《物质结构与性质》——17、物质的聚集状态与晶体的常识（下）

第三章  晶体结构与性质

第一节　物质的聚集状态与晶体的常识

三、晶胞

1、晶胞的概念

晶体是粒子在微观空间里周期性有序排列而成，因此晶体由许许多多的基本单元重复而成。

把描述晶体结构的基本单元叫做晶胞。

2、晶胞与晶体

常规的晶胞是平行六面体。

观察图中铜晶胞，有8个相同的顶角，三套平行的棱，每套4根相同的棱，三套平行的面，每套2个相同的面，所以称为平行六面体。

注意：有些晶胞不是平行六面体。

如同许许多多相同蜂室排列成蜂巢，晶体也是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成。

无隙：相邻晶胞之间没有任何间隙。

并置：所有晶胞都是平行排列的，取向相同。

观察晶体模型，一个晶胞的上下、左右、前后都无隙并置地排列着无数晶胞，所有晶胞的形状、内部的原子种类和个数、几何排列(包括取向)都是完全相同的。

即：把一个晶胞朝不同方向（如棱的方向、对角线方向等）平移，都可得到下一个晶胞。

3、晶胞中粒子数目的计算

观察铜晶胞，是一个立方体，一个晶胞中有4个铜原子，为什么不是14个铜原子。

可以结合均摊法分析，看上面的图。

位于体心的粒子完全属于该晶胞，算1个；

位于面心的粒子为2个晶胞共有，有1/2属于该晶胞，算1/2；

位于棱心的粒子为4个晶胞共有，有1/4属于该晶胞，算1/4；

位于顶角的粒子为8个晶胞共有，有1/8属于该晶胞，算1/8。

铜晶胞中有8个铜原子在顶角，有6个铜原子在面心，因此一个铜晶胞的原子数是：

例：下面是NaCl晶胞，它含有几个钠离子和氯离子。  

Cl－位于顶角8个、面心6个，共有4个。

Na＋位于棱心12个、体心1个，共有4个。

思考：

晶胞有几套平行棱，几套平行面。

三套平行棱，每套4根完全相同，三套平行面，每套2个完全相同。

下面依次是金属钠(Na)、金属锌(Zn)、碘(I2)、金刚石(C)晶胞的示意图。

用均摊法计算，每个晶胞含有的原子数为多少个。  

四、晶体结构的测定

1、测定的仪器

测定晶体结构的仪器是X射线衍射仪。

2、测定原理

当单一波长的X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或者明锐的衍射峰。  

如，石英玻璃（非晶态二氧化硅）和水晶（晶态二氧化硅）的X射线衍射图是不一样的。

3、X射线衍射实验的用途

根据衍射图，经过计算可以获得晶体结构的有关信息。包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等，结合晶体化学组成信息，推出原子之间的相互关系。

如，对乙酸晶体进行测定，可知乙酸晶胞中含有4个乙酸分子，并且测定晶胞中各原子的位置（坐标），根据原子坐标，可计算出原子间的距离，判断晶体中哪些原子间存在化学键，确定键长和键角，得出分子空间结构。