晶胞，与取值为0无差别，无差别，1即是即是0)0,0,0,确定坐标系确定坐标系 所需写出的坐标组数等于晶胞内净含的原子数所需写出的坐标组数等于晶胞内净含的原子数立方面心晶胞净含立方面心晶胞净含4个原子，个原子，所以写出所以写出4组坐标即可组坐标即可:所有顶点原子：所
9、有顶点原子：0，0，0 (前前)后面心原子：后面心原子：0，1/2，1/2左左(右右)面心原子：面心原子：1/2，0，1/2(上上)下面心原子：下面心原子：1/2，1/2，00,0,00,1/2,1/21/2,0,1/21/2,1/2,0 NaCl型晶体型晶体原子的分数坐标：原子的分数坐标：A:0 0 0 0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0B:1/2 0 0 0 1/2 0 0 0 1/2 1/2 1/2 1/2 立方立方ZnS型晶体型晶体原子的分数坐标原子的分数坐标A：0 0 0 0 1/2 1/2 1/2 0 1/2 1/2 1/2 0B:1/4 1/4 3/4 1/4 3/4 1/4 3/4 1/4 1/4 3/4 3/4 3/4