晶体结构

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钻石的规则外形是由其晶体结构决定的

晶体结构是指晶体的周期性结构。固体材料可以分为晶体，准晶体和非晶体三大类，其中，晶体内部原子的排列具有周期性，外部具有规则外形，比如钻石（图）。

Hauy最早提出晶体的规则外形是因为晶体内部原子分子呈规则排列，比如钻石所具有的完美外形和优良光学性质就可以归结为其内部原子的规则排列。20世纪初期，劳厄发明X射线衍射法，从此人们可以使用X射线来研究晶体内部的原子排列，其研究结果进而证实了Hauy的判断。

晶体内部原子排列的具体形式一般称之为晶格，不同的晶体内部原子排列称为具有不同的晶格结构。各种晶格结构又可以归纳为七大晶系，各种晶系分别与十四种空间格子（称作布拉伐格子）相对应，在数学上又可以归结为三十二种空间点群。

对于晶体结构的研究是研究固体材料的宏观性质及各种微观过程的基础。專門研究分子結晶結構的科學稱為晶體學，經常應用在化學、生物化學與分子生物學。

[编辑] 布拉伐格子

布拉伐格子指的是多个点在空间格子的排列组合，任何晶体的宏观对称型都可以归结为其原子分布所对应的布拉伐格子的对称性。

三维空间的布拉伐格子总共有十四种，详见下表

格子
三斜
单斜	简单单斜	底心单斜
单斜
正交	简单正交	底心正交	体心正交	面心正交
正交
六角
三角
四方	简单四方	体心四方
四方
立方	简单立方	体心立方	面心立方
立方

[编辑] 晶系与布拉伐格子及空间点群的关系

晶系	布拉伐格子	所属点群
三斜晶系	简单三斜	C₁, C_i
单斜晶系	简单单斜底心单斜	C₂ C_s C_2h
正交晶系	简单正交底心正交体心正交面心正交	D₂ C_2v D_2h
三角晶系	三角	C₃ C_3i D₃ C_3v D_3d
四方晶系	简单四方体心四方	C₄ C_4h D₄ C_4v D_4h S₄ D_2d
六角晶系	六角	C₆ C_6h D₆ C_3v D_6h C_3h D_2h
立方晶系	简单立方体心立方面心立方	T T_h T_d O O_h

[编辑] 单质的晶体结构

金刚石的晶体结构

**单质的晶体结构**
名称	英文名称	代号	晶格类型	晶系	举例
金属铜结构	metallic copper structure	A1型	面心立方晶格	立方晶系	^[1]
金属钠结构	metallic sodium structure	A2型	体心立方晶格	立方晶系	^[2]
金属镁结构	metallic magnesium structure	A3型	六方密排晶格	六方晶系	^[3]
金刚石结构	diamond structure	A4型		立方晶系	^[4]
石墨结构	graphite structure	A9型		六方晶系	^[5]

[编辑] 化合物的晶体结构

**化合物的晶体结构**
名称	英文名	代号	晶格结构	晶系	配位	举例
氯化钠结构	Na Cl structure	B1型	面心立方晶格	立方晶系	^[6]	^[7]
氯化铯结构	Cs Cl structure	B2型	体心立方晶格	立方晶系	^[8]	^[9]
立方硫化锌结构^[10]	zinc blende structure	B3型	^[11]	立方晶系	^[12]	^[13]
六方硫化锌结构	wurtzite structure	B4型	简单六方晶格	六方晶系	^[14]	^[15]
砷化镍结构	Ni As structure	B8型		六方晶系	^[16]	^[17]
碘化镉结构	Cd I₂ structure	C6型		三方晶系
萤石结构	fluorite structure	C1型		立方晶系
反萤石结构	antifluorite structure	C2型		立方晶系
金红石结构	rutile structure	C4型	简单四方晶格	四方晶系
钙钛矿结构	perovskite structure	E2₁型		立方晶系
三氧化铼结构	Re O₃ structure	DO₉		立方晶系

[编辑] 注释

↑ 属A1型结构的单质有近二十种，如钙(Ca)，锶(Sr)，铝(Al)，银(Ag)，金(Au)，镍(Ni)，钯(Pd)，铂(Pt)，铑(Rh)，铱(Ir)，铅(Pb)等。
↑ 属A2型结构的单质有十多种，如铁(Fe)和ⅠA族元素锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)，ⅤB族元素钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)，ⅥB族元素铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)等。
↑ 属A3型结构的单质有铍(Be)，钴(Co)，锌(Zn)，镉(Cd)，铊(Tl)和ⅢB族元素钪(Sc)、钇(Y)，ⅣB族元素钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)，镧系元素等。
↑ 属A4型结构的单质有硅(Si)，锗(Ge)，灰锡(Sn)等。
↑ 属A9型结构的单质有石墨(C)
↑ Na⁺和Cl^-离子周围都由6个异号离子按八面体方式配位。
↑ 数以百计的二元化合物，如卤化物、氧化物、硫化物、硒化物、氮化物和碳化物中，许多都是B1型的。
↑ Cs⁺和Cl^-离子周围都由8个异号离子按八面体方式配位；
↑ 属B2型的化合物有溴化铯(Cs Br)，碘化铯(Cs I)，溴化铊(Tl Br)，碘化铊(Tl I)，氯化铵(N H₄Cl)，溴化铵(N H₄Br)，碘化铵(N H₄I)等盐类及Ag Cd，Ag Ce，Ag Mg，Ag Zn，Au Mg，Au Zn，Ca Tl，Cd La，Mg La，Mg Sr，Tl Bi等许多金属间化合物。
↑ 又称做闪锌矿结构
↑ 类金刚石晶格
↑ Zn²⁺和S^2-离子周围都由4个异号离子呈四面体方式配位；这种结构也可看作S^2-作立方最密堆积，Zn²⁺填入四面体的空隙中；或者，由于Zn-S间共价键占很大成分，可将它的结构看作立方金刚石结构中的C原子，交替地由Zn和S原子置换而得；
↑ 属于B3型的化合物有氯化亚铜(Cu Cl)，溴化亚铜(Cu Br)，碘化亚铜(Cu I)，碘化银(Ag I)，碳化硅(Si C)，氮化硼(B N)，磷化硼(B P)，硫化铍(Be S)等。
↑ Zn²⁺和S^2-离子周围都由4个异号离子呈四面体方式配位；这种结构也可看作S^2-作六方最密堆积，Zn²⁺填入四面体的空隙中；
↑ 属于B3型的化合物有氧化锌(Zn O)，卤化铜(CuX,X=Cl,Br,I)，氧化铍(Be O)，硫化镉(Cd S)，硒化镉(Cd Se)，碘化银(Ag I)，碳化硅(Si C)等。
↑ Ni化物As的配位数都是6，但Ni是处在As的八面体配位中，As则处在Ni的三方柱体配位中；
↑ 许多过渡金属的硫化物、硒化物、碲化物和锑化物属于B8型。

[编辑] 参考文献

黄昆, 《固体物理学》, ISBN 7-04-001025-9
Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics, Eighth Edition, ISBN 7-5025-7183-3 项金钟吴兴惠译
Ashcroft/Mermin, Solid State Physics, ISBN 981-243-864-5

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