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晶胞计算是晶体考查的重要知识点之一,是考查考生分析问题、解决问题能力的较好素材。晶体结构的计算常常涉及以下数据:晶体密度、NAM、晶胞体积、微粒间距离、微粒半径、夹角、空间利用率、坐标参数等。
一、晶胞参数计算的思维方法
密度计算公式通常是列式的依据,解决这类问题,一是要掌握有关晶体计算的重要方法——均摊法的原理,二是要有一定空间想象能力,有扎实的立体几何知识。
1.晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法。
在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心、体心依次被6、3、4、2、1个晶胞所共有。
5.空间利用率的定义及计算步骤。
(1)空间利用率:指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。
(2)空间利用率的计算步骤:①计算晶胞中的微粒数;②计算晶胞的体积。
(3)金属晶体空间利用率分类。
①简单立方堆积。
【特别提醒】物质结构与性质的就是涉及到晶胞特点的计算类题目,有的同学不熟悉常见晶体的晶胞类型,涉及有关晶胞的计算时,不注意单位的换算。如面心立方晶胞与体心立方.晶胞的配位数不同;晶胞参数给定单位是nm或pm时,忽略换算成cm。
二、晶胞参数计算典例分析
1.微粒个数或化学式的计算。
例1 据报道,某种·含有镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性,该新型超导晶体的一个晶胞的结构如图5所示,则该晶体的化学式为______。
例5 磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,如图8所示,为其立方晶胞,其中的每个原子均满足8电子稳定结构,已知其B-P键长均为x,则其密度为______g·cm-3。(列出计算式即可)
例7 ZnS晶体的晶胞如图11所示,已知该晶咆的密度为ρg·cm-3,则其中两个S原子之间的距离为______pm(列出计算式即可)。
例8 KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛旷型的立方结构,边长为a=0.446nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图12所示。K与O间的最短距离为______nm。
答案:0.315
例12 已知CaF2晶体(如图15)的密度为ρg·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数,相邻的两个Ca2 的核间距为acm,则CaF2的相对分子质量可以表示为______。
解析:根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个,所以晶胞的体积是
例14 图17所示为金刚石晶胞,若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率:______(不要求计算结果)。
9.坐标参数。
例15 原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置,图18为Ge单晶的晶胞示意图,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(1/2,1,1/2),C为(1/2,1/2,0)。则D原子的坐标参数为______。
例16 石墨的一种晶胞结构和部分晶胞参数如图19所示。原子坐标参数描述的是晶胞内原子间的相对位置。石墨晶胞中碳原子A,B的坐标参数分别为A(0,0,0),B(0,1,1/2),則E原子的坐标参数为____。
(责任编辑 谢启刚)
一、晶胞参数计算的思维方法
密度计算公式通常是列式的依据,解决这类问题,一是要掌握有关晶体计算的重要方法——均摊法的原理,二是要有一定空间想象能力,有扎实的立体几何知识。
1.晶胞中微粒数目的计算方法——均摊法。
在使用均摊法计算晶胞中粒子个数时,要注意晶胞的形状,不同形状的晶胞,应先分析任意位置上的一个粒子被几个晶胞共用,如六棱柱晶胞中,顶点、侧棱、底面上的棱、面心、体心依次被6、3、4、2、1个晶胞所共有。
5.空间利用率的定义及计算步骤。
(1)空间利用率:指构成晶体的原子、离子或分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。
(2)空间利用率的计算步骤:①计算晶胞中的微粒数;②计算晶胞的体积。
(3)金属晶体空间利用率分类。
①简单立方堆积。
【特别提醒】物质结构与性质的就是涉及到晶胞特点的计算类题目,有的同学不熟悉常见晶体的晶胞类型,涉及有关晶胞的计算时,不注意单位的换算。如面心立方晶胞与体心立方.晶胞的配位数不同;晶胞参数给定单位是nm或pm时,忽略换算成cm。
二、晶胞参数计算典例分析
1.微粒个数或化学式的计算。
例1 据报道,某种·含有镁、镍和碳三种元素的晶体具有超导性,该新型超导晶体的一个晶胞的结构如图5所示,则该晶体的化学式为______。
例5 磷化硼(BP)是一种超硬耐磨涂层材料,如图8所示,为其立方晶胞,其中的每个原子均满足8电子稳定结构,已知其B-P键长均为x,则其密度为______g·cm-3。(列出计算式即可)
例7 ZnS晶体的晶胞如图11所示,已知该晶咆的密度为ρg·cm-3,则其中两个S原子之间的距离为______pm(列出计算式即可)。
例8 KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料,具有钙钛旷型的立方结构,边长为a=0.446nm,晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置,如图12所示。K与O间的最短距离为______nm。
答案:0.315
例12 已知CaF2晶体(如图15)的密度为ρg·cm-3,NA表示阿伏加德罗常数,相邻的两个Ca2 的核间距为acm,则CaF2的相对分子质量可以表示为______。
解析:根据晶胞结构可知晶胞中Ca和As的个数均是4个,所以晶胞的体积是
例14 图17所示为金刚石晶胞,若碳原子半径为r,金刚石晶胞的边长为a,根据硬球接触模型,列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率:______(不要求计算结果)。
9.坐标参数。
例15 原子坐标参数表示晶胞内部各原子的相对位置,图18为Ge单晶的晶胞示意图,其中原子坐标参数A为(0,0,0),B为(1/2,1,1/2),C为(1/2,1/2,0)。则D原子的坐标参数为______。
例16 石墨的一种晶胞结构和部分晶胞参数如图19所示。原子坐标参数描述的是晶胞内原子间的相对位置。石墨晶胞中碳原子A,B的坐标参数分别为A(0,0,0),B(0,1,1/2),則E原子的坐标参数为____。
(责任编辑 谢启刚)