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第二章 材料的晶體結(jié)構(gòu),本章的主要內(nèi)容 晶體學(xué)基礎(chǔ) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 離子晶體的晶體結(jié)構(gòu) 共價晶體的晶體結(jié)構(gòu),1,第一節(jié) 晶體學(xué)基礎(chǔ),一、晶體結(jié)構(gòu)、空間點(diǎn)陣和晶胞 晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（分子、離子）在三維空間的具體排列方式。,2,,空間點(diǎn)陣：由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列。 空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)－陣點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn)，各點(diǎn)周圍環(huán)境相同。 晶格：描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架稱之為晶格。,3,,,4,5,,晶胞：空間點(diǎn)陣中能代表原子排列規(guī)律的最小的幾何單元稱之為晶胞，是構(gòu)成空間點(diǎn)陣的最基本單元?！鼙磉_(dá)晶體結(jié)構(gòu)的最小重復(fù)單位。 換言之：晶胞在三維空間有規(guī)則地重復(fù)排列組成了晶體。,6,,選取原則： 能夠充分反映空間點(diǎn)陣的對稱性； 相等的棱和角的數(shù)目最多； 具有盡可能多的直角； 體積最小。 晶格常數(shù)—點(diǎn)陣常數(shù) 三個棱邊的長度a,b,c及其夾角α,β,γ表示。,7,二、.晶系與布拉菲點(diǎn)陣,1855年,法國學(xué)者布拉維(Bravais)用數(shù)學(xué)方法證明了空間點(diǎn)陣共有且只 能有十四種,并歸納為七個晶系:,1). 三斜晶系 a = b = c , α = β = γ = 90°; 2). 單斜晶系 a = b = c , α = γ = 90° = β; 3). 正交晶系 a = b = c , α = β = γ = 90° ; 4). 六方晶系 a = b = c , α=β= 90°,γ=120°; 5). 菱方晶系 a = b = c , α = β = γ = 90°; 6). 正方晶系 a = b = c , α = β = γ = 90°; 7). 立方晶系 a = b = c , α = β = γ = 90°;,,,,,,,,,,,,,,8,布拉菲空間點(diǎn)陣晶胞,,9,三斜：簡單三斜,單斜：簡單單斜 底心單斜,,,10,正交：簡單正交 底心正交 體心正交 面心正交,,,11,菱方：簡單菱方,六方：簡單六方,,,12,,四方：簡單四方 體心四方,13,立方：簡單立方 體心立方 面心立方,,14,,如：底心正方點(diǎn)陣的表示,15,晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣的區(qū)別,空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，由于各陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同，它只能有14中類型,晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此，實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。,16,晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣的區(qū)別,17,晶體結(jié)和空間點(diǎn)陣的區(qū)別,18,三、晶面指數(shù)和晶相指數(shù) .晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面稱為晶面。,,,19,晶面指數(shù)：表示晶面方位的符號。 標(biāo)定方法： 建立坐標(biāo)系 結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，三棱為方向，點(diǎn)陣常數(shù)為單位 （原點(diǎn)在標(biāo)定面以外，可以采用平移法）； 晶面在三個坐標(biāo)上的截距a1 a2 a3 ； 計(jì)算其倒數(shù) b1 b2 b3 ； 化成最小、整數(shù)比h：k：l ； 放在圓方括號(hkl)，不加逗號，負(fù)號記在上方 。,,20,建立坐標(biāo)系 結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，三棱為方向，點(diǎn)陣常數(shù)為單位 （原點(diǎn)在標(biāo)定面以外，可以采用平移法）； 晶面在三個坐標(biāo)上的截距a1 a2 a3 ； 計(jì)算其倒數(shù) b1 b2 b3 ； 化成最小、整數(shù)比h：k：l ； 放在圓方括號(hkl)，不加逗號，負(fù)號記在上方 。,,晶面指數(shù)：表示晶面方位的符號。,21,晶面指數(shù)特征：與原點(diǎn)位置無關(guān)；每一指數(shù)對應(yīng)一組平行的晶面。平行晶面的晶面指數(shù)相同，或數(shù)字相同，符號相反。,晶面族：原子排列情況相同，但空間位向不同的一組晶面的集合。 表示方法：用花括號{hkl}表示。例如： 可見任意交換指數(shù)的位置和改變符號后的所有結(jié)果都是該族的范圍。,22,晶面指數(shù)的例子,正交點(diǎn)陣中一些晶面的面指數(shù),23,晶向(crystal direction): 在晶格中,任意兩原子之間的連線所指的方向。代表了晶體中原子列的方向。,,24,晶向指數(shù)：表示晶向方位符號。 標(biāo)定方法： 建立坐標(biāo)系 結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，三棱為方向，點(diǎn)陣常數(shù)為單位 ； 在晶向上任兩點(diǎn)的坐標(biāo)(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。(若平移晶向或坐標(biāo)，讓第一點(diǎn)在原點(diǎn)則下一步更簡單)； 計(jì)算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ； 化成最小、整數(shù)比u：v：w ； 放在方括號[uvw]中，不加逗號，負(fù)號記在上方 。,25,晶向指數(shù)的例子,正交晶系一些重要晶向的晶向指數(shù),26,一、晶向與立方晶系晶向指數(shù),晶向族：原子排列情況相同，但空間位向不同的一組晶向的集合。,表示方法：用尖括號表示 。,舉例：,可見任意交換指數(shù)的位置和改變符號后的所有結(jié)果都是該族的范圍。,晶向指數(shù)特征：與原點(diǎn)位置無關(guān)；每一指數(shù)對應(yīng)一組平行方向一致的晶向。若晶體中兩晶向相互平行但方向相反，則晶向指數(shù)中數(shù)字相同而符號相反。,27,,在立方晶系中，具有相同指數(shù)的晶向和晶面相互垂直。,28,,試說明一個面心立方等于一個體心四方結(jié)構(gòu)。 在立方系中繪出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（1 0）晶面。,,29,三、六方晶系晶面與晶向指數(shù),晶系晶向與晶面指數(shù),1、晶面指數(shù)：,建立坐標(biāo)系：在六方晶系中，為了明確的表示晶體底面的(六次)對稱性，底面用互成120度的三個坐標(biāo)軸x1、x2、x3，其單位為晶格常數(shù)a，加上垂直于底面的方向Z，其單位為高度方向的晶格常數(shù)c。注意x1、x2、x3三個坐標(biāo)值不是獨(dú)立的變量。 方法同立方晶系， (hkil)為在四個坐標(biāo)軸的截距倒數(shù)的化簡，自然可保證關(guān)系式h＋k＋I(xiàn)＝0。底面指數(shù)為(0001),側(cè)面的指數(shù)為(1010)。,30,三、六方晶系晶面與晶向指數(shù),晶系晶向與晶面指數(shù),2、晶向指數(shù),標(biāo)定方法：,平移晶向(或坐標(biāo))，讓原點(diǎn)為晶向上一點(diǎn)，取另一點(diǎn)的坐標(biāo)，有:,并滿足p＋q＋r＝0 ；,化成最小、整數(shù)比 u：v：t：w 放在方方括號[uvtw]，不加逗號，負(fù)號記在上方 。,31,六方晶系中，三軸指數(shù)和四軸指數(shù) 的相互轉(zhuǎn)化,三軸晶向指數(shù)(U V W),四軸晶向指數(shù)(u v t w),三軸晶面指數(shù)(h k l),四軸晶面指數(shù)(h k i l),i ＝－ ( h + k ) 。,32,三、六方晶系晶面與晶向指數(shù),晶系晶向與晶面指數(shù),3、晶向族與晶面族,同一族的晶向或晶面也具有等同的效果；,三個水平方向具有等同的效果，指數(shù)的交換只能在他們之間進(jìn)行，Z軸只能改變符號 ；,改變符號時，前三項(xiàng)要滿足p＋q＋r＝0的相關(guān)性要求。,33,三、其他晶體學(xué)概念,,2.晶面的原子密度（面密度） ：該晶面單位面積上的節(jié)點(diǎn)(原子)數(shù)。,1.晶向的原子密度（線密度）：該晶向單位長度上的節(jié)點(diǎn)(原子)數(shù)。,34,,35,晶帶定律的應(yīng)用（1）,晶面1 (h1 k1 l1),晶面2 (h2 k2 l2),,,晶帶軸 (u v w),,,36,晶帶定律的應(yīng)用（2）,晶向1 (u1 v1 w1),晶向2 (u2 v2 w2),,,晶面 (h k l),,,37,晶帶定律的應(yīng)用（3）,晶軸1 (u1 v1 w1),晶軸2 (u2 v2 w2),晶軸3 (u3 v3 w3),若,則,三個晶軸同在一個晶面上,,38,晶帶定律的應(yīng)用（4）,晶面1 (h1 k1 l1),晶面2 (h2 k2 l2),晶面3 (h3 k3 l3),若,則,三個晶面同屬一個晶帶,,39,三、其他晶體學(xué)概念,4.晶面間距：指相鄰兩個平行晶面之間的距離 晶面間的距離越大，晶面上的原子排列越密集。 同一晶面族的原子排列方式相同，它們的晶面間的間距也相同。,40,41,晶面間距（3）,正交晶系,立方晶系,六方晶系,,,,42,,不同晶面族的晶面間距也不相同。 在簡單立方晶胞中 復(fù)雜立方晶胞 其中fcc和bcc晶體中m一般為2，但要具體分析。,43,晶面間距（4）,復(fù)雜晶胞,體心立方,面心立方,密排六方,h + k + l = 奇數(shù),h k l不全為奇數(shù)或者不全為偶數(shù),h + 2k = 3n (n=1,2,3….), l為奇數(shù),,附加面,Dhkl/2,44,三、其他晶體學(xué)概念,,5.兩晶向之間的夾角：,在立方晶系中按矢量關(guān)系，晶向[u1v1w1]與[u2v2w2]之間的夾角滿足關(guān)系：,在立方晶系，晶面之間的夾角也就是為其法線的夾角， 用對應(yīng)的晶向同樣可以求出。,非立方晶系，晶面或晶向之間的夾角可以計(jì)算，但要復(fù)雜許多。,45,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn):以金屬鍵結(jié)合，失去外層電子的金屬離子與自由電子的吸引力。無方向性，對稱性較高的密堆結(jié)構(gòu)。 常見結(jié)構(gòu)：,體心立方 bcc Body-centered cubic 面心立方 fcc Face-centered cubic 密堆六方 cph Close-packed hexagonal,46,一、體心立方,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),原子位置 立方體的八個頂角和體心,47,,常見金屬：釩、鈮、鉭、鉬、鋇、β鈦、α鐵、δ鐵、α鎢,48,體心立方中原子排列,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),在體心立方晶格中密排面為{110}，密排方向?yàn)?49,體心立方中的間隙,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),50,二、面心立方,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),原子位置 立方體的八個頂角和每個側(cè)面中心,51,,常見金屬：銅、銀、金、鋁、鎳、鉛、鐒、γ鐵、γ鈷、δ錳。,52,面心立方中原子排列,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),在面心立方晶格中密排面為{111}，密排方向?yàn)?53,面心立方中的間隙,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),將原子假定為剛性球，他們在堆垛排列時必然存在間隙。在面心立方晶格中存在的間隙主要有兩種形式：,54,三、密堆六方,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),原子位置 12個頂角、上下底心和體內(nèi)3處,55,,常見金屬：鎂、鋅、鎘、α鈦、α鈹、α鈷、鋯,56,密堆六方中的間隙,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),八面體間隙：,位置 體內(nèi) 單胞數(shù)量 6 大小,57,,1、總結(jié)三種常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的特征 2、知道某金屬的晶體結(jié)構(gòu)、密度、原子量求原子半徑。,58,四、面心立方和密堆六方的原子堆垛,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),原子的密排面的形式： 在平面上每個原子與六個原子相切。,hcp中為(0001)面，按 –ABABABABAB-方式堆垛,Fcc中為{111}面， 按 –ABCABCABCABC-方式堆垛,59,在一個層中，最緊密的堆積方式，是一個球與周圍 6 個球相 切，在中心的周圍形成 6 個凹位，將其算為第一層。,60,第二層 對第一層來講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn) 1，3，5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 ),,,,關(guān)鍵是第三層，對第一、二層來說，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。,61,下圖是此種六方 緊密堆積的前視圖,A,第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。,,,,,,,,于是每兩層形成一個周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方緊密堆積。,配位數(shù) 12 。 ( 同層 6，上下層各 3 ),62,,,,63,,,,,,,,此種立方緊密堆積的前視圖,A,第四層再排 A，于是形成 ABC ABC 三層一個周期。 得到面心立方堆積。,配位數(shù) 12 。 ( 同層 6， 上下層各 3 ),64,,,,,,,,,ABC ABC 形式的堆積，為什么是面心立方堆積？ 我們來加以說明。,65,這兩種堆積都是最緊密堆積，空間利用率為 74.05%。,66,五、其他晶體結(jié)構(gòu),第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),將兩個原子為一組，滿足面心立方關(guān)系。,67,五、其他晶體結(jié)構(gòu),第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),側(cè)面原子不在中心,面心正方,三斜,68,六、其他概念,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),同素異晶轉(zhuǎn)變 大部分金屬只有一種晶體結(jié)構(gòu)，但也有少數(shù)金屬如Fe、Mn、Ti、Co等具有兩種或幾種晶體結(jié)構(gòu)，即具有多晶型。當(dāng)外部條件(如溫度和壓力)改變時，金屬內(nèi)部由一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變稱為多晶型轉(zhuǎn)變或同素異晶轉(zhuǎn)變。鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變在熱處理中有非常重大的意義,69,六、其他概念,第二節(jié) 純金屬常見的晶體結(jié)構(gòu),原子半徑 當(dāng)大量原子通過鍵合組成緊密排列的晶體時，利用原子等徑剛球密堆模型，以相切兩剛球的中心距(原子間距)之半作為原子半徑。原子半徑的測量方法是利用X射線來先確定其晶體結(jié)構(gòu)的類型和一些晶面的間距，然后根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)中原子排列的關(guān)系計(jì)算出。,70,,原子的半徑并不是固定不變的，它隨著結(jié)合鍵的類型和外界環(huán)境不同而不同。一般表現(xiàn)規(guī)律為： 1\溫度升高，原子半徑增大； 2\壓力增大，原子半徑減小； 3\原子間結(jié)合鍵愈強(qiáng)，如離子鍵或金屬鍵，原子間距相應(yīng)較小，即原子的半徑也較??； 4\晶體中，原子的配位數(shù)的降低，原子的半徑也隨之減小，在同素異晶轉(zhuǎn)變中，這種改變可減小轉(zhuǎn)變中的體積變化，鐵的面心立方與體心立方晶格之間的變化就是一例。,71,第三節(jié) 離子晶體的結(jié)構(gòu),一、離子晶體的主要特點(diǎn) 硬度高、強(qiáng)度大、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高、熱膨脹系數(shù)小，脆性大、良好的絕緣體、無色透明。,72,二 離子半徑,離子半徑 —— 指從原子核中心到其最外層電子的平均距離 指“離子晶體中正負(fù)離子核間的距離就是正負(fù)離子半徑之和 ?！庇?d 表示 離子半徑：根據(jù)晶體中相鄰正負(fù)離子間的核間距(d)測出的。 d = r+ + r- （有效離子半徑）,73,,(1)格爾德施密特離子半徑 鮑林從有效核電荷和屏蔽常數(shù)推算 （2）鮑林方法：他認(rèn)為離子的大小，取決于最外層電子的分布，正負(fù)離子有相同離子結(jié)構(gòu)時，離子半徑與作用于最外 e 層上的 Z*成反比 R=Cn/(Z-σ)鮑林計(jì)算公式：R1=Cn/(Z-σ) Rw=R1(W)-2/(n-1),74,離子半徑： 離子半徑變化規(guī)律： ? 具有同一電子結(jié)構(gòu)的正負(fù)離子中，負(fù)離子半徑一般比正離子半徑大。rNa+= 98pm, rF- = 133pm ? 同一元素不同價態(tài)的正離子，電荷數(shù)越少的離子半徑越大。rFe2+ rFe3+ ? 同一主族，從上到下，電荷數(shù)相同的離子半徑依次增大。,75,? 同一周期主族元素正離子半徑隨離子電荷數(shù)增大而依次減小。rNa+ rMg2+ rAl3+ ? 周期表中，每個元素與其鄰近的右下角或左上角元素離子半徑接近。即對角線規(guī)則。 rLi+ ? rMg2+ ; rSc3+ ? rZr4+ ; rNa+ ? rCa2+,76,,,77,2、配位數(shù),在離子晶體中，與某一考察離子鄰接的異號粒子數(shù)目。,78,,例如: 若三個負(fù)離子堆積成一個 正三角形, 在空隙中嵌入一個正 離子, 恰好與三個負(fù)離子相切時, 正、負(fù)離子的半徑比最小值為:,79,,配位數(shù):配位數(shù)決定于正負(fù)離子半徑之比.,80,離子的堆積,負(fù)離子堆積成骨架，正離子居于空隙中，形成負(fù)離子配位多面體。 負(fù)離子配位多面體 在離子晶體結(jié)構(gòu)中，與某面體一個正離子成配位關(guān)系而鄰接的各個負(fù)離子中心線所構(gòu)成的,81,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,1.負(fù)離子配位多面體規(guī)則 在離子晶體中，正離子的周圍形成一個負(fù)離子配位多面體; 正負(fù)離子間的平衡距離取決于離子半徑之和; 而正離子的配位數(shù)則取決于正負(fù)離子的半徑比。 這是鮑林第一規(guī)則。,82,,,１、NaCl型 正負(fù)離子配位數(shù)為6，正八面體結(jié)構(gòu)。r+/r-＝0.414—0.732,２、CsCl型 正負(fù)離子配位數(shù)為8，正立方體結(jié)構(gòu)。r+/r-＝0.732—1.00,３、ZnS型 正負(fù)離子配位數(shù)為4，正四面體結(jié)構(gòu)。r+/r-＝0.225—0.414,４、CaF2型 正離子配位數(shù)為8，負(fù)離子配位數(shù)為4。,５、TiO2型 正離子配位數(shù)為6，負(fù)離子配位數(shù)為3。,83,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,將離子晶體結(jié)構(gòu)視為由負(fù)離子配位多面體按一定方式連接而成，正離子則處于負(fù)離子多面體的中央，故配位多面體才是離子晶體的真正結(jié)構(gòu)基元。 離子晶體中，正離子的配位數(shù)通常為4和6，但也有少數(shù)為3，8，12。,84,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,2.電價規(guī)則 在一個穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，每個負(fù)離子的電價Z-等于或接近等于與之相鄰接的各正離子靜電強(qiáng)度S的總和。這就是鮑林第二規(guī)則，也稱電價規(guī)則 S=Z+/n Z-=∑Si= ∑(Z+/n) 決定了一個負(fù)離子被幾個多面體共有,85,,,86,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,3.負(fù)離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則 鮑林第三規(guī)則指出：“在一配位結(jié)構(gòu)中，共用棱特別是共用面的存在，會降低這個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對于電價高，配位數(shù)低的正離子來說，這個效應(yīng)尤為顯著。,87,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,4.不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則 鮑林第四規(guī)則認(rèn)為：“在含有一種以上正負(fù)離子的離子晶體中，一些電價較高，配位數(shù)較低的正離子配位多面體之間，有盡量互不結(jié)合的趨勢?！?88,離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則,5.節(jié)約規(guī)則 鮑林第五規(guī)則指出：“在同一晶體中，同種正離子與同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度地趨于一致。”因?yàn)樵谝粋€均勻的結(jié)構(gòu)中，不同形狀的配位多面體很難有效堆積在一起。,89,典型的離子晶體結(jié)構(gòu),1.AB型化合物結(jié)構(gòu) a.CsCl型結(jié)構(gòu):CsCl型結(jié)構(gòu)是離子晶體結(jié)構(gòu)中最簡單的一種，屬立方晶系簡單立方點(diǎn)陣，Pm3m空間群。CS+和Cl-半徑之比為0.169nm/0.181nm＝0.933，Cl-離子構(gòu)成正六面體，Cs+在其中心，Cs+和Cl-的配位數(shù)均為8，多面體共面連接，一個晶胞內(nèi)含Cs+和Cl-各一個,,90,,b.NaCl型結(jié)構(gòu):自然界有幾百種化合物都屬于NaCl型結(jié)構(gòu)，有氧化物MgO，CaO，SrO，BaO，CdO，MnO，F(xiàn)eO，CoO，NiO；氮化物里TiN，LaN，ScN，CrN，ZrN；碳化物TiC，VC，ScC等；所有的堿金屬硫化物和鹵化物（CsCl，CsBr，Csl除外）也都具有這種結(jié)構(gòu)。,,,91,c.立方ZnS型結(jié)構(gòu):立方ZnS結(jié)構(gòu)類型又稱閃鋅礦型(β- ZnS)，屬于立方晶系，面心立方點(diǎn)陣，F(xiàn)43m空間群，如圖2.34所示。,,,92,d.六方ZnS型結(jié)構(gòu):六方 ZnS型又叫纖鋅礦型，屬六方晶系，P63mc空間群。,,,93,2.AB2型化合物結(jié)構(gòu) a.CaF2(螢石)型結(jié)構(gòu):CaF2屬立方晶系，面心立方點(diǎn)陣，F(xiàn)m3m空間群，其結(jié)構(gòu)如圖所示，正負(fù)離子數(shù)比為1:2。,,,94,b.TiO2型結(jié)構(gòu):金紅石是TiO2的一種穩(wěn)定型結(jié)構(gòu)，屬四方晶系，p*4/m*n*m空間群，其結(jié)構(gòu)如圖所示。,,,95,3.A2B3型化合物結(jié)構(gòu):剛玉為天然a-Al2O3單晶體，呈紅色的稱紅寶石（含鉻），呈藍(lán)色的稱藍(lán)寶石（含鈦）。其結(jié)構(gòu)屬三方晶石，R3C空間群。剛玉性質(zhì)極硬，莫氏硬度9，不易破碎，熔點(diǎn)2050度，這與結(jié)構(gòu)中Al－O鍵的結(jié)合強(qiáng)度密切相關(guān)。屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的化合物還有Cr2O3，a－Fe2O3，a－Ga2O3等。以α-Al2O3為代表的剛玉型結(jié)構(gòu)，是 A2B3型的典型結(jié)構(gòu)。,,96,第四節(jié) 共價晶體的結(jié)構(gòu),元素周期表中Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ族元素、許多無機(jī)非金屬材料和聚合物都是共價鍵結(jié)合。共價晶體的共同特點(diǎn)是配位數(shù)服從8－N法則小為原子的價電子數(shù)，這就是說結(jié)構(gòu)中每個原子都有8－N個最近鄰的原子。,97,,共價晶體的特點(diǎn)：強(qiáng)度高、硬度高、脆性大、熔點(diǎn)高沸點(diǎn)高和揮發(fā)性能低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。導(dǎo)電能力差。,98,,典型的共價晶體結(jié)構(gòu) 金剛石結(jié)構(gòu)：金剛石便是碳的一種結(jié)晶形式。這里，每個碳原子均有4個等距離（0.154nm）的最近鄰原子，全部按共價鍵結(jié)合，符合 8-N規(guī)則。其晶體結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜的面心立方結(jié)構(gòu)，碳原子除按通常的fcc排列外，立方體內(nèi)還有4個原子，它們的坐標(biāo)分別為1/4 1/4 1/4，3/4 3/4 1/4，3/4 1/4 3/4，1/4 3/4 3/4，相當(dāng)于晶內(nèi)其中4個四面體間隙中心的位置。故晶胞內(nèi)共含8個原子。實(shí)際上，該晶體結(jié)構(gòu)可視為兩個面心立方晶胞沿體對角線相對位移1/4距離穿插而成。,99,,,,100,二氧化硅晶體結(jié)構(gòu),,,101,,,180o,,109o28′,,Si,,o,二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)示意圖,,共價鍵,102,