刚玉结构

A2X3型晶体结构演讲人：黄红键课程名称：无机材料的结构与性能A2X3型晶体结构刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3，Cr2O3，V2O3等氧化物以及钛铁矿型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3，MnTiO3等。刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点高达2050℃，这与Al-O键的牢固性有关。-Al2O3是高绝缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质耐火材料对PbO2，B2O3含量高的玻璃具有良好的抗腐蚀性能。Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为α-Al2O3，在自然界中只存在α-Al2O3的晶体,如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物,因此,α-Al2O3的晶体结构也叫做刚玉晶体结构。α-Al2O3的晶体结构为三方晶系,可取简单的菱面体晶胞,而菱形晶系可以转换成六方晶系,因此也可取为六方晶胞。1.1菱面体晶胞如图1所示,菱面体的边长为5.12Å,其平面角为55°17‘每个晶胞包含2个分子,即10个离子。图1刚玉晶体的菱面体晶胞1.1菱面体晶胞严格地说,离子晶体不存在分子基元。通常,为了便于理解,将菱面体8个顶角及中心均置有一个Al2O3分子,而中心的分子对于顶角的Al2O3来说,转过了180°。Al2O3分子的构造见图2。CN+=6CN-=4图2氧化铝的分子构造1.1菱面体晶胞如果将刚玉晶体的结构作层次分析,则可看到氧离子O2-(图3中白圈代表O2-)排列在一个平面上。而菱形晶系可以转换成六方晶系。图3刚玉结构示意图如图4所示,其中a=4.75Å,c=12.97Å,c/a=2.73。α-Al2O3的结构可以看成O2-离子按六方紧密堆积排列,即ABAB,二层重复型。但需要重复几层呢？取决于Al3+的排列方式1.选题的目的及意义1.2六方晶胞图4刚玉的六方晶胞示意图Al3+填充于2/3的八面体间隙,使化学式成为Al2O3。由于只填充了2/3的间隙,其余的1/3间隙是空着的。因此,Al3+离子的分布必须有一定的规律,其原则就是在同一层及层与层之间,Al3+离子之间的距离应保持最远,否则,由于Al3+离子位置的分布不当,出现过多的Al-O八面体共面的情况,将对结构的稳定性不利1.选题的目的及意义1.2六方晶胞鲍林第三规则多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、共面时各为0.58和0.33。若是八面体，则各为1，0.71和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构稳定性降低。1.选题的目的及意义Pauling规则右图给出了Al3+离子分布的3种形式。Al3+离子在O2-离子的八面体空隙中,只有按AlD,AlE,AlF,,这样的次序排列才满足Al3+离子之间的距离最远的条件。1.选题的目的及意义1.2六方晶胞现在,按O2-离子紧密堆积和Al3+离子排列的次序来看,在六方晶胞中应该排几层才能重复。设按六方紧密堆积排列的O2-离子分别为OA(表示第一层),OB(表示第二层),则A-Al2O3中氧与铝的排列次序可写成OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlFOAAlD从排列次序看,只有当排列第13层时才出现重复。1.选题的目的及意义1.2六方晶胞Thankyou!