1、實驗2 化合物的晶體結構 一、實驗目的：鞏固化合物晶體結構知識。 二、實驗內容：典型的化合物的晶體結構有：1.    NaCl型結構NaCl晶體結構是如圖6-1所示的立方面心格子，屬立方晶系Fm3m空間群，a0=0.5628nm。陰離子按立方最緊密方式堆積，陽離子充填于全部的八面體空隙中，陰、陽離子的配位數都是6。屬于NaCl型晶體結構的晶體有很多，列于表6-1中。表6-1 NaCl型結構的晶體化合物晶胞參數(nm)化合物晶胞參數(nm)化合物晶胞參數(nm)化合物晶胞參數(nm)NaCl0.5628BaO0.5523NiO0.4168CrN0.4140

2、NaI0.6462CdO0.4700TiN0.4235ZrN0.4610MgO0.4203CoO0.4250LaN0.5275  CaO0.4797MnO0.4435TiC0.4320  SrO0.5150FeO0.4332ScN0.4440  (A) 立方面心格子      (B) 晶胞       (C) 晶胞繪制圖圖2-1 氯化鈉晶體結構2.    CsCl型結構CsCl晶體結構是立方原始格

3、子（圖6-2），屬立方晶系Pm3m空間群，a0=0.411nm。Cl-處于立方原始格子的八個角頂上，Cs+位于立方體中心，陰、陽離子的配位數都是8。屬于CsCl型晶體結構的晶體有CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl。                 圖2-2 CsCl晶體結構             

4、60;  圖2-3 纖鋅礦晶體結構3.   纖鋅礦(a-ZnS)型結構纖鋅礦(a-ZnS)的晶體結構屬立方晶系P63mc空間群，a0=0.382nm，c0=0.625nm，Z=2。在纖鋅礦結構中（圖6-3）， S2-按六方緊密堆積排列，Zn2+充填于1/2的四面體空隙中，陰、陽離子的配位數都是4。屬于纖鋅礦(a-ZnS)型晶體結構的晶體有BeO、ZnO和AlN。4.   閃鋅礦(b-ZnS)型結構閃鋅礦(b-ZnS)的晶體結構屬立方晶系空間群，a0=0.540nm，Z=4。如圖6-4所示的閃鋅礦結構是立方面心格子，S2-位于立方面心的結點位置，Zn2+交錯地分布于

5、立方體內的1/8小立方體的中心，陰、陽離子的配位數都是4。如果將S2-看成是作立方最緊密堆積，則Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。屬于閃鋅礦(b-ZnS)型晶體結構的晶體有b-SiC、GaAs、AlP和InSb。圖2-4 閃鋅礦的晶體結構5.    CaF2型結構螢石的晶體結構如圖6-5所示，屬立方晶系Fm3m空間群，a0=0.545nm，Z=4。Ca2+位于立方面心的結點位置，F-位于立方體內的八個小立方體的中心，Ca2+的配位數是8，F-的配位數是4。在螢石結構中可以將Ca2+看成是作立方緊密堆積，F-充填于全部四面體空隙中，而全部的八面體空隙都沒有被充填，

6、因此，在結構中八個F-離子之間就形成一個“空洞”，這些“空洞”為F-離子的擴散提供了條件。屬于螢石型晶體結構的晶體有BaF2、PbF2、SnF2、CeO2、ThO2和UO2，還有一些晶體的結構與螢石的完全相同，只是陰、陽離子的位置完全互換，如Li2O、Na2O、K2O等。圖2-5 螢石晶體結6.   金紅石(TiO2)型結構金紅石(TiO2)的晶體結構以及結構中TiO八面體鏈的排列示于圖6-6中，金紅石結構屬四方晶系P42/mnm空間群，a0=0.459nm，c0=0.459nm，Z=2。金紅石結構為四方原始格子，Ti4+位于四方原始格子的結點位置，體中心的Ti4+自成另一套四方原始

7、格子，O2-在晶胞中處于一些特定位置上，Ti4+的配位數是6，O2-的配位數是3。金紅石結構中Ti-O八面體以共棱的方式排成鏈狀，晶胞中心的鏈和四角的Ti-O八面體鏈的排列方向相差90°，鏈與鏈之間由Ti-O八面體以共頂相連。如果把O2-看成近似于六方緊密堆積，則Ti4+位于1/2的八面體空隙之中。屬于金紅石型晶體結構的晶體有GeO2、SnO2、PbO2、MnO2、MoO2、NbO2、WO2、CoO2、MnF2、MgF2。            圖2-6 金紅石晶體結構以及結

8、構中Ti-O八面體鏈的排列7.    CdI2型結構CdI2型晶體結構屬于三方晶系空間群，a0=0.424nm，c0=0.684nm，Z=1。Cd2+在單位晶胞中占有六方原始格子的結點位置，I-交叉分布在三個Cd2+形成的三角形中心的上、下方，因此，CdI2結構就相當于兩層I-離子中間夾一層Cd2+離子。Cd2+的配位數是6，I-的配位數是3。屬于CdI2型晶體結構的晶體有Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaI2、MgI2等。圖2-7 CdI2型晶體結構(A)及層狀多面體連接方式(B) 8.    a-方石英型結構

9、a-方石英屬于立方晶系Fd3m空間群，a0=0.713nm，Z=8。如圖6-8所示，a-方石英的晶胞中Si4+占有全部面心立方結點的位置和立方體內相當于八個小立方體中心的四個。每個Si4+都和四個O2-相連，硅氧四面體層與層之間以頂角相連。         圖2-8 a-方石英的晶體結構及結構中硅氧四面體的連接方式9.    剛玉(a-Al2O3)型結構剛玉(a-Al2O3)型晶體結構屬三方晶系空間群，a0=0.514nm，a=55°17，Z=2。如果用六方大晶胞表

10、示，a0=0.475nm，c0=1.297nm，Z=6（圖6-9）。剛玉結構中O2-按六方緊密堆積排列，Al3+充填于2/3的八面體空隙，Al3+在結構中有如圖6-9中所示的三種分布形式。屬于剛玉型晶體結構的晶體有a-Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3等。   圖2-9 剛玉晶體結構（菱面體晶胞）和結構中Al3+的三種不同排列方式10.   鈣鈦礦型結構鈣鈦礦的通式是ABO3，其中A代表一價或二價金屬離子，B代表四價或五價金屬離子。具有鈣鈦礦型晶體結構的主要晶體列于表6-2中，其典型礦物為CaTiO3。CaTiO3在高溫下屬立方晶系Pm3m空間

11、群，a0=0.385nm，Z=1。低于600°C時為正交晶系PCmm空間群，a0=0.537nm，b0=0.764nm，c0=0.544nm，Z=4。CaTiO3結構中Ca2+占有立方面心的角頂位置，O2-處于立方面心的面心位置，所以，CaTiO3結構可以看成是由O2-和半徑較大的Ca2+共同組成立方緊密堆積，Ti4+充填在1/4的八面體空隙中（圖6-10），Ti4+的配位數是6，Ca2+的配位數是12。表2-2 具有鈣鈦礦型結構的主要晶體氧化物(1+5)氧化物(2+4)氧化物(3+3)氧化物(1+2)NaNbO3CaTiO3SrZrO3CaCeO3YAlO3KNgF3KNbO3Sr

12、TiO3BaZrO3BaCeO3LaAlO3KniF3NaWO3BaTiO3PbZrO3PbCeO3LaCrO3KZnF3 PbTiO3CaSnO3BaPrO3LaMnO3  CaZrO3BaSnO3BaHfO3LaFeO3      圖2-10 CaTiO3的晶體結構11.  尖晶石型結構尖晶石的通式是AB2O4，其中A代表二價金屬離子，B代表三價金屬離子，典型晶體是MgAl2O4，其晶體結構以及結構中多面體的連接方式如圖6-11所示，屬立方晶系Fd3m空間群，a0=0.808nm，Z=8。結構中O2-

13、可看成是立方緊密堆積，Mg2+充填于1/8的四面體空隙中，Al3+充填于1/2的八面體空隙中，八面體之間以共棱方式、八面體與四面體之間以共頂方式相連。具有尖晶石型晶體結構的主要晶體列于表6-3中。表2-3具有尖晶石型結構的主要晶體氟、氰化合物氧化物硫化物BeLi2F4TiMg2O4ZnCr2O4CoCo2O4MgAl2O4MnCr2S4MoNa2F4VMg2O4CdCr2O4CuCo2O4MnAl2O4CoCr2S4ZnK2(CN)4MgV2O4ZnMn2O4FeNi2O4FeAl2O4FeCr2S4CdK2(CN)4ZnV2O4MnMn2O4GeNi2O4MgGa2O4FeNi2S4MgK2(CN)4MgCr2O4MgFe2O4TiZn2O4CaGa2O4  FeCr2O4FeFe2O4SnZn2O4MgIn2O4  NiCr2O4CoFe2O4 FeIn2O4