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(共29张PPT)
金刚石的晶体结构
视角一：常规认知 键长、键角、成环、配位数
视角二：晶体中粒子数及原子排列
视角三： 原子坐标
视角四：晶胞参数 密度 空间利用率
视角五：空隙填充
视角六：晶胞投影
视角七：金刚石晶体中碳原子排列另类观察
金刚石晶胞结构全面解析
金刚石的晶体结构示意图
晶体结构
晶胞示意图
①每个碳原子都采取sp3杂化，被相邻的4个碳原子包围，以共
价键跟4个碳原子结合，形成正四面体，被包围的碳原子处
于正四面体的中心，配位数为4。
②这些正四面体向空间发展，构成一个坚实的，彼此联结的空
间网状晶体。
③所有的C—C键长相等，键角相等（109°28’）；
④最小的碳环由6个碳组成，且不在同一平面内；经过每个碳原
子的六元环有12个。
⑤每个C参与了4条C—C键的形成，而在每条键中的贡献只有一
半，故C原子与C—C键数之比为：1 ：（4 x ）= 1：2
金刚石的结构特征：在金刚石晶体里
109 28
金刚石的晶体结构示意图
共价键
一个碳原子sp3杂化与另外四个碳原子成键，向4个不同空间延伸
以其中向下延伸空间为例：
形成第一个六元环
形成第二，三个六元环
金刚石中，一个碳原子属于12个六元环共有
4×3=12
视角一：常规认知 键长、键角、成环、配位数
上
视角二：晶体中粒子数及原子排列
在2、4、5、7四个小立方体的体心各有1个碳原子。
顶点:8×1/8=1
面心:6×1/2=3
体内错位:4×1=4
晶胞示意图
故一个晶胞含8个原子
将立方体切割成8个全等的小立方体并进行编号
下层（顺时针）1、2、3、4；
上层（顺时针）5、6、7、8。
上
视角三： 原子坐标
4号四面体体心（ ， ， ）
2号四面体体心（ ， ， ）
7号四面体体心（ ， ， ）
5号四面体体心（ ， ， ）
视角四：晶胞参数 密度 空间利用率
晶胞示意图
面对角线
a
棱长a cm
体对角线
a
= 8r
a
一个晶胞含8个原子
×8
V球=
V晶胞=a3=
16
π
晶胞空间利用率=
V晶胞
V球
=
≈
34.01％
ρa3NA=8×12
晶体的密度ρ=
a3NA
8×12
由碳原子构成的面心立方分成八个小立方体，其中四个小立方体中心再错位填充四个碳原子
视角五：空隙填充
正四面体空隙填充率50％
正八面体空隙填充率为0
晶胞示意图
x
z
y
x轴方向晶胞投影
金刚石
文武之道HX
视角六：晶胞投影
体对角线方向晶胞投影
金刚石
文武之道HX
视角六：晶胞投影
7.金刚石是由碳原子所形成的正四面体结构向空间无限延伸而得到的具有空间网状结构的共价晶体。在立方体中,若一碳原子位于立方体中心,则与它直接相邻的四个碳原子位于该立方体互不相邻的四个顶角上(如图L3-2-9中的小立方体)。
图中与小立方体顶角的四个碳原子直接相邻的碳原子(除体心碳原子)数目和它们位于大立方体的位置分别是(　 )
A.12,大立方体的12条棱的中点
B.8,大立方体的8个顶角
C.6,大立方体的6个面的中心
D.14,大立方体的8个顶角和6个面的中心
A
视角七：金刚石晶体中碳原子排列另类观察
视角七：金刚石晶体中碳原子排列另类观察
晶胞示意图
视角七：金刚石晶体中碳原子排列另类观察
8×+6×+4=8
12×+4+1=8
相当与原晶胞示意图中未填充的正四面体空隙和
正八面体空隙全部填充C原子，原晶胞中C原子去掉
晶胞示意图
金刚石晶体中碳原子排列另类观察
相当与原晶胞示意图中未填充的正四面体空隙和
正八面体空隙全部填充C原子，原晶胞中C原子去掉
8×+6×+4=8
1．氮化镓是新型半导体材料，其晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替，顶点和面心的碳原子被Ga原子代替。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。下图为沿y轴投影的氮化镓晶胞中所有原子的分布图。若原子1的原子分数坐标为(,,)，则原子3的原子分数坐标为________。若氮化镓的晶体密度为ρ g·cm－3，则晶胞中Ga—N键的键长为________(用含ρ、NA的代数式表示)pm。已知NA为阿伏加德罗常数的值。
x
z
y
由碳原子构成的面心立方分成八个小立方体，其中四个小立方体中心再错位填充四个碳原子
视角五：空隙填充
正四面体空隙填充率50％
正八面体空隙填充率为0
晶胞示意图
金刚石晶胞示意图
1．氮化镓是新型半导体材料，其晶胞结构可看作金刚石晶胞内部的碳原子被N原子代替，顶点和面心的碳原子被Ga原子代替。以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称作原子分数坐标。下图为沿y轴投影的氮化镓晶胞中所有原子的分布图。若原子1的原子分数坐标为(,,)，则原子3的原子分数坐标为________。若氮化镓的晶体密度为ρ g·cm－3，则晶胞中Ga—N键的键长为________(用含ρ、NA的代数式表示)pm。已知NA为阿伏加德罗常数的值。
x
z
y
×1010
x
z
y
4
3
2
1
1的原子分数坐标为
晶胞中N和Ga的原子数均为4个
晶胞的质量=
NA
4×(70+14)
g
晶胞的体积V=
NA
4×(70+14)
cm3
1cm = 1010pm
沿y轴投影的氮化镓晶胞中所有原子的分布图
2.某离子晶体的晶胞部分结构如图L3-1-9所示,X( )位于立方体的顶点,Y( )位于立方体的中心,试分析:
(1)晶体中每个Y同时吸引着______个X,每个X同时吸引着
______个Y,该晶体的化学式为______。
(2)晶体中每个X周围与它距离最近且相等的X共有_____个。
(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX=______
(填角的度数)。
(4)若该立方体的棱长为a cm,晶体密度为ρ g·cm-3,设NA为阿伏伽德罗常数的值,则该离子化合物的摩尔质量为______。
4
8
12
109°28'
2a3ρNA g·mol-1
文武之道HX
晶胞示意图

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