实验一晶体模型的观察与分析 实验目的与任务: (1)掌握十四种布拉维空间格子(点阵)形式。 (2)掌握等大球体的紧密堆积原理。 (3)掌握配位多面体共顶或共面连接的情况。 (4)掌握几种常见的无机化合物的晶体结构模型 (5)通过晶体模型观察,理解同质多晶现象,理解晶体的结构与性质之间的关系。 2.结晶学知识基础: 2.114种布拉维格子 晶体的共同特点是内部质点在三维空间按周期性的重复排列,对于每一种晶体结构,均 可以抽象出一个相应的空间点阵。不同的晶体空间点阵的差别在于其结点产生重复的方向和 间距不同。 对于同一个空间点阵,如果所取的三组不共面的行列不同,就可以划分出不同的平行 面体。由于不同的晶体可以抽象出不同的空间点阵,为了更好的研究晶体结构的基本特征, 使所划分出来的平行六面体具有充分的代表性,因此规定了选择平行六面体时所遵循的规 (1)所选平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性 (2)在不违反对称性的条件下,应选择棱与棱之间直角关系最多的平行六面体 (3)在遵循前两条的前提下,所选的平行六面体的体积应为最小; (4)当对称性规定棱间交角不为直角时,应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱, 且棱间交角接近于直角的平行六面体 单位平行六面体除原始格子(P)外,还有体心格子(1)、面心格子(F)、底心格子(C) 对于七个晶系的晶体,去除不符合对称特点和不符合单位平行六面体选择原则的格子, 共有14种不同形式的空间格子,即14种布拉维格子 布拉维格子是空间格子的基本组成单位。知道了格子形式和单位平行六面体参数,即 可确定整个空间格子的特征 2.2球体紧密堆积原理 由于原子和离子都具有一定的有效半径,因而可以看成具有一定大小的球体,在金属 晶体和离子晶体中,金属键和离子键没有方向性和饱和性,因此,从几何角度来看,金属原 子之间或离子之间的相互结合,在形式上可看成是球体间的相互堆积,由于晶体具有最小内 能性,原子或离子相互结合时,相互间的引力或斥力处于平衡状态,故要求球体间作紧密堆 球体紧密堆积有两种情况:等大球体的最紧密堆积和不等大球体的紧密堆积 等大球体的最紧密堆积方式有ABAB…和 ABCABO…;不等大球体的堆积可以看成较 大的球体成等大球体的紧密堆积方式,较小的球则按其本身的大小,填充在八面体或四面体 间隙中。 2.3同质多晶现象 晶体的性质是由晶体的组成和结构决定的,而组成与结构之间又存在密切的内部联系 化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下,可以结晶成结构不同的晶体
2.4配位数与配位多面体 个原子或离子的配位数是指在晶体结构中,该原子或离子周围,与它直接相邻结合 的原子个数或所有异号离子的个数;配位多面体是指在晶体结构中,与一个阳离子(或原子) 成配位关系而相邻结合的各个阴离子(或原子),它们的中心连线所构成的多面体。 3.实验内容 实验室备有若干晶体模型,按以下步骤进行观察: (1)观察十四种布拉维点阵 (2)观察等大球体的紧密堆积; (3)观察不等大球体紧密堆积中,阳离子和阴离子的位置关系 (4)分析配位四面体和配位八面体共顶、共面、共棱连接的情况 5)观察石墨和金刚石的晶体结构模型 (6)观察氯化钠、氯化铯、金红石、萤石的晶体结构 (⑦)观察硅酸盐晶体结构中硅氧四面体共顶连接的情况 4.实验报告要求 (1)绘出十四种布拉维格子 (2)叙述球体的紧密堆积过程 (3)描述配位四面体和配位八面体共顶、共面、共棱连接的情况 (4)描述氯化钠、氯化铯、金红石、萤石的晶体结构特点 5)分析金刚石和石墨的晶体结构与其性能的关系 思考题 1.试用鲍林规则,分析氯化钠的晶体结构。 2.为什么具有萤石型结构的晶体往往存在着负离子扩散机制? 3.硅酸盐结构分类的原则和各类结构中硅氧四面体的形状?各类结构中硅与氧的比例是多 少?硅氧比与结构之间的关系如何? 4.根据晶体的晶格常数,判断晶体所属的晶系: ①镁橄榄石:a=4.76Ab=10.21Ac=5.99Aa=β=γ=90° ②a-石英:a=4.96Ab=4.96Ac=5.45Aa=B=90°y=120 ③镁方柱石:a=7.79Ab=7.79Ac=5.02Aa=B=y=90° ④阝-C2S:a=5.48Ab=9.28Ac=6.76Aa=y=90°B=9433 5.比较各晶系的对称特点,判断下列对称型属于哪一晶系: ①L3L3PC ②4L3L3PC ③L2PC ④3L3PC ⑤L"3L3P ⑧L4L5PC
马爱琼 晶体模型观察与分析 1、实验目的与任务: (1)掌握十四种布拉维空间格子(点阵)形式 (2)掌握等大球体的紧密堆积原理 (3)掌握配位多面体共顶或共面连接的情况 (4)掌握几种常见的无机化合物的晶体结构模型 (5)通过晶体模型观察,理解同质多晶现象:理解晶体的结构与性质之间的关 2、结晶学知识基础 2.1十四种布拉维格子 对应于每一个晶体结构,均可以抽象出一个相应的空间点阵,由于晶体是内部质点在三 维空间作有规则重复排列的固体,对于每一种晶体结构,均可以抽象出一个相应的空间点阵 对于同一个空间点阵,如果所取的三组不共面的行列不同,就可以划分出不同的平行六面体, 由于不同的晶体可以抽象出不同的空间点阵,为了更好的研究晶体结构的基本特征,是所划 分出来的平行六面体具有充分的代表性,因此规定了选择平行六面体时所遵循的规则: l)所选平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性 2)在不违反对称性的条件下,应选择棱与棱之间直角关系最多的平行六面体; 3)在遵循前两条的前提下,所选的平行六面体的体积应为最小 4)当对称性规定棱间交角不为直角时,应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱, 且棱间交角接近于直角的平行六面体。 根据以上划分原则,对于七个晶系的晶体,共有十四种不同形式的空间格子 22球体紧密堆积原理 由于原子和离子都具有一定的有效半径,因而可以看成具有一定大小的球体,在金属晶 体和离子晶体中,金属键和离子键没有方向性和饱和性,因此,从几何角度来看,金属原子 之间或离子之间的相互结合,在形式上可看成是球体间的相互堆积,由于晶体具有最小内能 性,原子或离子相互结合时,相互间的引力或斥力处于平衡状态,故要求球体间作紧密堆积 2.3同质多晶现象 晶体的性质是由晶体的组成和结构决定的,而组成与结构之间又存在密切的内部联系 化学组成相同的物质,在不同的热力学条件下,可以结晶成结构不同的晶体。 24配位数与配位多面体 个原子或离子的配位数是指在晶体结构中,该原子或离子周围,与它直接相邻结合的 原子个数或所有异号离子的个数;配位多面体是指在晶体结构中,与一个阳离子(或原子)
成配位关系而相邻结合的各个阴离子(或原子),它们的中心连线所构成的多面体 3、观察内容 实验室备有若干晶体模型,其中,十四种布拉维格子和球体緊密堆积过程备有多媒体课 件,按以下步骤进行观察 1)观察十四种布拉维点阵; 2)观察球体的紧密堆积; 3)观察不等大球体紧密堆积中,阳离子和阴离子的位置关系 4)分析配位四面体和配位八面体共顶、共面、共棱连接的情况 )观察石墨和金刚石的晶体结构模型 6)观察氯化钠、氯化铯、金红石的晶体结构 7)观察硅酸盐晶体结构中硅氧四面体共顶连接的情况。 4、观察结果记录 (1)绘出十四种布拉维格子; (2)叙述球体的紧密堆积过程 (3)描述配位四面体和配位八面体共顶、共面、共棱连接的情况: (4)描述氯化钠、氯化铯、金红石的晶体结构特点 (5)分析金刚石和石墨的晶体结构与其性能的关系 5、思考题 (1)根据晶体的晶格常数,判断晶体所属的晶系: ①镁橄榄石:a=4.76Ab=10.21Ac=5.99Aa=B=y=90° ②a-石英:a=4.96Ab=4.96Ac=5.45Aa=B=90°y=120 ③镁方柱石:a=7.79Ab=7.79Ac=5.02Aa=B=y=90° ④B-C2S:a=5.48Ab=9.28Ac=6.76Aa=y=90°B=94°33 (2)比较各晶系的对称特点,判断下列对称型属于哪一晶系: ①L3L23PC ②4L3L23PC L PC ④3L23PC ⑤L:3L3P ⑥L2P ⑦3L4L6L2 ⑧L4L5PC (3)试用鲍林规则,分析氯化钠的晶体结构
