§2-6 无机非金属化合物常见晶体结构 - 图文(6)

2020-04-14 23:33

CsCl(NaCl、ZnS)的原子排列

离子键结合的陶瓷晶体结构---NaCl型

NaCl可以看成由两个面心立方点阵穿插而成的超点阵

将Na+和Cl-看成一个集合体,即一个结点,此结构则为FCC结构,单胞离子数为4个Na+和4个Cl-

AmXp型离子键结合的陶瓷晶体结构

并非所有的二元化合物都有相等的A原子和X原子(离子)如氟化钙(CaF2)型结构AX2的ZrO2及UO2,ThO2,CeO2以及Al2O3结构的Al2O3及Cr2O3,α-Fe2O3,Ti2O3,V2O3。CaF2型结构中A原子具有面心立方点阵,X原子占据4个A原子之间的间隙位置,相邻的X原子并不接触

如Al2O 3及Cr2O3,α-Fe2O3,Ti2O3,V2O3的结构

Al2O3又称刚玉,工业中运用广泛,如刀具,火花塞、金刚砂磨轮,耐酸泵和印刷线路的衬底的以及排气系统中催化剂支架的高温材料

Al2O3结构中O2-离子具有密排六方的结构,O2-位于密排六方的结点上,为保持电荷平衡,三分之二的八面体间隙被Al3+离子占据

O2―与相邻的Al3+离子的原子间距很短,只有0.191nm,相互作用的键能很高,因此熔点大于2000℃,硬度较高(莫氏硬度为9),能够抵抗大多数的化学试剂腐蚀Al2O3的低导电性和较高的热导率的结合使它能够用于各种电的用途中 CaF2型结构是用于核燃料元件的UO2燃料元件的基础结构,又是ZrO2的一种多晶型结构

ZrO2及UO2,ThO2,CeO2的结构,属于CaF2结构

ZrO2是有用的高温氧化物,Zr4+位于结点位置,O2-位于四面体间隙

AmBnXp型结构

三种原子存在从而使问题更加复杂,但是其中一些化合物是非常有用的 例如BaTiO3用于诸如唱机中拾音器等 立方BaTiO3的结构

在120℃以上,BaTiO3为立方结构,Ba2+位于晶胞顶角,O2-离子位于面的中心,这种结构在120℃以上是稳定的,而在120℃以下有变化,这种变化使BaTiO3成为有用的压电材料 Ti4+位于晶胞中心

复杂化合物可以是非金属基体,其中最普通的是成份为MFe2O4的铁氧体尖晶石(通常称为铁氧体),其中M是半径为0.075nm的二价阳离子,O2-为密排(面心立方)排列,阳离子占据八面体间隙的一半和四面体间隙的八分之一 离子化合物之间也可能形成固溶体,固溶体的形成主要受到尺寸适应性和电荷平衡的影响。但是并不严格,因为电荷可以进行补偿

如MgO中,如果F-离子取代了O2-离子,Li+离子可同时取代Mg2+离子,MgO可以溶于LiF中当然还可以是Mg2+溶于LiF中,这时没有相应的O2-离子,这种情况下必须包含阳离子空位,结果两个Li+离子被Mg2+离子所替代 4、 硅酸盐结构

硅酸盐:普通水泥,砖,瓦,玻璃,搪瓷

? 硅酸盐矿物:长石,高岭土,滑石,镁橄榄石

? 硅酸盐的其它工程应用包括电绝缘体、化学容器和增强玻璃纤维

? 硅酸盐结构:成分、结构复杂,起决定作用的是硅-氧间的结合,即硅酸盐四面体单元 硅酸盐结构的基本结构单元为“SiO4”四面体

硅酸盐结构的基本结构单元为“SiO4”四面体,硅原子位于四个氧原子四面体的间隙中

? 将四面体连接在一起的力包括离子键和共价键

? 硅-氧间结合主要为离子键,还有一定的共价键成分

? 因此硅-氧四面体的结合很牢固,(硅-氧间平均距离为0.160nm,小于硅氧原子半径之和) 硅-氧四面体

每个四面体的氧原子外层只有7个电子而不是八个,为-1价,因此还可与其它金属离子键合

两种方法可以克服氧离子中电子的不足

一是可以从金属原子得到一个电子,这种情况下产生SiO44-离子和M+离子

二是每个氧可以与第二个硅共用电子对,在这种情况下形成多个四面体配位群

共用的氧称为桥氧。每一个氧最多只能被两个SiO4四面体共有SiO44-的四面体排列

(a)和双四面体单元(b)中心的氧原子被两个四面体单元所共有,称为桥氧

硅原子位于氧原子四面体的间隙中

硅酸盐结构的特点与分类

SiO4四面体可孤立存在或通过共顶点互相联结,形成多重的四面体配位群

按照SiO4四面体在空间的组合,可以将硅酸盐结构分成4类 ????

1)含有限硅氧团的岛状硅酸盐结构 2)链状结构 3)层状结构 4)骨架状结构

有限硅氧团的硅-氧四面体之间不通过离子键或共价键结合,或成对连接,或连成封闭环

硅酸盐结构的分类---岛状 岛状硅酸盐

a、 含孤立有限硅氧团的硅酸盐,孤立硅氧四面体指四面体之间不通过离子键

或共价键结合

硅氧四面体中氧为-1价,单个硅氧四面体为-4价,硅氧四面体可与其它正离子键合使化合价达到饱和

b、 含成对有限硅氧团和环状有限硅氧团的硅酸盐。硅氧四面体可成对连接,

或连成封闭环 几种硅氧团

SiO4四面体在空间的组合

a-单一硅氧体;b-成对硅氧体;c,d,e-3,4,6节环状硅氧团

链状结构

大量SiO4四面体通过共顶连接形成的一维结构

? 分单链结构和双链结构,单链结构按一维方向的周期性分为1,2,3,4,5,7节链

硅酸盐结构的分类---链状

大量SiO4四面体通过共顶连接形成的一维结构,分单链结构和双链结构


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