第十章
第十章
晶
晶
体
体
结
结
构
构
10.1 晶体的特征
晶体的特征
10.2 晶体的基本类型及其结构
晶体的基本类型及其结构
10.3 化学键键型和晶体构型的变异
化学键键型和晶体构型的变异
10.4 晶体的缺陷
晶体的缺陷
? 非晶体
非晶体
10.1 晶
晶
体
体
的
的
特
特
征
征
石
石
英
英
钻
钻
石
石
http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/
photos/photos.htm
雪花
雪花
(1) 具有规则的几何外形，而非晶体没有一定的外形
具有规则的几何外形，而非晶体没有一定的外形
(俗称无定形体
俗称无定形体
)。
。
(2) 具有固定的熔点，而非晶体则无固定熔点。
具有固定的熔点，而非晶体则无固定熔点。
(3) 各向异性
各向异性
(anisotropy)，
，
而非晶体显各向同性
而非晶体显各向同性
(isotropy)。
。
? 晶体的特征
晶体的特征
(Left) Quartz is a crystalline form
of silica, SiO
2
, with the atoms in
an orderly network, represented
here in two dimensions.
(Right) When molten silica
solidifies, it becomes glass. Now
the atoms form a disorderly
network.
? 晶面夹角守恒定律：
晶面夹角守恒定律：
晶体学的第一个定律，
晶体学的第一个定律，
17世纪中叶丹麦矿物学家
世纪中叶丹麦矿物学家
Steno发现。
发现。
石英晶体为例，石英晶面的形状大小尽管变化多端，但对应晶面间
石英晶体为例，石英晶面的形状大小尽管变化多端，但对应晶面间
的夹角都相等。即不论哪一种形状的石英晶体，其
的夹角都相等。即不论哪一种形状的石英晶体，其
a面与
面与
b面所成的
面所成的
夹角都相等，
夹角都相等，
b面与
面与
c面，
面，
a面与
面与
c面之间的夹角也相等。
面之间的夹角也相等。
石英晶体的不同外型与晶面石英晶体的不同外型与晶面
? 晶格理论
晶格理论
晶体内部的结构单元
晶体内部的结构单元
(原子、分子、原子团或离子
原子、分子、原子团或离子
)在空间作有
在空间作有
规则的周期性排列。
规则的周期性排列。
(19世纪世纪 Bravais, ΦΦ ?ЛЛ opoB, Shoenflies等提出，等提出， 20世纪初由世纪初由 Laue, Bragg用用 X射线射线
衍射实验直接证明衍射实验直接证明 )
晶格理论把晶体中的每个结晶格理论把晶体中的每个结
构单元构单元 (原子、分子或离子原子、分子或离子 )抽象抽象
为一个点，许多点排成一行直线为一个点，许多点排成一行直线
点阵，行内各点间的距离相等；点阵，行内各点间的距离相等；
许多行直线点阵平行排列而形成许多行直线点阵平行排列而形成
一个平面点阵，各行之间距离也一个平面点阵，各行之间距离也
相同；许多平面点阵平行排列即相同；许多平面点阵平行排列即
形成三维空间点阵，各平面点阵形成三维空间点阵，各平面点阵
间距离也相等。把这些点联结在间距离也相等。把这些点联结在
一起即为一起即为 晶格晶格 ，也叫，也叫 空间格子空间格子 。。
(a)
(b) (c)
点点 阵阵
(a) 直线点阵；直线点阵； (b) 平面点阵，平面格子；平面点阵，平面格子； (c) 空间点阵，空间格子空间点阵，空间格子
? 晶胞与晶胞参数：
晶胞与晶胞参数：
晶胞：
晶胞：
组成晶体的结构单元位于晶格
组成晶体的结构单元位于晶格
的结点上，呈规则的周期性排列，从
的结点上，呈规则的周期性排列，从
中可以划出一个大小形状完全相同的
中可以划出一个大小形状完全相同的
平行六面体，它代表晶体的基本重复
平行六面体，它代表晶体的基本重复
单位，叫作晶胞
单位，叫作晶胞
(unit cell)。
。
晶胞的含义既包括晶格的形式和
晶胞的含义既包括晶格的形式和
大小，也包括位于晶格结点上的微粒。
大小，也包括位于晶格结点上的微粒。
它在空间平移无隙地堆砌而成晶体。
它在空间平移无隙地堆砌而成晶体。
晶胞参数：
晶胞参数：
晶胞的大小和形状可用六
晶胞的大小和形状可用六
面体的
面体的
3个边长
个边长
a, b, c和由
和由
bc, ca, ab所
所
成的
成的
3个夹角
个夹角
α, β, γ来描述，这
来描述，这
6个数
个数
值总称为晶胞参数。它们之间的相互
值总称为晶胞参数。它们之间的相互
关系由晶体内部结构的对称性决定。
关系由晶体内部结构的对称性决定。
晶
晶
胞
胞
按对称性特征的不同，晶体可分为七种晶系
按对称性特征的不同，晶体可分为七种晶系
简单立方简单立方
四方四方
正交正交
三方三方
单斜单斜
三斜三斜 六方六方
7种晶系
种晶系
*
S KClO
3
α = γ =90°β≠ 90°a ≠ b ≠ c单斜
单斜 (Monoclinic)
CuSO
4
·5H
2
Oα≠β≠γ≠ 90°a ≠ b ≠ c三斜三斜 (Triclinic)
Mg AgI
α = β = 90°
γ =120°
a = b ≠ c六方
六方 (Hexagonal)
Bi Al
2
O
3
α = β = γ≠ 90°
α = β = 90°
γ =120°
a = b = c
a = b ≠ c
三方三方
(Rhombohedral)*
I
2
HgCl
2
α = β = γ = 90°a ≠ b ≠ c正交
正交 (Rhombic)
Sn SnO
2
α = β = γ = 90°a = b ≠ c四方
四方 (Tetragonal)
Cu NaClα = β = γ = 90°a = b = c立方立方 (Cubic)
晶体实例晶体实例
夹夹 角角边边 长长晶晶 系系
* 三方晶系的晶系参数可以有两类：一是取菱面体形式如图所示，三方晶系的晶系参数可以有两类：一是取菱面体形式如图所示， 3个边长相等，个边长相等， 3个夹个夹
角相等，但不都相等于角相等，但不都相等于 90°，并小于，并小于 120°；也可以取六方体的形式。它们都具有三重；也可以取六方体的形式。它们都具有三重
对称轴，所以同属三方晶系对称轴，所以同属三方晶系
晶系的
晶系的
14种
种
Bravias空间点阵型式
空间点阵型式
在
在
7中晶系中，立方晶系又可分为
中晶系中，立方晶系又可分为
(1)简单立方、
简单立方、
(2)立方体心、
立方体心、
(3)立方
立方
面心
面心
3种型式，四方晶系分为
种型式，四方晶系分为
(4)四方和
四方和
(5)四方体心
四方体心
2种，正交晶系可分为
种，正交晶系可分为
(6)正
正
交、
交、
(7)正交底心、
正交底心、
(8)正交体心和
正交体心和
(9)正
正
交面心
交面心
4种型式，三方晶系可取
种型式，三方晶系可取
(10)菱
菱
面体三方型式，也可取
面体三方型式，也可取
(11)六方体型式，
六方体型式，
六方和三斜晶系都各有
六方和三斜晶系都各有
1种型式，单斜
种型式，单斜
晶系分为
晶系分为
(12, 14)单斜和
单斜和
(13)单斜底心
单斜底心
2
种。晶系总计共有
种。晶系总计共有
14种空间点阵型式。
种空间点阵型式。
这是
这是
Bravias于
于
1866年从点阵对称性推年从点阵对称性推
论的，所以也叫
论的，所以也叫
Bravias点阵型式。
点阵型式。
(1) (2) (3)
(4) (5)
(6)
(7) (8)
(9)
(10) (11)
(12)
(13)
(14)
? 晶胞中的原子个数及晶胞参数与原子半径的关系：
晶胞中的原子个数及晶胞参数与原子半径的关系：
以
以
Cu为例，立方面心晶胞，其晶胞参数为：
为例，立方面心晶胞，其晶胞参数为：
a = b = c = 0.356 nm, α = β = γ = 90
o
21
4
22
ra a==
如图所示，该立方体中有
如图所示，该立方体中有
8个顶角和
个顶角和
6个面。在顶角上的
个面。在顶角上的
1个
个
Cu
原子实际为相邻的
原子实际为相邻的
8个晶胞所共有，所以对一个晶胞来说平均分摊
个晶胞所共有，所以对一个晶胞来说平均分摊
1/8个，
个，
8个顶角共计分摊
个顶角共计分摊
1个。位于面上的
个。位于面上的
Cu原子为相邻两个晶胞
原子为相邻两个晶胞
所共有，算
所共有，算
1/2个，
个，
6个面共计分摊
个面共计分摊
3个。因此每
个。因此每
个晶胞含
个晶胞含
4个
个
Cu原子。
原子。
原子半径
原子半径
r和晶胞边
和晶胞边
长
长
a的关系为：
的关系为：
所以，
所以，
r = 0.126 nm
4r
Shared by 8
unit cells
Shared by 2
unit cells
? 晶体的
晶体的
X射线衍射谱与
射线衍射谱与
Bragg方程
方程
当波长为
当波长为
λ的
的
X射线射到晶面距离为
射线射到晶面距离为
d的晶体上时，随入射角
的晶体上时，随入射角
θ
的不同可以得到强弱相间的衍射谱图。各种化合物都有特征的衍
的不同可以得到强弱相间的衍射谱图。各种化合物都有特征的衍
射谱。各种晶体的原子、分子种类不同，排列方式不同，
射谱。各种晶体的原子、分子种类不同，排列方式不同，
θ值加强
值加强
峰的规律也不同，由此可以确定晶体结构。
峰的规律也不同，由此可以确定晶体结构。
Bragg方程的推导：
方程的推导：
当一束波长为
当一束波长为
λ的
的
X光以
光以
θ角入射到晶面上时，反射光的光程会
角入射到晶面上时，反射光的光程会
出现差异。当光程差为
出现差异。当光程差为
nλ时，由于光波叠加而出现亮线；当光程差
时，由于光波叠加而出现亮线；当光程差
2d? sinθ= nλ (Bragg方程
方程
)
为
为
nλ/2时，则因光波抵消而出现暗线。
时，则因光波抵消而出现暗线。
光波叠加而
光波叠加而
出现强线的条件为：
出现强线的条件为：
几种化合物的几种化合物的 X射线衍射谱射线衍射谱
NaCl
Al
2
O
3
CuSO
4
?H
2
O
20° 30° 40° 50°
2θ
衍 衍
射 射
强 强
度 度
10.2 晶体的基本类型及其结构
晶体的基本类型及其结构
? 晶体的基本类型：
晶体的基本类型：
1、金属晶体
、金属晶体
2、离子晶体
、离子晶体
3、分子晶体
、分子晶体
4、共价晶体
、共价晶体
? 金属晶体的特征：
金属晶体的特征：
金属键没有方向性，因此每个金属原子周围总是有尽可能多
金属键没有方向性，因此每个金属原子周围总是有尽可能多
的邻接原子紧密堆积在一起，以使体系能量最低。这就导致金属
的邻接原子紧密堆积在一起，以使体系能量最低。这就导致金属
晶体内原子的配位数都较高。周期表中约有
晶体内原子的配位数都较高。周期表中约有
2/3的金属原子是配位
的金属原子是配位
数为
数为
12的密堆积结构。在其它非密堆积结构中，配位数也达到
的密堆积结构。在其它非密堆积结构中，配位数也达到
8，
，
只有极少数为
只有极少数为
6。
。
1、金属晶体
、金属晶体
金
金
属
属
晶
晶
体
体
的
的
剖
剖
面
面
图
图
nucleus &
inner shell e
?
mobile “sea” of e
?
? 金属原子的堆积方式：
金属原子的堆积方式：
(1) 非密置层堆积：如图
非密置层堆积：如图
(a)所示，原子排列方式导致含有较大空
所示，原子排列方式导致含有较大空
隙。常见的有：简单立方和体心立方两种堆积方式。
隙。常见的有：简单立方和体心立方两种堆积方式。
(2) 密置层堆积：如图
密置层堆积：如图
(b)所示，原子按最紧密方式排列，其中每
所示，原子按最紧密方式排列，其中每
个球周围有
个球周围有
6个球，同时有
个球，同时有
6个小空隙。如金属原子各层都是密置
个小空隙。如金属原子各层都是密置
层，它们相互堆积起来就可形成面心立方和六方密堆积结构。
层，它们相互堆积起来就可形成面心立方和六方密堆积结构。
金属等半径圆球在一个平面上的两种排列方式
金属等半径圆球在一个平面上的两种排列方式
(a) 非密置层非密置层 (b) 密置层密置层
a
9简单立方堆积：
简单立方堆积：
整个晶体中每一个金属原子有上下、左右、前后
整个晶体中每一个金属原子有上下、左右、前后
6个最邻近的原
个最邻近的原
子与其相接触，故其配位数为
子与其相接触，故其配位数为
6。晶胞所含原子数
。晶胞所含原子数
1。
。
简单立方晶胞简单立方晶胞
金属原子空间利用率
金属原子空间利用率
(设金属原子间距为
设金属原子间距为
a)：
：
晶胞所含原子数
晶胞所含原子数
× 原子体积
原子体积
———————————— × 100% = = 52%
晶胞体积
晶胞体积
a
3
π(a/2)
3
4
3
空间利用率只
空间利用率只
有
有
52%，是金属中
，是金属中
最不稳定的结构，
最不稳定的结构，
只有少数金属如
只有少数金属如
α-
Po属于这种类型。
属于这种类型。
9体心立方堆积：
体心立方堆积：
各个非密置层相互错位堆积而成。配位数为
各个非密置层相互错位堆积而成。配位数为
8，晶胞所含原子
，晶胞所含原子
数为
数为
2。晶胞各顶点原子彼此不接触，只有沿立方体对角线方向的
。晶胞各顶点原子彼此不接触，只有沿立方体对角线方向的
原子互相接触。
原子互相接触。
金属原子空间利用率：
金属原子空间利用率：
—————— × 100% = 68%
a
3
π(√3 a/4)
3
4
3
2
周期表中碱金属周期表中碱金属
Li, Na, K, Rb, Cs和一和一
些过渡金属些过渡金属 V, Nb, Ta,
Cr, Mn, Fe等等 20多种金多种金
属属于体心立方晶体。属属于体心立方晶体。
9面心立方密堆积：
面心立方密堆积：
密置层按三层一组相互错开，第四层正对着第一层的方式堆积
密置层按三层一组相互错开，第四层正对着第一层的方式堆积
而成。配位数为
而成。配位数为
12，晶胞所含原子数为
，晶胞所含原子数为
4，金属原子空间利用率为
，金属原子空间利用率为
74%。金属晶胞参数
。金属晶胞参数
a与原子半径
与原子半径
r的关系为：
的关系为：
22ar=
Ca, Sr, Pt, Pd, Cu, Ag
等约
等约
50多种金属属于
多种金属属于
面心立方密堆积结构。
面心立方密堆积结构。
A face-centered cubic unit cell for the cubic closest packing of spheres
9六方密堆积：
六方密堆积：
将密置层按二层相互错开第三层正对着第一层的方式堆积而成。
将密置层按二层相互错开第三层正对着第一层的方式堆积而成。
配位数为
配位数为
12，晶胞所含原子数为
，晶胞所含原子数为
2，金属原子空间利用率为
，金属原子空间利用率为
74%。
。
(a) A unit cell is highlighted in heavy black. The atoms that
are part of that cell are in solid color. Note that the unit cell is
a parallelepiped, but not a cube. Three adjoining unit cells are
also shown. The highlighted unit cell and broken-line regions
together show the layering (ABA). (b) The hexagonal prism
showing parts of the shared spheres at the corners and the
single sphere at the center of the unit cell.
Be, Mg, Sc, Ti,
Zn, Cd等金属原等金属原
子属于六方密堆子属于六方密堆
积结构积结构
The hexagonal closest packed crystal structure
Closest packed structures
(a) Spheres in layer A are red. Those in layer B are yellow, and in layer C, blue.
(b) The holes in closest packed structures. The trigonal hole is formed by three
spheres in one of the layers. The tetrahedral hole is formed when sphere in the
upper layer sits in the dimple of the lower layer. The octahedral hole is formed
between two groups of three spheres in two layers.
四面体空隙四面体空隙
八面体空隙八面体空隙
Coordination Number (配位数
配位数
)
比较几种金属原子堆积
比较几种金属原子堆积
7412
六方
六方III 六方密堆积
六方密堆积
7412
面心立方
面心立方II 面心立方密堆积
面心立方密堆积
688
体心立方
体心立方I 体心立方堆积
体心立方堆积
526
简单立方
简单立方
简单立方堆积
简单立方堆积
原子空间利用率
原子空间利用率
%
配位数
配位数
晶格类型
晶格类型
金属原子堆积方式
金属原子堆积方式
(I) 体心立方堆积体心立方堆积
II 面心立方密堆积面心立方密堆积
III 六方密堆积六方密堆积
II
II
II
II
II
II
II
II
IIII
II
III
III
III
III
III III
III
III
III
III III
III
III
III
金属元素的晶体结构
金属元素的晶体结构
9离子晶体的特征
离子晶体的特征
由于离子键没有方向性和饱和性，因此离子在晶体中常常趋向
由于离子键没有方向性和饱和性，因此离子在晶体中常常趋向
于采取尽可能紧密的堆积形式。因负离子的体积一般比正离子大得
于采取尽可能紧密的堆积形式。因负离子的体积一般比正离子大得
多，故负离子的堆积形式对离子晶体的结构起主导作用。最常见的
多，故负离子的堆积形式对离子晶体的结构起主导作用。最常见的
负离子堆积有：面心立方、简单立方和六方等形式。
负离子堆积有：面心立方、简单立方和六方等形式。
2、离子晶体
、离子晶体
Billions of unit cells stack
together to recreate the smooth
faces of the crystal of sodium
chloride seen in this micrograph.
The first inset shows some of
the stacked unit cells. The
second inset identifies the
individual ions. The third inset
(lower right) illustrates the
coordination of an anion to its
six cation neighbors.
面心立方晶胞中的空隙类型
面心立方晶胞中的空隙类型
为使堆积紧密，较小的正离子常
为使堆积紧密，较小的正离子常
处在负离子堆积的空隙之中。这些空
处在负离子堆积的空隙之中。这些空
隙的形状通常有立方体、正八面体和
隙的形状通常有立方体、正八面体和
四面体等类型，它们的相对大小是不
四面体等类型，它们的相对大小是不
同的。
同的。
为降低晶体体系的能量，正离子
为降低晶体体系的能量，正离子
所选择的负离子空隙一般是既要有尽
所选择的负离子空隙一般是既要有尽
可能高的负离子配位数
可能高的负离子配位数
(对同种负离子
对同种负离子
而言，空隙大，配位数也大
而言，空隙大，配位数也大
)，又要使
，又要使
正负离子尽可能接触
正负离子尽可能接触
(相邻正负离子的
相邻正负离子的
核间距离尽可能地短
核间距离尽可能地短
)，故
，故
离子晶体的
离子晶体的
堆积方式与正负离子的半径比有一定
堆积方式与正负离子的半径比有一定
关系。
关系。
Cross section of an
octahedral hole
组成为
组成为
AB型的二元离子化合物晶体的常见堆积类型。负离子
型的二元离子化合物晶体的常见堆积类型。负离子
按简单立方堆积排列，正离子占据由负离子所构成的立方体空隙
按简单立方堆积排列，正离子占据由负离子所构成的立方体空隙
中，整个晶体由正负两种离子穿插排列而成。正负离子配位数都
中，整个晶体由正负两种离子穿插排列而成。正负离子配位数都
是
是
8，记作
，记作
8:8，晶胞中正负离子数各等于
，晶胞中正负离子数各等于
1。
。
? 负离子按简单立方堆积排列
负离子按简单立方堆积排列
(CsCl型
型
)
The cesium chloride unit cell
The Cs
+
is in the center of the cube, with Cl
?
ions at the corners. In reality,
each Cl
?
is in contact with the Cs
+
ion. An alternative unit cell has Cl
?
at
the center and Cs
+
at the corners.
1) NaCl型
型
—— 负离子按面心立方密堆积排布，正离子放在八面
负离子按面心立方密堆积排布，正离子放在八面
体空隙中，整个晶体由正负两种离子穿插排列而成。正负离子配
体空隙中，整个晶体由正负两种离子穿插排列而成。正负离子配
位数都是
位数都是
6，记作
，记作
6:6，晶胞中正负离子数各等于
，晶胞中正负离子数各等于
4。
。
? 负离子按面心立方密堆积排列
负离子按面心立方密堆积排列
The sodium chloride unit cell
For clarity, only the centers of the ions are shown. Oppositely charged
ions are actually in contact. We can think of this structure as an fcc lattice
of Cl
?
ions, with Na
+
ions filling the octahedral holes.
2) 立方
立方
ZnS型
型
—— 负离子按面心立方密堆积排布，正离子则均匀
负离子按面心立方密堆积排布，正离子则均匀
地填充在半数的四面体空隙中，正负离子配位数都是
地填充在半数的四面体空隙中，正负离子配位数都是
4，晶胞中正
，晶胞中正
负离子数也各等于
负离子数也各等于
4。
。
? AB型晶体中
型晶体中
r
+
/r
-
的比值计算：
的比值计算：
例如，
例如，
NaCl型晶胞正八面体空隙正
型晶胞正八面体空隙正
中的正离子能够接触
中的正离子能够接触
6个负离子时最起
个负离子时最起
码的大小。显然
码的大小。显然
r
-
r
-
r
-
r
-
+
4(r
+
+ r
-
)
2
= 2(2r
-
)
2
r
+
/r
-
= 0.414
ZnS, ZnO, HgS,
MgTe, BeO, BeS
0.225-
0.414
4:4
四面体四面体
立方立方 ZnS
型型
大多数碱金属卤大多数碱金属卤
化物，某些碱土化物，某些碱土
金属氧化物，硫金属氧化物，硫
化物化物 (等等 )
0.414-
0.732
6:6
八面体八面体
NaCl型型
II 面心立方面心立方
密堆积密堆积
CaCl, CsBr, CsI,
TlCl, NH
4
Cl
0.732-18:8
立方体立方体
CsCl型型
I 简单立方简单立方
堆积堆积
晶晶 体体 实实 例例r+/r-
正负离子正负离子
配位数配位数
正离子所正离子所
占间隙占间隙
离子晶体离子晶体
类型类型
负离子堆积负离子堆积
方式方式
几种
几种
AB型二元离子晶体
型二元离子晶体
大多数情况下，表中列举的离子晶体结构遵循半径比规则，常常可以通过大多数情况下，表中列举的离子晶体结构遵循半径比规则，常常可以通过
半径比值的计算预测某些物质的结构和配 位数。当然也有例外情况，源于离子半径比值的计算预测某些物质的结构和配 位数。当然也有例外情况，源于离子
极化等原因。此外，当外界条件变化时，离子晶体构型也会有所改变。极化等原因。此外，当外界条件变化时，离子晶体构型也会有所改变。
虽然离子晶体的稳定条件是要求正、负离子尽可能相互接触，
虽然离子晶体的稳定条件是要求正、负离子尽可能相互接触，
配位数尽可能高，但这个条件受到正、负离子半径比的限制，即正
配位数尽可能高，但这个条件受到正、负离子半径比的限制，即正
负离子半径比
负离子半径比
r
+
/r
-
是决定离子晶体结构型式的重要因素。一般而言，
是决定离子晶体结构型式的重要因素。一般而言，
对
对
AB型离子晶体来说：
型离子晶体来说：
r
+
/r
-
= 0.414 ? 0.732，
，
NaCl型结构；
型结构；
r
+
/r
-
> 0.732，
，
CsCl型结构；
型结构；
r
+
/r
-
< 0.414，
，
由于阴离子相互更靠近，排斥力增大，
由于阴离子相互更靠近，排斥力增大，
易转变为配位数低的立方
易转变为配位数低的立方
ZnS型结构。
型结构。
自然界中其它离子晶体类型还有很多：
自然界中其它离子晶体类型还有很多：
AB型晶体中还有六方
型晶体中还有六方
ZnS型；
型；
AB
2
型中还有
型中还有
CaF
2
型，金红石
型，金红石
(TiO
2
)型等；
型等；
ABX
3
型由
型由
CaTiO
3
(钙钛矿型
钙钛矿型
)，
，
CaCO
3
(方解石型
方解石型
)等；
等；
AB
2
X
4
型有
型有
MgAl
2
O
4
(尖
尖
晶石型
晶石型
)，
，
MgFe
2
O
4
(反尖晶石型
反尖晶石型
)等。
等。
分子晶体的特征
分子晶体的特征
—— 处于气相和液相的共价分子在降温凝聚时，
处于气相和液相的共价分子在降温凝聚时，
可通过分子间作用力聚集在一起，形成分子晶体。
可通过分子间作用力聚集在一起，形成分子晶体。
分子晶体的特点是共价分子整齐排列在晶体中，分子内部存在
分子晶体的特点是共价分子整齐排列在晶体中，分子内部存在
较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力或氢键聚
较强的共价键，而分子之间则通过较弱的分子间作用力或氢键聚
集在一起。
集在一起。
3、分子晶体
、分子晶体
(a) 非极性分子非极性分子 (b) 极性分子极性分子
分子晶体示意图
分子晶体示意图
由于分子间作用力没有方向性和饱和性，所以对于那些球形
由于分子间作用力没有方向性和饱和性，所以对于那些球形
和近似球形的分子，通常也采用配位数高达
和近似球形的分子，通常也采用配位数高达
12的最紧密堆积方式
的最紧密堆积方式
组成分子晶体，这样可以使能量降低。
组成分子晶体，这样可以使能量降低。
例如，
例如，
单原子惰性气体
单原子惰性气体
—— 面心或六方密堆积结构；
面心或六方密堆积结构；
氢分子晶体
氢分子晶体
—— 六方密堆积结构；
六方密堆积结构；
HCl, HBr, HI —— 面心立方密堆积结构；
面心立方密堆积结构；
H
2
S, CH
4
——面心立方密堆积结构；
面心立方密堆积结构；
C60 —— 面心立方密堆积结构。
面心立方密堆积结构。
1985年，
年，
H. W. Kroto, R. E. Smalley和
和
B. Curl采用激光加热石墨蒸发
采用激光加热石墨蒸发
并在甲苯中形成碳的团簇，质谱分析意外地发现由
并在甲苯中形成碳的团簇，质谱分析意外地发现由
60个碳原子组成的封
个碳原子组成的封
闭的足球型
闭的足球型
C60分子。由于其奇特的结构和性质，引发了富勒烯研究热潮。
分子。由于其奇特的结构和性质，引发了富勒烯研究热潮。
1996年三人同获诺贝尔化学奖。上图为
年三人同获诺贝尔化学奖。上图为
C60的发现者之一
的发现者之一
R. E. Smalley教
教
授。
授。
C60分子晶体是面心立方密堆积结构，每个立方面心晶胞中含有
分子晶体是面心立方密堆积结构，每个立方面心晶胞中含有
4个
个
C60分子。
分子。
The Nobel Prize in Chemistry 1996
Robert F. Curl Jr. Sir Harold W. Kroto Richard E. Smalley
1933- 1939- 1943-2005
Rice Univ., USA Univ. of Sussex, UK Rice Univ., USA
"for their discovery of fullerenes"
http://nobelprize.org/
CO
2
分子晶体并非面心立方晶胞，
分子晶体并非面心立方晶胞，
而属于简单立方晶胞。
而属于简单立方晶胞。
直线型的共价分子堆积为
直线型的共价分子堆积为
分子晶体时，因有分子取向问
分子晶体时，因有分子取向问
题而不如球形分子堆积紧密。
题而不如球形分子堆积紧密。
例如，
例如，
CO
2
分子晶体中，虽然
分子晶体中，虽然
CO
2
分子好像占据在立方面心
分子好像占据在立方面心
的各个结点上，但只有立方体
的各个结点上，但只有立方体
8个顶角上的分子取向相同，
个顶角上的分子取向相同，
其余分子取向不同，所以不是
其余分子取向不同，所以不是
面心立方晶胞，而实际上是属
面心立方晶胞，而实际上是属
于简单立方晶胞。
于简单立方晶胞。
CO O
(c) CO
2
分子晶体分子晶体
CO
2
分子晶体的晶胞
分子晶体的晶胞
H
2
O
在冰的结构中，因
在冰的结构中，因
O的配位数是
的配位数是
4，每一个
，每一个
O原子周围有
原子周围有
4个
个
H
原子：其中
原子：其中
2个
个
H是共价结合，另外
是共价结合，另外
2个
个
H离得稍远，是氢键结合。
离得稍远，是氢键结合。
由此形成一个有很多空洞的结构，从而使冰的密度小于水。所以
由此形成一个有很多空洞的结构，从而使冰的密度小于水。所以
冰是浮在水面上的。
冰是浮在水面上的。
有机化合物晶体大多是分子晶体，其堆积比较复杂，
有机化合物晶体大多是分子晶体，其堆积比较复杂，
取决于分子的形状和大小。蛋白质和核酸也可培养出晶
取决于分子的形状和大小。蛋白质和核酸也可培养出晶
体。
体。
分子晶体的熔点和沸点都较低，硬度较小，不导电，
分子晶体的熔点和沸点都较低，硬度较小，不导电，
是绝缘体。
是绝缘体。
金属晶体、离子晶体和分子晶体是通过没有方向
金属晶体、离子晶体和分子晶体是通过没有方向
性和饱和性的金属键、离子键和分子间作用力使质点
性和饱和性的金属键、离子键和分子间作用力使质点
聚集在一起的，为了使晶体稳定，各类质点一般都趋
聚集在一起的，为了使晶体稳定，各类质点一般都趋
向于紧密排列而具有较大的配位数。
向于紧密排列而具有较大的配位数。
共价晶体的特征
共价晶体的特征
—— 共价晶体中的晶格质点是中性原子，原子与
共价晶体中的晶格质点是中性原子，原子与
原子间以共价键相结合，组成一个由
原子间以共价键相结合，组成一个由
“无限
无限
”数目的原子构成的大
数目的原子构成的大
分子，整个晶体就是一个巨大的分子。
分子，整个晶体就是一个巨大的分子。
4、共价晶体
、共价晶体
The structure of diamond. Each dot represents the location of the center of a
carbon atom. Each atom forms an sp
3
hybrid covalent bond to each of its four
neighbors.
The diamond structure
(a) A portion of the Lewis structure.
(b) Crystal structure. Each carbon atom is bonded to four others in a tetrahedral
fashion. The segment of the entire crystal shown here is a unit cell.
金刚石的面心立方晶胞
金刚石的面心立方晶胞
金刚石的配位数为
金刚石的配位数为
4，空间利用率为
，空间利用率为
34%。
。
金刚石是自然界中
金刚石是自然界中
硬度最大、熔点最
硬度最大、熔点最
高
高
(3750°C)的固体。
的固体。
石英
石英
(SiO
2
)结构中
结构中
Si和
和
O以共价键相结合。
以共价键相结合。
每一个
每一个
Si原子周围有
原子周围有
4个
个
O原子排列成以
原子排列成以
Si为中心的正四面体，许许多多的
为中心的正四面体，许许多多的
Si-O
四面体通过
四面体通过
O原子相互联结而形成巨型
原子相互联结而形成巨型
分子。右下图为
分子。右下图为
SiO
2
的面心立方晶胞。
的面心立方晶胞。
鳞鳞
石石
英英
方方
石石
英英
晶晶
胞胞
? 表示
表示
Si原子
原子
Ο 表示表示 O原子原子
共价晶体的主要特点：
共价晶体的主要特点：
原子间不再以紧密堆积为特征，与金属晶体相比，其空间利
原子间不再以紧密堆积为特征，与金属晶体相比，其空间利
用率低得多
用率低得多
(如金刚石的空间利用率只有
如金刚石的空间利用率只有
34％，配位数只有
％，配位数只有
4)。它
。它
们之间是通过具有方向性和饱和性的共价键相联结，特别是通过
们之间是通过具有方向性和饱和性的共价键相联结，特别是通过
成键能力很强的杂化轨道重叠成键使它们的键能接近
成键能力很强的杂化轨道重叠成键使它们的键能接近
400 kJ?mol
?1
。
。
共价晶体虽是低配位数、低密度构型，但因为晶体中原子通
共价晶体虽是低配位数、低密度构型，但因为晶体中原子通
过很强的共价键相联结，因此熔点高、硬度大。
过很强的共价键相联结，因此熔点高、硬度大。
这种晶体中不含离子和自由电子，一般不导电。与碳同族的
这种晶体中不含离子和自由电子，一般不导电。与碳同族的
Ge和
和
Si晶体亦是立方晶系并具有金刚石结构。但它们的分子轨道
晶体亦是立方晶系并具有金刚石结构。但它们的分子轨道
能量间隔远小于金刚石，它们的导电性处于绝缘体和金属之间，
能量间隔远小于金刚石，它们的导电性处于绝缘体和金属之间，
是半导体。
是半导体。
良良良良
一般较一般较
大大 ,部部
分低分低
一般较高一般较高 ,
部分较低部分较低
多数是密堆积多数是密堆积
配位数配位数 ≥≥ 6
金属键金属键
金属正金属正
离子离子
金属晶体金属晶体
绝缘体绝缘体
(半导体半导体 )
差差大大高高
空间利用率和配空间利用率和配
位数最低位数最低
共价键共价键原子原子共价晶体共价晶体
绝缘体绝缘体
(极性分子水极性分子水
溶液能导电溶液能导电 )
差差小小低低
多数是密堆积多数是密堆积
(氢键结合例外氢键结合例外 )
分子间作分子间作
用力或氢用力或氢
键键
分子分子 (极极
性或非性或非
极性极性 )
分子晶体分子晶体
绝缘体绝缘体
(熔融态或水熔融态或水
溶液导电溶液导电 )
差差较大较大较高较高
多数负离子是密多数负离子是密
堆积构型，但受堆积构型，但受
r+/r-限制正离子限制正离子
填入大小不同的填入大小不同的
空隙中空隙中
离子键离子键
正、负正、负
离子离子
离子晶体离子晶体
延展性延展性硬 度硬 度
导电性导电性
物理性质物理性质
熔、沸点熔、沸点
质点在晶体中质点在晶体中
堆积情况堆积情况
质点间作质点间作
用力用力
晶体中晶体中
的质点的质点
晶体基本晶体基本
类型类型
晶体的基本类型和性质
晶体的基本类型和性质
10.3 化学键键型和晶体构型的变异
1、键型和晶型的变化
、键型和晶型的变化
石墨晶体中既有共价
石墨晶体中既有共价
键又带有金属键性质，而
键又带有金属键性质，而
层间结合则依靠分子间作
层间结合则依靠分子间作
用力。所以是一种十分典
用力。所以是一种十分典
型的混合键型单质晶体。
型的混合键型单质晶体。
在多数晶体的原子之间存在着一系列过渡性键型，从而产生
在多数晶体的原子之间存在着一系列过渡性键型，从而产生
一系列过渡性的晶型。下表中三角形的底边表示第三周期各元素
一系列过渡性的晶型。下表中三角形的底边表示第三周期各元素
从左到右单质的键型和晶型变化情况。除三个顶点之外，其它化
从左到右单质的键型和晶型变化情况。除三个顶点之外，其它化
合物和单质晶体都或多或少含有其它的键型成分，而且是依次逐
合物和单质晶体都或多或少含有其它的键型成分，而且是依次逐
渐变化的过渡性键型。
渐变化的过渡性键型。
一些晶体中键型变化趋势
一些晶体中键型变化趋势
周期表中左边一大片金属单质都是典型的金属晶体。周期表右上角
周期表中左边一大片金属单质都是典型的金属晶体。周期表右上角
的非金属单质则是典型的双原子分子晶体，还包括稀有气体单原子分子
的非金属单质则是典型的双原子分子晶体，还包括稀有气体单原子分子
晶体。而表中阴影区单质的晶型则比较复杂，其结构除骨架状的金刚石
晶体。而表中阴影区单质的晶型则比较复杂，其结构除骨架状的金刚石
型是典型的原子晶体以外，还有环状、链状和层状的，其晶体键型明显
型是典型的原子晶体以外，还有环状、链状和层状的，其晶体键型明显
处于过渡状态。
处于过渡状态。
金属和非金属单质的晶体结构
金属和非金属单质的晶体结构
第三周期元素氯化物及氧化物键型与晶型变化情况
第三周期元素氯化物及氧化物键型与晶型变化情况
分子晶体分子晶体
共价键共价键
16.9
SO
3
分子晶体分子晶体
共价键共价键
?56
(SF
6
)
分子晶体分子晶体
共价键共价键
?91.5
Cl
2
O
7
分子晶体分子晶体原子晶体原子晶体离子晶体离子晶体离子晶体离子晶体离子晶体离子晶体晶体结构晶体结构
共价键共价键共价键共价键离子键离子键离子键离子键离子键离子键化学键型化学键型
24170020272802920熔点熔点 /°C
P
2
O
3
SiO
2
Al
2
O
3
MgONa
2
O
离子晶体离子晶体 *
分子晶体分子晶体过渡型过渡型离子晶体离子晶体离子晶体离子晶体晶体结构晶体结构
共价键共价键共价键共价键过渡型过渡型离子键离子键离子键离子键化学键型化学键型
166?68193714801熔点熔点 /°C
PCl
5
SiCl
4
AlCl
3
MgCl
2
NaCl
* PCl
5
固态为离子晶体：固态为离子晶体： [PCl
4
+
][PCl
6
?
]。。
单质晶体键型变化的根本原因，在于周期表各元素
单质晶体键型变化的根本原因，在于周期表各元素
原子电子结构和性质上的差别。
原子电子结构和性质上的差别。
金属原子电离能较低，电子容易离域，离域电子可
金属原子电离能较低，电子容易离域，离域电子可
在较大范围内活动便形成金属键。
在较大范围内活动便形成金属键。
周期表中从左向右，因原子电负性递增，电子受核
周期表中从左向右，因原子电负性递增，电子受核
的束缚力逐渐增大，电子定域性质增加而过渡为由两个
的束缚力逐渐增大，电子定域性质增加而过渡为由两个
原子共享电子形成共价键。元素单质也由共价大分子过
原子共享电子形成共价键。元素单质也由共价大分子过
渡到共价小分子。
渡到共价小分子。
2、键型和晶型变化的根源
、键型和晶型变化的根源
—— 离子极化现象
离子极化现象
离子键的理想情况是离子的电子云分布呈球形对称。实际上，离子
离子键的理想情况是离子的电子云分布呈球形对称。实际上，离子
在周围异电荷离子电场的作用下被诱导极化或多或少也会发生电子云变
在周围异电荷离子电场的作用下被诱导极化或多或少也会发生电子云变
形而偏离原来的球形分布，这一现象称为
形而偏离原来的球形分布，这一现象称为
离子的极化
离子的极化
。
。
离子极化后，电子云较多地分布在正、负离子之间，增加了键的共价
离子极化后，电子云较多地分布在正、负离子之间，增加了键的共价
性成分。随着离子极化程度增大，离子键也逐渐向共价键过渡。在严重
性成分。随着离子极化程度增大，离子键也逐渐向共价键过渡。在严重
极化情况下，离子键实际上已经转化为共价键了。
极化情况下，离子键实际上已经转化为共价键了。
实际上理想的离子
实际上理想的离子
键是不存在的，所
键是不存在的，所
谓离子化合物，只
谓离子化合物，只
不过是指其键型基
不过是指其键型基
本上是离子键而已。
本上是离子键而已。
+
+ +
+
?
?
?
?
理想离子键理想离子键 基本上是离子键基本上是离子键 过渡键型过渡键型 基本上是共价键基本上是共价键
(无极化无极化 ) (轻微极化轻微极化 ) (较强极化较强极化 ) (强烈极化强烈极化 )
离子极化示意图
离子极化示意图
? 离子的变形性：
离子的变形性：
离子在外电场作用下电子云变形的能力，主要决定于离子的
离子在外电场作用下电子云变形的能力，主要决定于离子的
核电荷对外层电子吸引的紧密程度和外层电子数目。
核电荷对外层电子吸引的紧密程度和外层电子数目。
一般说来，离子半径越大，变形性也越大；负离子价数越高，
一般说来，离子半径越大，变形性也越大；负离子价数越高，
变形性越大；正离子价数越高，变形性越小；通常负离子变形性
变形性越大；正离子价数越高，变形性越小；通常负离子变形性
比正离子大得多。
比正离子大得多。
离子的变形性可用极化率表述，可通过测量离子的摩尔折射
离子的变形性可用极化率表述，可通过测量离子的摩尔折射
度求得，它代表在有效电场强度下，离子电子云变形的能力。
度求得，它代表在有效电场强度下，离子电子云变形的能力。
? 离子的极化能力：
离子的极化能力：
离子对周围离子所施加的电场强度。一般对外层电子构型相
离子对周围离子所施加的电场强度。一般对外层电子构型相
同的离子而言，半径越小，电价越高的离子，极化能力越大。
同的离子而言，半径越小，电价越高的离子，极化能力越大。
离子极化能力与
离子极化能力与
Z/r
2
成正比。其中
成正比。其中
Z代表离子的电荷数，
代表离子的电荷数，
r是离
是离
子半径
子半径
(pm)，
，
Z/r
2
常称为离子势
常称为离子势
。
。
通常负离子的变形性高于正离子，而正离子的极化能力高于
通常负离子的变形性高于正离子，而正离子的极化能力高于
负离子。因此考虑离子极化时，主要是考虑正离子对负离子的极
负离子。因此考虑离子极化时，主要是考虑正离子对负离子的极
化。
化。
离子的变形性与极化能力的变化
离子的变形性与极化能力的变化
离子半径减小：正价数增加，变形性减小，极化力增加；离子半径减小：正价数增加，变形性减小，极化力增加；
阴离子负价数减小，变形性减小，极化力减小阴离子负价数减小，变形性减小，极化力减小
Ce
4+
0.009
(3.92)
La
2+
1.16
(2.27)
Ba
2+
1.72
(1.10)
Cs
+
2.69
(0.35)
I
?
0.009
(0.214)
Te
2+
0.009
(0.409)
Zr
4+
---
(6.25)
Y
3+
0.61
(3.47)
Si
2+
096
(1.57)
Rb
+
1.56
(0.457)
Br
?
5.31
(0.263)
Se
2?
11.7
(0.51)
Ti
4+
0.206
(8.65)
Sc
3+
0.318
(4.57)
Ca
2+
0.52
(2.04)
K
+
0.923
(0.565)
Cl
?
0.009
(0.305)
S
2?
0.009
(0.591)
Si
4+
0.009
(23.8)
Al
3+
0.009
(12)
Mg
2+
0.009
(4.73)
Na
2+
0.009
(1.11)
F
?
1.16
(0.541)
O
2?
4.32
(1.02)
B
3+
0.0033
(75)
Be
2+
0.009
(20.8)
Li+
0.034
(2.78)
离子半径增加，变形性增加，极化能力减小离子半径增加，变形性增加，极化能力减小
极化率极化率
(离子势离子势 )
离子的电子构型也是影响离子极化能力和离子变形性的重要
离子的电子构型也是影响离子极化能力和离子变形性的重要
因素。
因素。
与具备稀有气体结构的离子
与具备稀有气体结构的离子
(如碱金属、碱土金属等
如碱金属、碱土金属等
)相比，
相比，
最外层含有
最外层含有
d
n
电子的过渡金属离子具有显著的极化能力和变形性。
电子的过渡金属离子具有显著的极化能力和变形性。
原因是
原因是
d
n
电子未能完全屏蔽相应的核电荷，使作用于周围负离子
电子未能完全屏蔽相应的核电荷，使作用于周围负离子
的有效核电荷增加，从而这种离子的极化力增加。同时，因有
的有效核电荷增加，从而这种离子的极化力增加。同时，因有
d
n
电子最外层电子数目较多，离子变形性也增大了。
电子最外层电子数目较多，离子变形性也增大了。
例如，
例如，
d
10
型的
型的
Ag
+
, Cu
+
, Zn
2+
, Hg
2+
等正离子就是一方面极化
等正离子就是一方面极化
能力大，同时变形性也大，它们和负离子作用时，两种因素同时
能力大，同时变形性也大，它们和负离子作用时，两种因素同时
起作用而相互加强，产生非常强烈的极化作用力。
起作用而相互加强，产生非常强烈的极化作用力。
离子极化对
离子极化对
AgX晶体结构的影响
晶体结构的影响
ZnS型型NaCl型型NaCl型型
晶体类型晶体类型
共价键共价键过渡型键过渡型键离子键离子键键型键型
333294 309246(r
+
+r
-
)*/pm
281277 289246实验值实验值 r
0
/pm
AgIAgCl AgBrAgF
离子极化显著影响晶体结构，它加强了正负离子间的作用力，使
离子极化显著影响晶体结构，它加强了正负离子间的作用力，使
共价键成分增加。从
共价键成分增加。从
AgF到
到
AgI，
，
其中正负离子间距离
其中正负离子间距离
r
o
越来越短
越来越短
于正、负离子半径之和，这是由于正、负离子极化逐渐加强，键
于正、负离子半径之和，这是由于正、负离子极化逐渐加强，键
型向共价键过渡的原因。
型向共价键过渡的原因。
由于由于 Ag
+
为为 d
10
电子结电子结
构，它与较大体积构，它与较大体积
的的 I
?
能相互产生特别能相互产生特别
强的极化作用，晶强的极化作用，晶
体构型可由配位数体构型可由配位数
为为 6的的 NaCl型变为配型变为配
位数为位数为 4的的 ZnS型。型。
电负性差值与单键离子性百分数之间关系
电负性差值与单键离子性百分数之间关系
923.2
893.0632.0221.0
862.8551.8150.8
822.6471.690.6
762.4391.440.4
702.2301.210.2
离子性
离子性
%X
A
? X
X
离子性
离子性
%X
A
? X
X
离子性
离子性
%X
A
? X
X
由表可知，相应于电负性差值为
由表可知，相应于电负性差值为
1.7的键，约具有
的键，约具有
50%的离子性。以此为
的离子性。以此为
标准，当知道某化合物中元素原子电负性的差值，即可粗略估计该化合
标准，当知道某化合物中元素原子电负性的差值，即可粗略估计该化合
物的离子性百分数。以电负性差
物的离子性百分数。以电负性差
1.7为界，小于该值时，可认为是共价性
为界，小于该值时，可认为是共价性
或接近共价性的化合物；大于该值时，可看成是离子性或接近离子性的
或接近共价性的化合物；大于该值时，可看成是离子性或接近离子性的
化合物。
化合物。
Percent ionic character of a chemical bond as a
function of electronegativity difference
Percent Ionic Character
离子键和共价键只离子键和共价键只
是两种极端情况，是两种极端情况，
在这两种键型之间在这两种键型之间
并没有明显的界限。并没有明显的界限。
周期表左右两端的周期表左右两端的
元素由于电负性相元素由于电负性相
差很大，它们以离差很大，它们以离
子键结合生成典型子键结合生成典型
离子晶体；而周期离子晶体；而周期
表中间部分的元素，表中间部分的元素，
由于原子间电负性由于原子间电负性
差别不大，形成的差别不大，形成的
化合物多为过渡性化合物多为过渡性
键型。键型。
根据各个原子结构和性质的特征以及它们相互之
间不同的作用，原子间除了能产生 3种典型的化学键以
外，还能形成各种形式的过渡键型，组成了多种多样
键型 (或晶型 )变异的化合物。由此使各种物质具有千
差万别的性质，构成了内容极其丰富的大自然。
10.4 晶体的缺陷
晶体的缺陷
? 非晶体
非晶体
1、
、
晶体缺陷的产生：
晶体缺陷的产生：
(1) 由于粒子离开正常位置去占领一个间隙位置而产生。
由于粒子离开正常位置去占领一个间隙位置而产生。
(a) 完美晶体完美晶体 (b) 间隙的银原子间隙的银原子
AgBr晶体的缺陷示意图
晶体的缺陷示意图
(2) 由于少量其它原子或离子掺入晶格而产生。
由于少量其它原子或离子掺入晶格而产生。
(a) 理想晶体理想晶体 (b) 多电子多电子 (c) 缺电子缺电子
晶体硅的多电子和缺电子状况示意图
晶体硅的多电子和缺电子状况示意图
可活动电子可活动电子 正电空穴正电空穴
2、非晶体
、非晶体
(无定形固体
无定形固体
)
组成非晶体的微粒的空间排列杂乱无章，因此不能像晶体那样
组成非晶体的微粒的空间排列杂乱无章，因此不能像晶体那样
产生特定的晶面，而显得无一定的形状。就此而言，非晶体颇像液
产生特定的晶面，而显得无一定的形状。就此而言，非晶体颇像液
体，所以也可以把非晶体看作
体，所以也可以把非晶体看作
“过冷的液体
过冷的液体
”。
。
玻璃是典型的非晶体。金属和合金在某些特定条件下，也可以
玻璃是典型的非晶体。金属和合金在某些特定条件下，也可以
变成非晶态，称为金属玻璃。实验室常见的物质，如活性炭、硅胶
变成非晶态，称为金属玻璃。实验室常见的物质，如活性炭、硅胶
以及
以及
γ-Al
2
O
3
等也是无定形构体，它们只是在若干纳米的微小尺度
等也是无定形构体，它们只是在若干纳米的微小尺度
内有序，由这些极小微粒堆砌而成的多孔结构具有很高的比表面，
内有序，由这些极小微粒堆砌而成的多孔结构具有很高的比表面，
在工业上或实验室中广泛用作吸附剂和催化剂的载体。
在工业上或实验室中广泛用作吸附剂和催化剂的载体。
一些有机化合物，如橡胶、塑料、沥青、石蜡、高分子聚苯乙
一些有机化合物，如橡胶、塑料、沥青、石蜡、高分子聚苯乙
烯等聚合固体也都是非晶态。
烯等聚合固体也都是非晶态。
X射线衍射证明，玻璃是长程无序只短程有序，而且像液体一样，
射线衍射证明，玻璃是长程无序只短程有序，而且像液体一样，
它们具有一定的流动性，只是在室温下流动的速率非常慢，可能
它们具有一定的流动性，只是在室温下流动的速率非常慢，可能
在几年之后才有显著的变化。
在几年之后才有显著的变化。
(a) (b) (c)
比较石英
比较石英
(a)、
、
石英玻璃
石英玻璃
(b)和多组分玻璃
和多组分玻璃
(c)的二维图像
的二维图像
阳离子阳离子 M
3
阳离子阳离子 M
2
阳离子阳离子 M
1
? 氧氧
硅硅
非晶态有序程度增大便向微晶过渡，微晶是介于非晶态和晶
非晶态有序程度增大便向微晶过渡，微晶是介于非晶态和晶
态之间的物质。它们是
态之间的物质。它们是
“近程有序
近程有序
”，即在很小的范围内微粒作有
，即在很小的范围内微粒作有
规则排列，因此可以把它们看作由许多微小晶体组成的。很多物
规则排列，因此可以把它们看作由许多微小晶体组成的。很多物
质在结晶不好的情况下都能形成微晶。
质在结晶不好的情况下都能形成微晶。
3、微
、微
晶
晶
第十三章
第十三章
晶体结构
晶体结构
(习题
习题
)
第二版：
第二版：
13.3, 13.6, 13.7, 13.13.
第三版：
第三版：
13.3, 13.8, 13.9, 13.13.
请于
请于
05-12-14交。
交。
感谢参与，欢迎赐教。
感谢参与，欢迎赐教。
