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(共26張PPT)
第一節 物質的聚集狀態與晶體的常識
第2課時 晶胞 晶體結構的測定
第三章 晶體結構與性質
晶體特性
自范性
各向異性
熔點固定
晶體和非晶體的差異
晶體內部微粒一定是周期性重復排列
在不同方向排列的規律不同
銅晶體 CaF2晶體
晶體的內部微粒(原子、離子或分子)在三維空間里呈周期性有序排列。
思考：要研究晶體的結構，應當如何入手呢？
思路：“以小見大”
常規的晶胞都是平行六面體，整塊晶體可以看作是數量巨大的晶胞“無隙并置”而成。
任務一 晶胞
1.概念
描述晶體結構的基本單元叫做晶胞，晶胞是晶體的最小重復單元。
銅晶體
2.晶體與晶胞關系
①“無隙”是指相鄰晶胞之間沒有任何間隙。
②“并置”是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。
無
隙
并
置
平行六面體
③所有晶胞的形狀及其內部的原子種類、個數及幾何排列均完全相同的。
任務一 晶胞
3.晶胞的類型
四棱柱
8個頂點，1個柱內
立方體
8個頂點，6個面心
立方體
8個頂點，1個中心，頂點與中心相切
立方體
8個頂點，面上原子相切
常規的晶胞都是平行六面體
簡單立方晶胞
面心立方晶胞
體心立方晶胞
六方晶胞
任務一 晶胞
4.晶胞的特點
①8個頂角相同
③三套各4根平行棱分別相同
②三套各兩個平行面分別相同
問題：一個平行六面體中，一共有多少個頂點？多少條面？多少個棱？
——判斷晶胞依據
課堂練習
判斷下列4個圖中結構，屬于晶胞的是
A
A圖中滿足晶胞的結構特點，是晶胞。
B圖中不滿足晶胞“8個頂角相同”的要求，不是晶胞。
C圖中不滿足晶胞“三套各4根平行棱分別相同”的要求，不是晶胞。
D圖中不滿足“三套各兩個平行面分別相同”的要求，不是晶胞。
任務二 晶胞的計算
提示：晶胞只是晶體微觀空間里的一個基本單元，在它的上下左右前后無隙并置地排列著無數晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內部的原子種類、個數及幾何排列均完全相同的。
問題：一個金屬銅晶胞中平均含有幾個銅原子？
14個
1.晶胞中粒子數目的計算
1
2
4
3
7
6
8
5
1
2
2
1
3
4
1
頂點：1/8
棱邊：1/4
面心：1/2
體心：1
①平行六面體晶胞中粒子的計算方法
——均攤法
任務二 晶胞的計算
1.晶胞中粒子數目的計算
②六方晶胞中粒子的計算方法
頂角：
上、下棱：
側棱：
面上：
內部1
頂點：
側棱：
內部：1
上下棱：
③正三棱柱晶胞中粒子的計算方法
——均攤法
任務二 晶胞的計算
課堂練習
金屬鈉（Na） 金屬鋅（Zn） 碘（I2） 金剛石（C）
數一數，它們分別平均含有幾個原子？
根據晶胞結構，判斷下列離子晶體的化學式（A表示陽離子）
A
B
化學式：
AB
化學式：
AB
C
化學式：
ABC3
——粒子最簡整數比
2.晶胞分子式的確定
任務二 晶胞的計算
3.晶胞密度的計算
①先確定一個晶胞中微粒個數N（均攤法）
②再確定一個晶胞的邊長a
=
=
=
=
任務二 晶胞的計算
3.晶胞密度的計算
類型
圖示
粒子數
晶胞邊長(a)與原子半徑(r)的關系
簡單立方體
體心立方體
面心立方體
1
2
4
a=2r
任務二 晶胞的計算
課堂練習
已知晶體中Na+和Cl-間最小距離為a pm，計算NaCl晶體的密度。
Na+：12× + 1 = 4
1
4
Cl-：8× + 6× = 4
1
8
1
2
課堂練習
S與Cu形成化合物晶體的晶胞如圖所示。已知該晶體的密度為a g·cm-3，則該晶胞的邊長為________________pm。
4.空間利用率的計算
任務二 晶胞的計算
金屬銅是面心立方晶體，有較多的滑移面，所以有很好的延展性。其晶胞結構如圖乙所示。已知銅原子的半徑為rcm，銅的密度為ρ g cm 3，阿伏加德羅常數為NAmol 1，該晶胞中銅原子的空間利用率為___________________(用含r、ρ、NA的代數式表示)。
①先確定觀察中心原子，觀察一個晶胞，再向空間延伸
②晶胞中不同原子的配位數之比等于該晶胞（化學式）中原子個數的反比。
5.配位數(或晶胞某原子周圍與其等距離且最近的原子數目）
任務二 晶胞的計算
配位數：晶體中與每個微粒緊密相鄰(相切)且距離相等的微粒個數
在NaCl晶體中，每個Na＋周圍最近距離的Cl－有___個；每個Cl－周圍最近距離的Na＋有___個。
在NaCl晶體中，每個Na＋周圍最近距離的Na＋有____個。
6
6
12
離子晶體中的配位數：指一個離子周圍最近的異電性離子數目
6.原子坐標參數
任務二 晶胞的計算
A
B
C
D
E
F
G
H
一般以坐標軸所在立體圖形的棱長為1個單位。從原子所在位置分別向x、y、z軸作垂線，所得坐標軸上的截距即為該原子的分數坐標。
x軸
y軸
z軸
A B
C D
E F
G H
(0,0,0)
(1,0,0)
(1,1,0)
(0,1,0)
(0,1,1)
(0,0,1)
(1,0,1)
(1,1,1)
A
B
C
D
E
F
G
H
簡單立方
6.原子坐標參數
任務二 晶胞的計算
M( , , )
1
2
1
2
1
2
A( 0 , , )
1
2
1
2
B( , 0 , )
1
2
1
2
C( 1 , , )
1
2
1
2
D( , 1 , )
1
2
1
2
E( , , 1 )
1
2
1
2
F( , , 0 )
1
2
1
2
課堂練習
如圖所示為金剛石的晶胞，圖中A、B、C、D四個原子在晶胞的什么位置？它們的原子坐標分別是多少？
A(1/4，3/4，1/4)
B(3/4，1/4，1/4)
C(1/4，1/4，3/4)
D(3/4，3/4，3/4)
金剛石晶胞
B
C
D
x軸
y軸
z軸
A
任務三 晶體結構的測定
發現X射線，獲1901年
物理學獎
發現X射線在晶體中的衍射效應
勞厄
用X射線衍射研究晶體結構
布拉格父子
倫琴
1901
1914物理學獎
1915物理學獎
1936化學獎
1962化學獎
利用X射線等技術研究分子結構
X射線衍射法測定蛋白質晶體結構
1964化學獎
X射線衍射法測定復雜晶體與大分子結構
1980化學獎
X射線衍射確定DNA核苷酸順序與基因結構
1985化學獎
……
發展了X射線衍射確定晶體與分子結構的方法。
Hauptman與Karle
任務三 晶體結構的測定
1.X射線衍射實驗
當單一波長的X射線通過晶體時，X射線和晶體中的電子相互作用，在記錄儀上形成衍射圖譜。會在記錄儀上看到分立的斑點或者明銳的衍射峰
X射線管
鉛板
晶體樣品
記錄儀
X射線衍射儀
衍射圖
衍射方向
衍射強度
任務三 晶體結構的測定
2.X射線衍射方向
X射線管
鉛板
晶體
晶體能產生分立的斑點
——晶胞的形狀、大小與取向
非晶體衍射圖譜
晶體的周期性結構
數據處理
任務三 晶體結構的測定
3.X射線衍射強度
——原子的種類與位置
15 20 25 30 35
2θ/°
晶態SiO2
非晶態SiO2
晶體能產生明銳的衍射峰
任務三 晶體結構的測定
4.X射線衍射測定分子結構
衍射圖
計算
晶
體
結
構
信
息
晶胞信息
結合晶體化學組成
晶胞形狀和大小
分子或原子在微觀空間有序排列呈現的對稱類型
原子在晶胞中的數目和位置
推出原子之間的相互關系
分子信息
測定晶胞中各個原子的位置(坐標),根據原子坐標,可以計算原子間的距離,判斷哪些原子之間存在化學鍵,確定鍵長和鍵角,得出分子的空間結構
任務三 晶體結構的測定
例：X射線衍射測定甲烷分子結構
衍射方向
甲烷晶體
a
邊長為a的立方晶胞
原子的種類與位置
衍射強度
綜合分析
C、H原子間的距離
是否存在
化學鍵
確定鍵長、鍵角

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