常见的晶体结构类型可根据晶格中原子或离子的排列方式及结合力性质分为以下几类:
一、金属晶体
由金属原子通过金属键结合形成,常见结构包括:
1. 面心立方(FCC)
- 原子位于立方体顶点和面心,配位数12,致密度74%。
- 典型金属:铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)。
2. 体心立方(BCC)
- 原子位于顶点和体心,配位数8,致密度68%。
- 典型金属:铁(α-Fe)、铬(Cr)、钨(W)、钒(V)。
3. 密排六方(HCP)
- 原子按六方层状紧密堆积,配位数12,致密度74%。
- 典型金属:镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)。
二、离子晶体
由正负离子通过离子键结合形成,常见结构包括:
1. NaCl型(面心立方)
- 钠离子与氯离子交替排列,配位数6。
- 典型物质:氯化钠(NaCl)、氧化镁(MgO)。
2. CsCl型(简单立方)
- 铯离子位于立方体顶点,氯离子位于体心,配位数8。
- 典型物质:氯化铯(CsCl)。
3. 闪锌矿型(立方)
- 硫离子面心立方排列,锌离子填充四面体空隙。
- 典型物质:硫化锌(ZnS)。
三、原子晶体(共价晶体)
原子通过共价键结合,结构稳定,硬度高,常见结构包括:
1. 金刚石型(立方)
- 碳原子以四面体结构连接,配位数4。
- 典型物质:金刚石、硅(Si)、锗(Ge)。
2. 石墨型(六方)
- 碳原子形成层状六边形结构,层间为范德华力。
- 典型物质:石墨、氮化硼(BN)。
3. 二氧化硅型(四面体网络)
- 硅氧四面体连接成三维网络。
- 典型物质:石英(SiO₂)。
四、分子晶体
分子通过范德华力或氢键结合,结构松散,熔点低,常见结构包括:
1. 冰(六方)
- 水分子通过氢键形成四面体结构。
2. 干冰(面心立方)
- 二氧化碳分子排列在立方体顶点和面心。
3. 有机分子晶体
- 如萘、苯甲酸等,分子间作用力较弱。
五、其他结构类型
- 混合键晶体:如石墨兼具共价键和范德华力。
- 非晶态结构:如玻璃、橡胶,原子排列无序。
- 合金结构:如奥氏体不锈钢(面心立方)、马氏体钢(体心立方)。
总结
晶体结构的多样性决定了材料的物理化学性质。金属晶体以FCC、BCC、HCP为主;离子晶体以NaCl型、CsCl型常见;原子晶体以金刚石、石墨为代表;分子晶体则依赖弱作用力。理解这些结构有助于设计和应用新型材料。