【高中化学】区分:晶体结构和晶胞

陕e2023-04-24  38

晶胞是晶体的代表,是晶体中的最小单位。晶胞并置起来,则得到晶体。晶胞的代表性体现在以下两个方面:

一是代表晶体的化学组成;二是代表晶体的对称性,即与晶体具有相同的对称元素(对称轴、对称面和对称中心)。

不是晶胞是最小重复单位

因为晶胞不仅体现着晶格的周期性,还体现着晶体对称性。

晶胞,亦称单胞,是指晶体结构中基本重复单元。与最小重复单元原胞不同,晶胞不仅体现着晶格的周期性,还体现着晶体对称性。宏观的晶体可以看作是晶胞无缝密接而成,研究晶胞就可以反映出晶体的性质。理论上,晶胞的选取可以有无数种。

但每种晶格都有一最基本结构重复单元,这种晶胞称为晶体学的惯用晶胞。在实际应用中,如非特别指明,晶胞指的就是惯用晶胞。因此也常说晶胞是晶体结构中的最基本重复基元。晶体衍射是标定晶胞结构的最常用方法,常见的有电子衍射,射线衍射,当然,直接对晶体进行原子级成像也当然可以得到晶胞的结构。晶胞是晶格的重复基元,往往还是反映着宏观对称性的最小基元,因此晶胞也必然是一个平行六面体。在研究晶胞时,这六个参数尤为重要,统称为晶胞参数。

晶胞是晶体的代表,是晶体中的最小单位。晶胞并置起来,则得到晶体。晶胞的代表性体现在以下两个方面: 一是代表晶体的化学组成;二是代表晶体的对称性,即与晶体具有相同的对称元素(对称轴、对称面和对称中心)。

一般说来,晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成。

无隙--相邻晶体之间没有任何间隙

并置--所有晶胞都是平行排列的取向相同

1999年版《辞海》正文 3970页

晶胞 能完整反应晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元。其中既能够保持晶体结构的对称性而体积又最小者特称“单位晶胞”,但亦常简称晶胞。其具体形状大小由它的三组棱长a、b、c及棱间交角α、β、γ(合称为”晶胞参数”)来表征,与空间格子中的单位平行六面体相对应。

根据素向量,可以将空间点阵划分为晶格,用晶格切割实际晶体,得到一个个并置堆砌的平行六面体,这些平行六面体不再是抽象的几何体,而是包括了晶体的具体组成物质,称为晶胞。晶胞是晶体结构中的基本重复单位。晶胞可以是素晶胞,也可以是复晶胞,只含一个结构基元的晶胞称为素晶胞(在点阵中,相应的平行六面体单位含一个点阵点,为素单位),否则称为复晶胞。晶胞不等同于结构基元,它不一定是最小的重复单位,只有素晶胞才是最小的重复单位。如果按照正当单位划分晶格,相应的,切割晶体得到的晶胞称为正当晶胞。正当晶胞可能是素晶胞,也可能是复晶胞。通常所说的晶胞是指正当晶胞。晶胞一定是平行六面体,不能为六方柱或其它形状,否则不满足并置堆砌的要求。

晶系是分类晶体时使用的一个标准,就好比元素周期表中的族与周期。常用的晶系有立方晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系其中,具体特征可以查阅百度百科“晶系”。

晶胞,则是衡量晶体结构的最小单元。众所周知,晶体具有平移对称性。在一个无限延伸的晶体网络中取出一个最小的结构(晶体学上规定三位晶体的晶胞为平行六面体,二维晶体的晶胞为平行四边形),使其能够在空间内密铺构成整个晶体,那么这个立体就叫做晶胞。简而言之,晶胞就是晶体平移对称的最小单位。

晶格,又称晶架,是指的晶体矩阵所形成的空间网状结构——说白了就是晶胞的排列方式。把每一个晶胞抽象成一个点,连接这些点就构成了晶格。晶格的另一个解释见“晶格能”:气态离子从无限远处接近最后形成固体离子化合物(形成稳定的晶格)的过程中释放的能量。

晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。

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晶体结构=晶胞,晶胞=结构基元+点阵。

晶胞是晶体结构的基本重复单位,整个晶体就是按晶胞在三维空间周期地重复排列,相互平行取向,按每一顶点为8个晶胞共有的方式堆砌而成。

在完整晶体中,晶格在空间的三个方向上都具有一定的周期对称性,这样可以取一个以结点为顶点,边长等于这三个方向上的周期的平行六面体作为最小的重复单元,来概括晶格的特征,这样的重复单元称为初基原胞或简称原胞。

相关信息:

空间点阵可任意选择3个不相平行的单位矢量进行划分。由于选择单位矢量不同,划分的方式也不同,可以有无数种形式。

但基本上可归结为两类:一类是单位中包含一个点阵点者,称为素单位。注意,计算点阵点数目时,要考虑处在平行六面体顶点上的点阵点均为8个相邻的平行六面体所共有,每一平行六面体单位只摊到该点的一部分。另一类是每个单位中包含2个或2个以上的点阵点,称为复单位。有时为了一定的目的,将空间点阵按复单位进行划分。

由一组基矢所决定的平行六面体所围起来的最小重复单元就叫原胞。

原胞代表的是几何形状、体积的最小重复单元,不具有物理内涵,而基元则有物理内涵。

原胞往往不能反映晶体的对称性,因而,习惯上常选择能反映晶体对称性的重复单元,这种重复单元就叫晶胞。为了清楚地明原子在空间的排列规律,人为地将原子看作一个点,再用一些假想线条,将晶体中各原子的中心连接起来,便形成了一个空间格子,这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形称为结晶格子,简称晶格。晶体是由大量微观物质单位(原子、离子、分子等)按一定规则有序排列的结构。晶胞涉及到力和机构,晶格不涉及力,晶体是具体的物质。

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