結(jié)構(gòu)化學(xué)提要4:晶體
一、對(duì)稱元素
① 旋轉(zhuǎn)軸;② 對(duì)稱面
;③ 對(duì)稱中心
;④ 映軸
;⑤ 反軸

(分子點(diǎn)群見(jiàn)后文)
注:(i)?;
(ii) 另有對(duì)稱元素組合定律,從略。
(iii) 的
軸:

順便一提:1,1-聯(lián)萘-8,8-二甲酸(結(jié)構(gòu)如下圖)由于阻轉(zhuǎn)異構(gòu)現(xiàn)象,也會(huì)存在一個(gè)類似于的
軸。

二、晶體學(xué)基礎(chǔ)
① 點(diǎn)陣(略);
注:

② 晶系

③ 晶體結(jié)構(gòu)=點(diǎn)陣形式+結(jié)構(gòu)基元
④ 晶面指標(biāo)

設(shè)有一平面點(diǎn)陣和3個(gè)坐標(biāo)軸,y相交在3個(gè)坐標(biāo)軸上的截?cái)?shù)分別為r, s, t(以 a, b, c為單位的截距數(shù)目)。截?cái)?shù)之比即可反映出平面點(diǎn)陣的方向。但直接由截?cái)?shù)之比r : s : t表示時(shí),當(dāng)平面點(diǎn)陣和某一坐標(biāo)軸平行,截?cái)?shù)將會(huì)出現(xiàn)。為避免出現(xiàn)
,規(guī)定用截?cái)?shù)的倒數(shù)之比,即1/r : 1/s : 1/t 作為平面點(diǎn)陣的指標(biāo)。由于點(diǎn)陣的特性,這個(gè)比值一定可化成互質(zhì)的整數(shù)之比1/r : 1/s : 1/t = h : k : l, 平面點(diǎn)陣的取向就用指標(biāo)(hkl)表示,即平面點(diǎn)陣的指標(biāo)為(hkl),或稱Miller指數(shù)。

⑤ 晶體對(duì)稱軸軸次定理:晶體只有1,2,3,4,6次旋轉(zhuǎn)軸。
⑥ 晶胞的描述(分?jǐn)?shù)坐標(biāo))
⑦ 晶體學(xué)部分公式:
(i) 晶體密度
(ii) 布拉格方程?,一般取
(iii) 歐拉公式?
⑧ 晶體的缺陷(略)
三、金屬晶體
1. 金屬鍵
① 電子氣理論(亦稱金屬鍵的“自由電子”模型)
注:金屬鍵的強(qiáng)度可由金屬的原子化焓衡量;同理,金屬鍵越強(qiáng),金屬的熔、沸點(diǎn)越高。
② 固體能帶理論(可用于解釋固體導(dǎo)電性)
根據(jù)能帶的分布和電子填充情況,可分為下列幾種:
(i) 充滿電子的能帶叫滿帶;
(ii) 部分能級(jí)充滿電子的能帶叫導(dǎo)帶;
(iii) 能級(jí)最高的滿帶和導(dǎo)帶總稱為價(jià)帶;
(iv) 完全沒(méi)有電子的能帶叫空帶;
(v) 各能帶間不能填充電子的區(qū)域叫帶隙,又稱禁帶。
若一種固體只有滿帶和空帶,它不能改變電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),不能導(dǎo)電;若含有導(dǎo)帶,電子受外電場(chǎng)作用,有可能在該能帶中的不同能級(jí)間改變其能量和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而導(dǎo)電。
2. 等徑球密堆積
注:
(i) 空間利用率?;
(ii) 堆積空隙(八面體空隙&四面體空隙)

球數(shù) : 四面體空隙數(shù) : 八面體空隙數(shù)?=?
① 面心立方密堆積(ccp / A1堆積)

(i) 結(jié)構(gòu)基元:1個(gè)等徑球;晶胞含等徑球4個(gè);
(ii) 理論晶胞參數(shù):;配位數(shù)=12;
(iii) 空間利用率?。
② 體心立方堆積(A2堆積)

注:理論上,A2堆積不是密堆積。
(i)?結(jié)構(gòu)基元:1個(gè)等徑球;晶胞含等徑球2個(gè);
(ii)?理論晶胞參數(shù):;配位數(shù)=8;
(iii)?空間利用率?。
③ 六方密堆積(hcp / A3堆積)

(i)?結(jié)構(gòu)基元:2個(gè)等徑球;晶胞含等徑球2個(gè);
(ii)?理論晶胞參數(shù):;配位數(shù)=12;
(iii)?空間利用率?。
注:上文中1.633只是近似值,其精確值為? 。
3. 合金
① 金屬化合物
(i)??合金(如下)。

(ii) Laves相合金

②?金屬間隙化合物
注:金屬間隙化合物多具有NaCl型結(jié)構(gòu)。
③ 金屬固溶體
注:另有淬火、退火等有關(guān)操作,從略。
四、離子晶體
注:(i) 填隙(如下)

(ii)?學(xué)習(xí)離子晶體結(jié)構(gòu)時(shí),須給出該離子晶體的點(diǎn)陣形式、結(jié)構(gòu)基元、晶胞內(nèi)容、晶胞參數(shù)、離子堆積/填隙情況、正負(fù)離子配位數(shù)之比。(后文與之相關(guān)的內(nèi)容從略)
1. 常見(jiàn)結(jié)構(gòu)
①?型

② 立方型(閃鋅礦型)

注:作面心立方堆積,
填50%的四面體空隙。
③?型(螢石型)

注:另有反螢石型,如。
④?型

⑤ 型(尖晶石型)

注:Up本人也不知道該怎么讀,就當(dāng)是“四氧化二鋁鎂”好了。
⑥?型(鈣鈦礦型)

⑦?型(金紅石型)

注:作六方密堆積,
填50%的八面體空隙。
⑧ 六方型(纖鋅礦型)

⑨?型

⑩?型(
)

注:由于中的
是按ccp方式排列,其結(jié)構(gòu)為
。
2. 二元離子晶體的結(jié)晶化學(xué)規(guī)律
① 半徑比與晶體結(jié)構(gòu)
定義半徑比為,有:

② 均攤法處理正負(fù)離子配位數(shù)之比與晶胞正負(fù)離子數(shù)目之比的關(guān)系
3. 晶格能(略)
五、分子晶體
略(書上元素結(jié)構(gòu)化學(xué)的內(nèi)容還是挺多的嘛,而且與前者的學(xué)習(xí)方法類似,故從略)。
補(bǔ)充:點(diǎn)群
晶體中所含有的全部宏觀對(duì)稱元素至少交于一點(diǎn),這些匯聚于一點(diǎn)的全部對(duì)稱元素的各種組合稱為晶體的點(diǎn)群。

當(dāng)然我們?cè)诳紤]分子對(duì)稱性的時(shí)候,也可以說(shuō)屬于
點(diǎn)群,苯屬于
點(diǎn)群,等等。
(2023年1月17日)