结构化学基础-9离子化合物的结构化学.ppt

1、第9章离子化合物的结构化学 离子化合物的结构化学 负离子较大 正离子较小 故离子化合物的结构可以归结为不等径圆球密堆积的几何问题 具体处理时可以按负离子 大球 先进行密堆积 正离子 小球 填充空隙的过程来分析讨论离子化合物的堆积结构问题 离子半径 核间的平衡距离等于两个互相接触的球形离子的半径之和 但是 1 如何划分成正负离子半径则有几种不同的方案 2 离子半径的数值也与所处的环境有关 并非一成不变 正方体 立方 空隙 配为数8 体对角线 2r 2r 立方体棱长 2r 最小立方空隙 正方体 立方 空隙 配为数8 小球将大球撑开 负负不接触 仍然是稳定构型 当 1时 转变为等径圆球密堆积问题 小

2、球滚动 意味着有些正负离子不接触 不稳定 转变构型 介于0 732 1 00之间 不包括1 00 立方体空隙 正八面体空隙 配位数为6 介于0 414 0 732之间 正八面体空隙 正四面体空隙 配位数为4 介于0 225 0 414之间 正四面体空隙 正三角形空隙 配位数为3 介于0 155 0 225之间 正三角形空隙 半径比 配位数 空隙 几种典型的晶体结构 NaCl型 0 414 0 732 CsCl型 0 732 1 00 立方ZnS型 闪锌矿 0 225 0 414 六方ZnS型 纤锌矿 0 225 0 414 CaF2型 萤石型 0 732 1 00 TiO2型 金红石型 0 4

3、14 0 732 NaCl型晶体结构的两种描述 化学组成比n n 1 1 下面以NaCl型晶体为例 对离子堆积描述的术语给出图解 A 8 1 8 6 1 2 4 B 1 12 1 4 4 n n 1 1 结构型式 NaCl型 CN 6 CN 6 负离子 如绿球 呈立方面心堆积 相当于金属单质的A1型 负离子堆积方式 立方面心堆积 CN 6 CN 6 正负离子配位数之比CN CN 6 6 正八面体空隙 CN 6 正离子所占空隙种类 正八面体 浅蓝色球代表的负离子 它们与绿色球是相同的负离子 围成正四面体空隙 但正离子并不去占据 仔细观察一下 被占据的正四面体空隙 有木有 没有 正离子所占空隙分数

4、 浅蓝色球代表的负离子 它们与绿色球是相同的负离子 围成正八面体空隙 全部被正离子占据 所以 正离子所占空隙分数为1 仔细观察一下 未被占据的正八面体空隙 有木有 没有 分数坐标描述A 000B 1 21 21 2 离子堆积描述 CsCl型晶体结构的两种描述 ZnS型晶体结构 在0 225 r r 0 414时 四配位的化合物MX可能具有ZnS型晶体结构 其中又包括立方ZnS型和六方ZnS型 通常 硫化物倾向于立方 氧化物倾向于六方 这是非常重要的两种晶体结构 已投入使用的半导体除Si Ge单晶为金刚石型结构外 III V族和II VI族的半导体晶体都是ZnS型 且以立方ZnS型为主 例如 G

5、aP GaAs GaSbInP InAs InSbCdS CdTeHgTe 分数坐标描述A 00001 21 21 201 21 21 20B 1 41 43 41 43 41 43 41 41 43 43 43 4 立方ZnS型晶体结构的两种描述 分数坐标描述A 0002 31 31 2B 005 82 31 31 8 六方ZnS型晶体结构的两种描述 CaF2 荧石 型晶体结构的两种描述 A B 0001 41 41 41 41 43 401 21 23 41 41 43 41 43 41 201 21 43 41 41 43 43 41 21 203 43 41 43 43 43 4 分数坐标描述 产地 甘肃省肃北县 反荧石型 这种结构与荧石型 CaF2型 相似 只是正负离子的位置刚好相反 负离子形成扩张的立方面心堆积 正离子占据其中全部四面体空隙 K2O就是这种结构 金红石型晶体结构的离子堆积描述 结构基元 2A 4B每个晶胞中有1个结构基元 二元离子晶体的六种典型结构型式