我爱奥赛第爱游戏- 爱游戏体育- AYX体育官方网站二届化学网络夏令营3讲晶体结构pdf

2025-02-02 13:12:22

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　　我爱奥赛网第二届 化学奥赛网络夏令营 主 讲 杨 德 生 作业讲评：具有高能量密度的锂二次电池，有可能成 为空间 等领域的动力源。最近有人采用化学交联 法由二氯环磷氮烯聚合物( l ) 和三硫化二钠作用合 2 3 成出新型无机材料三硫代环磷氮烯聚合物[(NPS ) ] 作 3 3 n 为锂二次电池正极材料，以提高其能量密度和良好的 循环性能。 1、由白磷和足量氯气反应生成一种磷的氯化物X ，写 出该反应的反应式和X 的化学结构式。 2、由X和氯化铵反应得到( l ) ，写出该反应的反 2 n 应式并写出( l ) 的化学结构式。 2 3 3、说明( l ) 分子中磷氮间化学健的特性。 2 3 4 、若( l ) 聚合物中的n=4，那么它能构成哪几种 2 n 骨架为（P N ）环状聚合物的构型。 4 4 作业讲评：具有高能量密度的锂二次电池，有可能成 为空间 等领域的动力源。最近有人采用化学交联 法由二氯环磷氮烯聚合物( l ) 和三硫化二钠作用合 2 n 成出新型无机材料三硫代环磷氮烯聚合物[(NPS ) ] 作 3 3 n 为锂二次电池正极材料，以提高其能量密度和良好的 循环性能。 1、由白磷和足量氯气反应生成一种磷的氯化物X ，写 出该反应的反应式和X 的化学结构式。 P4 （白磷）+ 10 Cl2 = 4PCl5 2、由X和氯化铵反应得到( l ) ，写出该反应的反 2 n 应式并写出( l ) 的化学结构式。 2 3 n PCl + nNH Cl = （ l ） + 4n HCl 5 4 2 n 3、说明( l ) 分子中磷氮间化学健的特性。 2 3 P 的d轨道与N 的p轨道作用形成d-p 键 4 、若( l ) 聚合物中的n=4，那么它能构成哪几种 2 n 骨架为（P N ）环状聚合物的构型。 4 4 三种：非平面型、反型、顺型。 答非平面型、椅型、船型也可。 若画出三种化学结构式也可。 我爱奥赛网第二届 化学奥赛网络夏令营 第 三 讲 晶 体 结 构 [大纲解读] • 初赛基本要求 • 10. 晶体结构。晶胞。原子坐标。晶格能。晶胞中 原子数或分子数的计算及与化学式的关系。分子晶 体、原子晶体、离子晶体和金属晶体。配位数。晶 体的堆积与填隙模型。常见的晶体结构类型，如 NaCl、CsCl、闪锌矿（ZnS ）、萤石（CaF ）、 2 石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙 钛矿、钾、镁、铜等。 • 决赛基本要求 • 3. 晶体结构。点阵的基本概念。晶系。宏观对称 元素确定晶系。晶系与晶胞的形状（点阵系）的关 系。十四种空间点阵类型。晶胞（点阵）的带心 （体心、面心、底心）结构的判别。正当晶胞的概 念。布拉格方程。 [考题回顾] • 1. （2004全初第六题）（6分） • 最近发现，只含镁、镍和碳三种元素的晶体竟然也具有超导性。 鉴于这三种元素都是常见元素，从而引起广泛关注。该晶体的结 构可看作由镁原子和镍原子在一起进行（面心）立方最密堆积 （ ），它们的排列有序，没有相互代换的现象（即没有平均 原子或统计原子），它们构成两种八面体空隙，一种由镍原子构 成，另一种由镍原子和镁原子一起构成，两种八面体的数量比是 1 ︰3，碳原子只填充在镍原子构成的八面体空隙中。 • (1)画出该新型超导材料的一个晶胞 （碳原子用小 球，镍原子用大○球， 镁原子用大 球）。 （在（面心）立方最密堆积－填隙模型中，八面 体空隙与堆积球的比例为1 ︰1，在如图晶胞中，八面体空隙位于体心位置和 所有棱的中心位置，它们的比例是1 ︰3，体心位置的八面体由镍原子构成，可 填入碳原子，而棱心位置的八面体由2个镁原子和4个镍原子一起构成，不填碳 原子。） • (2)写出该新型超导材料的化学式。 • i3 • （化学式中元素的顺序可不同，但原子数目不能错）。 • 2.(2006年全初第8 题） （9分） • 超硬材料氮化铂是近年来的一个研究热点。它是在高温、 压 条件下合成的（50GPa、2000K ）。由于相对于铂，氮原子的电 子太少，衍射强度太弱，单靠X-射线衍射实验难以确定氮化铂晶 体中氮原子数和原子坐标，2004年以来，先后提出过氮化铂的晶 体结构有闪锌矿型、岩盐型（NaCl）和萤石型， 年 月 日 又有人认为氮化铂的晶胞如下图所示（图中的白球表示氮原子， 为便于观察，该图省略了一些氮原子）。结构分析证实，氮是四 配位的，而铂是六配位的；Pt—N键长均为209.6pm ，N—N键长 均为142.0 pm （对比：N 分子的键长为110.0pm）。 2 备用图 • 8-1 氮化铂的上述四种立方晶体在结构上有什么共同点？ 铂原子面心立方最密堆积。 • 8-2 分别给出上述四种氮化铂结构的化学式。 依次为PtN、PtN、PtN 、PtN 2 2 • 8-3 试在图上挑选一个氮原子，不添加原子，用粗线画出所选氮 原子的配位多面体。 • • • 8-4请在本题的附图上添加六个氮原子（添加的氮请尽可能靠 前）。 知 识 精 讲 一．晶体的基本概念 二、晶 胞 三、晶 系 四、晶体类型 五、空间利用率的计算 六、密度计算 七、晶格能 红宝石 ruby Al O -Cr 2 3 天然石英玻璃矿物 非晶态又称玻璃态 晶体与非晶体的区别 晶体 a.有规则的几何外形； b.有固定的 ； c. 各向异性 导热、光的透射和折射、导电、硬度和压 电性等物理性质，不同方向不同值。 非晶体 既无固定 ，又无规则外形,而且各 向同性。如石蜡、玻璃、沥青树脂等。 晶体的原子呈周期性排列 非晶体的原子不呈周期性排列 玻璃 的 微观结构 是 无序的 晶体的微观空间里原子具有平移性 一．晶体的基本概念 晶体：内部质点有序排列，有固定的几何外形（多面体形 状）和 ，各向异性（不同方向硬度、导电性等不同） ，自范性（在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称 性的多面体的外形）。 非晶体：内部质点无序排列，无固定的几何外形和 ， 各向同性 晶格：组成晶体的质点（原子、分子、离子）以确定位置 的点在空间作规则的排列，这些点群具有一定的几何形状 称为晶格（点阵） 晶格结点：每个质点在晶格中所占有的位置 晶胞：晶格中含有晶体结构中具有代表性的最小重复单位 晶体与晶胞的关系可用蜂巢与峰室的关系比喻 然而，蜂巢是有形的，晶胞是无形的，是人为划定的。 二、晶 胞 （一）晶胞的特征 1、晶胞是晶体微观结构的基本单元。 晶胞无缝隙并置构成宏观晶体 2、晶胞具有平移性 • 晶胞的平移对称 性决定了划定的 晶胞一定是无隙 并置的（相邻晶 胞之间没有空隙， 它们是共顶角、 共面、共棱的； 所有晶胞的取向 都是一致的，即 平行的）。 晶体中的晶胞是无隙并置的 六方晶胞不是六方柱 六方柱的1/3不能同时为 三个晶胞 （它们不具有平移关系） 3、晶胞是人为划定的 金属铜的晶体结构 4 、晶胞是“最小”的重复单元 从晶体的微观结构中可取出最小的重复单元， 它的基本特征是——顶角相同，不能再小。 这四种晶体的晶胞都是立方晶胞，这是指晶胞的 几何形状，不是指晶胞内部的原子的种类、数量 及排列。 同一种晶体可以取不同的晶胞，但习用晶胞有规定，是平行六面体（三维） 和平行四边形（二维） 同一个晶体似乎也可以取不同的习用晶胞 石 墨 的 二 维 晶 胞 举 例 所有晶胞中的原子排列是完全相同的 对于同一种形状，晶胞是体积最小的 二维晶胞的五种类型 晶胞的特征总结 • 习用晶胞都是平行六面体（三维）；平行四边形（二维） • 晶胞的平移性决定了： • 晶体是完全相同的晶胞无隙并置构成的。 • 完全相同：形状相同、大小相同、取向相同； • 化学内容相同、几何内容相同（原子坐标）。 • 无隙并置：相邻晶胞之间没有任何空隙； • 相邻晶胞必定是共棱、共顶、共面的； • 从一个晶胞平移到另一个晶胞是不容旋转的。 • 丧失了平移性，就不成其为晶胞 （二）晶胞的两个要素 晶胞的大小与形状 由晶胞参数a ，b ，c， B C α ，β ，γ表示，a ，b ，c 为 A D 六面体边长，α ，β ，γ 分 别是bc ，ca , ab 所组成的 E F 夹角。 G H （三）晶胞的内容 粒子的种类，数目及它在晶胞中的相对位置 （原子坐标）。 晶胞中原子的坐标 三数组 （x, y , z ）称为原子坐标 定义域：0≤x,y.z ≤ 1 １即是0 ！ 原子坐标 平均每个晶胞的原子个数 0，0，0 8 x ⅛ = 1 ½ ，½ ，½ 1 ½ ，0，½ 2 x ½ = 1 ½ ，0，0 4 x ¼ = 1 2、原子坐标 B C A （1，0，1） A D B （0，0，1） C （0，1，1） E F D （1，1，1） G H E （0，0，0） F （0，1，0） 体心 （1/2，1/2，1/2） G （1，0，0） 下面心（1/2，1/2，0） H （1，1，0） 右面心（1/2，1，1/2） （四）晶胞中的原子计数 1/8 ¼ ½ 1 立方晶胞中实有化学单元(原子、离子或分子)数的确定 晶格点类型 角顶 边 面心 体心 对一个单元晶 1/8 1/4 1/2 1 胞的贡献 六方晶胞中，角顶的贡献为1/6 Cu Z = 4 Z 晶胞中的原子数相当于 化学式的倍数 Na Z = 2 Zn Z = 2 石 C Z= 8 I2 Z = 4 氯化钠的正当晶胞与非正当晶胞 4NaCl 2NaCl 1NaCl 素晶胞与复晶胞（带心晶胞） • 素晶胞中的原子是晶体微观空间中进行 周期性平移的最小集合。称为一个结构 基元 （不要与结构单元或结构单位混同， 结构基元是晶体学术语，结构单元或结 构单位是化学术语）。 • 带心晶胞分体心晶胞、面心晶胞和底心 晶胞。 结构基元 三、晶 系 晶系：根据晶轴长短和夹角的不同，将晶体 分作不同晶系。晶体的分类有七大晶系(布拉维系) ： 棱柱体 棱锥体 棱柱体 棱锥体 立方晶系 四方晶系 a = b = c a = b ≠c α β γ=90 ° α β γ=90 ° 棱柱体 棱锥体 棱柱体 棱锥体 正交晶系 六方晶系 a ≠ b ≠c a = b ≠c 或= c α β γ=90 ° α β =90 °γ=120 ° 单斜晶系 三斜晶系 晶系(菱方晶系) a ≠ b ≠c a ≠ b ≠c a = b = c α γ=90 °β≠ 90 ° α ≠ β ≠ γ ≠ 90 ° α β γ ≠ 90 ° 不同晶系的晶胞参数 立方cubic （c）a=b=c，α β = γ 90o （只有1个晶胞参数a是可变 动的） 四方tetragonal （t）a=b≠c，α β = γ = 90o （有2个晶胞参数a和c） 正交orthorhomic （o ）a≠b≠c，α β = γ = 90o （有3个晶胞参数a、 b和c） 单斜monoclinic(m)a≠b≠c，α= γ = 90o ，β ≠ 90o （有4个晶胞参 数a、b、c和β ） 三斜anorthic （a ）a≠b≠c，α≠β≠γ （有6个晶胞参数a、b、c、α、 β 和γ ） o o 六方hexagonal （h ）a=b≠c，α = β 90 ，γ 120 （有2个晶胞参 数a和c） 菱方rhombohedral （R ）a=b=c，α β = γ （有2个晶胞参数a和α ） 按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。 按带心型式分类，将七大晶系分为14种 型式。例如，立方晶系分为简单立方、体心 立方和面心立方三种型式。 晶系 边长 夹角 晶体实例 立方晶系 a b c α β γ= 900 NaCl 晶系 a b c α β γ≠900 Al O 2 3 四方晶系 a b ≠c α β γ= 900 SnO2 a b ≠c 0 0 AgI 六方晶系 α β= 90 , γ= 120 正交晶系 a≠b≠c α β γ= 900 HgCl2 a≠b≠c 0 0 KClO 单斜晶系 α β= 90 , γ≠ 90 3 三斜晶系 a≠b≠c α≠β≠γ≠ 900 CuSO ·5H O

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