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§10.2 离子晶体
　　离子化合物是由正负离子结合在一起形成的化合物，它一般由电负性较小的金属元素与电负性较大的非金属元素生成。
　　正负离子之间由静电力作用结合在一起，这种化学键称为离子键。以离子键结合的化合物倾向于形成晶体，以使每个离子周围配位尽可能多的异性离子，降低体系能量。
　　１　离子晶体的近似模型
　　许多离子晶体的结构可按密堆积结构来理解。当负离子的半径较大时，一般会把负离子看作等径圆球进行，而正离子有序地填在空隙之中。当正离子的半径较大时，也可以把正离子看作等径圆球进行密堆积，负离子作填隙原子。前一种情况出现得比较多。
　　NaCl　　　 　　　　　
二　点阵能
　 　正负离子之间的静电作用力的强弱可用点阵能的大小表示。
　　点阵能：在0K时，1mol离子化合物中的正负离子由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放出的能量。
　　点阵能负值越大，表示离子键越强，晶体越稳定。它可以根据离子晶体中离子的电荷、离子的排列等结构数据计算得到。
　　点阵能不能由实验直接测定，但可通过实验，利用Born-Haber循环测定升华热、电离能、解离能、电子亲和能和生成热等数据，根据内能是状态函数性质计算出点阵能。
　　Goldschmidt离子半径。
　　Pauling离子半径
　　Shanon离子半径
四 哥希密特（Goldschmidt）结晶化学定律
　　哥希密特指出：&晶体的结构型式，取决于其结构基元（原子、离子或原子团）的数量关系、离子的大小关系和极化作用的性质。&这一概括叫做哥希密特晶体化学定律。
　　正负离子半径比对离子晶体结构型式即正、负离子半径的相对大小，直接影响到离子的堆积方式和离子晶体的结构型式。
　　离子的极化：离子本身带有电荷，形成一个电场，离子在相互电场作用下，可使电荷分布的中心偏离原子核，而发生电子云变形，出现正负极的现象。
　　离子极化的出现，使离子键向共价键过渡。常见/著名的晶体结构俗称、代号及结构图
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|个人分类:|系统分类:|关键词:结构图
-quartz-type, NaCl-type,hcp.....cubic β-ZnS structure, F-43m,216号zinc blende structure又称立方硫化锌型结构（cubic β-ZnS structure）。属立方晶系，空间群F4-3M ，为面心立方点阵。(注：4上有一短横)。属。中B原子呈立方密堆积，A原子填充在B原子构成的空隙中。A、B原子的均为4。A—B原子间为联系。属闪锌矿型的化合物有：亚铜的，的，、、和的，和，以及，单质碳和单质硅等。其中III～V族和II-VI族化合物是重要的，单质硅是最成熟的。硫化锌(hexagonal α- structure)，P63mc，186 号属，AB型，其中A原子作六方密堆积，B原子填充在A原子构成的空隙中。A、B原子的联系为，均为4。化合物、、和等属纤锌矿型结构。在同一化合物中具有六方型和立方硫化锌型两种晶型结构时，一般前者为后者的高温型。属这个类型的化合物有和以及化合物半导体材料GaN。 面心立方，fm-3m,225calcium fluoride structure又称(fluorite structure)。属，面心立方结构。AB2型。其中A(如Ca2+)呈立方密堆积，B(如F-)填充在空隙中，面心立方点阵对角线的1/4和3/4处。阴、阳离子的分别为4和8。阳、阴离子R2+/R-&0.732。这类结构的化合物有、、、二氧化铯和PrO2等一些化合物和含有大的，如BaF2，PbF2，SrF2，CaF2等。 石英晶体有7种变体，均届架状硅酸耸结构。β—石英、β—鳞石英、β—方石英结构上的差别是硅氧四面体的连接方式不同。在β—方石英中，两个共顶的硅氧四面体相连，相当于以桥氧为中心对称。在β—鳞石英中，两个共顶的硅氧四面体之间相当于有一个对称面。而在β—石英中，相当于在P—鳞石英基础上Si—0—Si键角由180。转变为150°。p—石英属六方晶系。α—石英与β—石英不同的是Si—O—Si镀角不是150°而是144°，由于这一角度的变化。α—石英的结构β为三方晶系。β—鳞石英属六方晶系，硅氧四面体按六节环的方式连接，构成四面体层，层中任何两个相邻的四面体的角顶指向相反方向，然后上下层之间再以角顶相连成架状结构，见图1—3。β—方石英屑立方晶系，每个Si(4-)都和4个O(2-)相连，每个O(2-)都连接两个对称的硅氧四面体
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下面列出了一些常见典型晶体结构参数（共52个），可以使用Mercury查看。
锐钛矿(TiO2)的晶体结构资料()
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钇钡铜氧超导体的晶体结构资料(
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2-3离子共价晶体的结构_2开题报告.ppt 21页
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第二节离子的晶体结构概念及特点以离子键结合的晶体即为离子晶体。离子晶体具有硬度高、强度大、熔点和沸点高、热膨胀系数较小、脆性大、绝缘和透明等特性,如NaCl型、CsC型、立方ZnS、CaF2型、六方ZnS等。一、离子晶体的主要特点离子晶体是由正负离子通过离子键按一定方式堆积起来而形成的。离子晶体的硬度高、强度大、溶点和沸点高、热膨胀系数小，但脆性大；有良好的绝缘性；典型的离子晶体往往是无色透明的。二、离子半径、配位数和离子的堆积（1）离子半径指从原子核中心到最外层电子的平衡距离。一般所了解的离子半径是指离子在晶体中的接触半径，即以晶体中邻近的正负离子中心的距离作为正负离子半径之和。正负离子间的平衡距离R0等于球状正离子的半径R+与球状负离子半径R-之和。两种方法：1、格尔德施密特：从球形离子间堆积的几何关系推算2、鲍林方法：考虑到核外电子的吸引等因素来计算离子半径（2）配位数正负离子的配位数主要取决于正、负离子的半径比，根据半径比选取不同的配位数。（3）离子的堆积离子晶体通常看成是由负离子堆积成骨架，正离子则按其自身的大小，居留于相应的负离子空隙——负离子配位多面体中。三离子晶体的结构规则四、典型离子晶体的结构多数盐类、碱类及金属氧化物都形成离子晶体，对二元离子晶体，按照不等径刚性球密堆积理论，可把它们归纳分为六种基本结构类型：NaCl型,CsCl型,立方ZnS,六方ZnS,CaF2,金红石（TiO2）有的是它们的变形。金红石TiO2型陶瓷材料硅酸盐结构CsCl型立方ZnS型六方ZnS型CaF2型●几种典型的离子晶体的晶体结构第四节共价晶体的结构一、共价晶体的特点：以共价键结合的晶体即为共价晶体。共价晶体具有强度高、硬度高、脆性大、熔点和沸点高、挥发性低、导电能力较差和结构稳定等特性，如金刚石型、ZnS型(AB)、SiO2型(AB2)。二、典型共价晶体的结构金刚石的结构见图2-25白硅石的结构见图2-26返回返回金属与非金属元素之间的化合物所构成的多晶体固体材料。陶瓷材料离子晶体（MgO、Al2O3)共价晶体（Si3N4、SiC）●硅酸盐的晶体结构◆硅酸盐的基本结构单元——硅酸根（SiO44-）四面体。岛状结构单元：当一个个SiO44-四面体通过与其它正离子连接在一起时，就形成了岛状的硅酸盐结构。双四面体结构单元：当硅酸盐中的SiO44-四面体不是孤立存在，而是通过共用一个或更多的O2-离子而连接在一起。环状结构单元：当每个SiO44-四面体有两个顶角的氧离子为相邻两个四面体共有时，就会形成环状单元。
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NaNO21—1aNaNO2
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4000, , , ,
Be2BBe2CCaF2K2OK2SCoSi2Mg2SiUO2
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Be2+B3+Al3+Si4+P5+S6+Cl7+V5+Cr6+Mn7+Zn2+Ga3+Ge4+As5+Se6+
Li+Mg2+Al3+Se3+Ti4+Cr3+Nm2+Fe2+Fe3+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+Ga3+
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1.7.2.1 NaCl&
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1.7.2.3& ZnS
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-SiCGaAsAlPInSb
1.7.2.4 -ZnS
1—54&&& P63mcao=0.382nmco=0.625nmZ=2ZnSS2-000 Zn2+00u u=0.8751—54ZnSZn2+4S2-4S2Zn2+BeO ZnOAlN&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&& BeO2500-Al2O31520BeOBeO
&&& AlN250WmKAlNBeO
&&& AXCsClNaClZnSr+r-CsClNaClZnSZn2+18S2-10.210-3nm3ZnSZnOZnOr+r-Zn2+6NaClZnOZn2+4ZnOr+r-
1.7.2.5& CaF2
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1—54&&&& CaF2
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Li2ONa2OK2OLi+Na+K+F-O2-Ca2+
1.7.2.6& &&&
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P42mnma0=0.459nmc0=0.296nmZ=2Ti4+Ti4+Ti4+1—55O2-Ti4+000 u=0.3l1—56Ti4+6O2-3Ti—OTi—OTi-O90Ti—O1—56O2-Ti4+
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GeO2SnO2PbO2MnO2MO2NbO2WO2CoO2 MnF2MgF2
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-Fe2O3Cr2O3Ti2O3V2O3FeTiO3MgTiO3
1.7.3& ABO3
& ABO3CaTiO3FeTiO3CaCO3
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rA+rO= rB+rO
rArBrOABAB
rA+rO =t rB+rO
&&& ABl—14
1.7.3.2& FeTiO3
&&& -Al2O3-Al2O3LiNbO3
1.7.3.3& CaCO3
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&&&&&&&&&&&&&&&&&& t&1.1&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&& 1.1&t&0.77&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& t&0.77&&&
1.7.4& AB2O4
&&& AB2O4AMg2+Mn2+Fe2+Co2+Zn2+Cd2+Ni2+BA13+Cr3+Ga3+Fe3+Co3+AB8AB
&&& 161MgAlO4Fd3ma0=0.808nm Z=8856160aMNbMcN32643224
&&& A2+81—61bB3+16216cA2+B3+88Fe3O4Fe2+ O41—15
NaClKClLiFKBrCaOMgOSrOBaOCdOVOMnOFeOCoONiO
Li2ONa2OK2ORb2O
TiO2GeO2SnO2PbO2VO2NbO2TeO2MnO2RuO2OsO2IrO2
CaTiO3SrTiO3BaTiO3PbTiO3PbZrO3SrHfO3
MgAl2O4FeAl2O4ZnAl2O4
FeMgFeO4MgTiMgO4Fe3+[Fe2+Fe3+]O4
ZnSZnOSiCBeO
NiAsFeSFeSeCoSe
A12O3Fe2O3Cr2O3Ti2O3
FeTiO3NiTiO3CoTiO3
Mg2SiO4Fe2SiO4
CsClCsBrCsI
ThO2CeO2PrO2ZrO2
— rkxrc/ra
&&&&&&&& &
&&&&&& & &&&&&&&&&&&&&&&& &&&
&&&&&&& NaCI& CsCl&&&&&&&&&&& &&&&&&&
&&&&&&& 1—61& AB&&&&&&&&&& 1—62&& AB2
1—611—62
ABAB2ABNaClCsCl
CsClNaClNaCl
&&&& —0.535log —0.12=0
&&& 1—61A2B3
1[SiO4]0.160nm
Al2O32SiO22H2O3BeOA12O36SiO2A12[Si2O5](OH)4Be3Al2[Si6O18]
&&& R2R2+OSiO2=R4+[SiO4]2R2+OSiO2=R22+[SiO4]RO2SiO2R4+[SiO4]4RMg2+Ca2+Fe2+Be2+Zn2+Mn4+Zr4+Mg2SiO4ZrSiO4
&&& a=0.599nmb=0.478nmc=1.026nm163010ABABSi4+Mg2+R32+R23+[SiO4]33R2+OR23+O33SiO2R2+Fe2+Mn2+Ca2+R3+Al3+Cr3+Fe3+Y3Al5O12YAG[A33+][B23+][C33+]O12AY3+BCAl3+[C3+]Si4+R2+Y3+1—64b3.5Ca3[Si2O7]3CaO2SiO2164cdeSi3O66-Si4O128-Si6O1812-Be3Al3[Si6O18]Be2+Al3+O2-110-62MgO2Al2O35SiO2?US&Mg2Al3[Si5AlO18]Be2+Mg2+1/6A13+Mg2+Al3+1—17
Ca3[Si2O7]
Be3A12[Si6O18]
Mg2Al3[Si5AlO18]
Mg2[Si2O6]
Mg2[Si2O6]
Mg2[Si2O6]
Ca3[Si3O9]
Al[AlSiO5]
A12[O/SiO4]
A12[O/SiO4]
Al[Al1.25SiO.75O4.875]
Al[Al1.4Si0..6O4.8]
&&& nSiO32-nSi4O116-1—651—66
R2[Si2O6]RMg2[Si2O6]CaMg[Si2O6]RLiAl[Si2O6]NaAl[Si2O6]
&&& Mg2[Si2O6]MgSiO3n[Si2O4]4-C3.107003.18
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 165&
1—66& && abcdef
A12O3SiO2[SiO4][AlO4]A12O3SiO21—17
&&& 1—671—68cSi4O104-Si4O10n4n-a=0.52nmb=0.90nman style='font-family:;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-hansi-font-family: "Times New Roman"'&l18Si—O—Si14134'1—691—67b[MeOOH6]1—69MeMg2+Fe2+Fe3+A13+Mn3+1121Al3+2/3Mg2+
A12O32SiO22H2OSiO246.33A12O339.49H2O13.98
1—68&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 1—69& AlOOH2
1—701—71
[SiO4][AlO2OH4]1—701—71001
&&&&&&&&&&&&&&&&& OH3
&&&&&&& && Al2
&&&&&&&&&&&&&&&&&& O2OH=Al2O32SiO22H2O
&&&&&&& && Si2&&&&&&&&&& Al2[OH4/Si2O5]
&&&&&&&&&&&&&&&&&& O3
1—71001OHab521—180.2—11—72[SiO4]ab
&&& [SiO4]Si4+[AlO2OH4]Al3+Al3+Mg2+
1—72& &&&
& A12O32SiO2nH2On461—73c
Al2[OH4/Si2O5]
Al2[OH4/Si2O5]
Al2[OH4/Si2O5]
Al2[OH4/Si2O5]H2O
Mg3[OH4/Si2O5]
Al2[OH2/Si4O10]
Al2[OH2/Si4O10] H2O
Mg3[OH2/Si4O10]
Mg3[OH2/Si4O10] H2O
KAl2[OH2/AlSi3O10]
KMg3[OH2/AlSi3O10]
K,HAl2[OH2/AlSi3O10]
Mg0.33(Mg,Al)3[OH2/AlSi3O10] H2O
&&& =9148=90
&& && Mg2+Al3+Mg2+Al3+1—74
&&&&&&&&&&&&&&&&&& OH3
&&&&&& &&&& Mg3
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O2OH=3MgO2SiO22H2O
&&&&&&& &&& Si2&&&&&&&&&& Mg[OH4/Si2O5]
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O3
1.8.4.2& 21
&&& & A12O34SiO2H2O[SiO4]AlOOH1奇图可见图173
&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&O3
&&&&&&&&&&& &&& Si2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O2OH=Al2O34SiO2H2OAl2[OH2/Si4O10]
&&&&&&&&&&& &&& Al2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O2OH
&&&&&&&&&&& &&& Si2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O3
1—75& 1—73& && 1—74&
& 2[AlO2OH4][AlO4OH2]
&&& & A12O34SiO2H2OnH2O.1—76.Al3+Mg2+
&&& & 3MgO4SiO2H2OMg2+Al3+1—77
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O3
&&&&&&&&&&& &&& Si2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O2OH=3MgO4SiO2H2OMg3[OH2/Si4O10]
&&&&&&&&&&& &&& Mg3
&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&O2OH
&&&&&&&&&&& &&& Si2
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O3
&&& && Si4+AlK+
&&&&&&&&&&& &&& K
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O6
&&&&&&&&&&& &&& AlSi3
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O4&;mso-ascii-font-family: "Times New Roman";mso-hansi-font-family:"Times New Roman"'&OH2=K2O3Al2O36SiO22H2O
&&&&&&&&&&& &&& Al4&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& KAl2[OH2/AlSi3O10]
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O2OH2
&&&&&&&&&&& &&& AlSi3
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& O6
&&&&&&&&&&& &&& K
&&&&&&&&&&& 1—76& &&&&&&&&&& 1—77&
&&& Mg2+Al3+KMg3[OH2/AlSi3O10]Fe2+KMgFe3[OH2AlSi3O10]
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&+&&&&&&&&&&&&&&&& +&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&& -Si+Al+K&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&& -2Al+3Mg&&&&&&&&&&&&&&&&&&& -2Al+3Mg&&&&&&&&&&&&&& -2Al+3Mg
&&&&&& &&&&&&&&&&&& &&&&&&&& -Si+Al+K
&& +&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&+
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
1-2 &a≠b≠c α=β=γ=90℃a≠b≠c α≠β≠γ≠90℃
1-4 361pm&&
1-5405pm2.70g/cm3
1-6 286pm7.92g/cm3
1-7& NaClNa+Na+
1-8& abc1/2aXYZ2a, 3b6c
1-9& a001b110c111
1-10 a(210) b(111) c(101)&&&&&
1-11 NiONi+Ni2+Ni3+Ni∶ONiONi0.97ONi3+Ni2+
&&&&& (b)&
&&&&&&&&& 1
&&&&&&&&& 2
&&&&&&&&& 3
&&&&&&&&& 4
1–16 111111
1–17 123 112110
1-18 111111
1-19 326’
1-20 210130
1-21 a=b=5.8&Ac=3,2&A201201
1-22& 201203
1-23 P21/c,P41212P312
1-24-C2C2c-
1-25 (a) Rbccr01/21/4
&& (b)& 01/21/2a
1-28 8.94 g/cm3
1-29 hcpc/a 8/31/21.633
&&& (b)912℃1.06%
&& c833℃0.55
1-31 CsClCs0.170n m, Cl0.181nmCs+Cl
1-32 aMgONaClO20.140nm
Mg2+0.072nm
1-33Li2OO2Li(a)
(d) 0.0molSrOLi2OLi+0.74&AO21.40&A
1-34MgONaCl(a) MgO 111, 110100
1-35ab(c) (d)
1-36AB2CaF2Fm3 mCaF1/4[a+b+c]3/4[a+b+c]
1-37 ThO2CaF2Th40.100nmO20.140nm
1-38Ge0.245nm
1-39GaAsZnSGaAsGaAs4
(a)A1SiAlSiSiA16S14A13O20.40&A0.53&A1.40&A40.26&A0.40&A1.38&A
&b(SiO4)4(PO4)3(SO4)2AlPO4SiO2
1-43 SiAl28.0926.98SiO2Al2O32.653.96
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