高中化学奥林匹克竞赛辅导
晶体结构
【学习要求】
晶胞中原子数或分子数的计算及化学式的关系（均摊法）。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(CaF2)、金刚石、石墨、硒、冰、干冰、尿素、金红石、钙钛矿、钾、镁、铜等。点阵的基本概念。
一、晶胞中粒子数目的计算——均摊法
基本思路：晶胞任意位置上的一个微粒如果被n个晶胞所共有，则每个晶胞对这个微粒分得的份
1额就是。
n
（1）立方体晶胞中不同位置的粒子数的计算：
a.微粒位于立方体顶点，该微粒为8个晶胞所共有，则1/8微粒属于该晶胞； b.微粒位于立方体棱上，该微粒为4个晶胞所共有，则1/4微粒属于该晶胞； c.微粒位于立方体面上，该微粒为2个晶胞所共有，则1/2微粒属于该晶胞； d.微粒位于立方体内部，该微粒为1个晶胞所共有，则整个微粒属于该晶胞； 如NaCl的晶胞结构如下：
＋－
则由均摊法计算，一个NaCl晶胞中含4个Na，4个Cl。 （2）非立方体晶胞中不同位置的粒子数的计算，如三棱柱：
二、离子晶体的结构类型 晶体结构 每个晶胞单元数 4个NaCl单元 配位数 Na的配位数为6 —Cl的配位数为6 + 1个CsCl单元 Cs+的配位数为8 —Cl的配位数为8 1
4个ZnS单元 Zn2+的配位数为4 S2—的配位数为4 2个ZnS单元 Zn2+的配位数为4 S2—的配位数为4 4个CaF2单元 Ca2+的配位数为8 —F的配位数为4 2个TiO2单元 Ti4+的配位数为6 O2—的配位数为3 离子晶体的结构类型主要由离子的电荷比（决定数量比）和半径大小比（决定配位数）决定，离子的电子组态在一定程度上也会影响它的晶体结构，这三个性质综合起来还会决定离子键的共价性成分，后者过分强烈时，将使离子晶体转变为原子晶体，其间存在离子晶体到原子晶体的过渡型。
－
离子半径比r+/r与配位数和晶体构型的关系 －半径比r+/r 阳离子配位数 晶体构型 实例 4 0.225—0.414 ZnS型 ZnS、ZnO、BeO、CuCl 6 0.414—0.732 NaCl型、TiO2型 NaCl、CaO、MgO、BaS 8 0.732—1.000 CsCl型、CaF2型 CsCl、CaF2、NH4Cl、TlCl
三、金属晶体的堆积方式 堆积方式 每个晶胞原子数 2个金属原子 配位数 6 空间利用率 52.33% 简单立方堆积 2个金属原子 8 67.98% 体心立方堆积
2
4个金属原子 12 74.02% 面心立方最密堆积 6个金属原子 12 74.02% 六方最密堆积
四、原子晶体
1.金刚石、晶体硅的结构：
金刚石的晶体结构如下图所示，
每个碳原子以sp杂化与相邻的4个碳原子形成4个共价键，把晶体内所有的C原子连结成一个整体，形成空间网状结构，这种结构使金刚石具有很大的硬度和熔沸点。由金刚石晶胞得，在一个金刚石晶胞中，含有8个C原子。
晶体硅具有金刚石型的结构。只需将金刚石中的C原子换成Si原子即得到硅的结构。
常见的原子晶体有：金刚石(C)、晶体硅(Si)、SiO2、SiC、Si3N4、晶体硼(B)、晶体锗(Ge)、 氮化硼(BN)等。 2.SiO2的结构:
在每个Si—Si键中插入1个O原子，即得到SiO2的晶体结构，如下图所示，每个Si原子与4个氧原子形成1个Si—O四面体，Si原子配位数为4，O原子配位数为2.
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