从宏观到微观:晶体切割成晶胞
晶体是由晶胞在三维空间中无数次平移堆积而成的。点击播放,观察如何从点阵中“切”出一个基本单元。
目标晶胞 (中心单元)
晶格格点 (原子/离子)
均摊法:计算晶胞中的原子个数
选择不同位置的原子,观察它被多少个相邻晶胞所共有。红色部分表示属于当前中心晶胞的真实份额。
提示: 拖拽旋转,滚轮缩放
选择原子位置观察:
均摊法公式:
N = N顶点×1/8 + N棱心×1/4 + N面心×1/2 + N体心×1
配位数 (Coordination Number):最近邻原子剖析
配位数是指在晶体结构中,与某一个原子距离最近且等距离的原子个数。观察中心红色原子周围的蓝色近邻原子及其空间分布。
提示: 拖拽旋转,滚轮缩放
中心原子
最近邻原子 (配位)
其他远距离原子
选择晶体结构:
简单立方 (SC)
中心原子位于八个晶胞交界的顶点,它的最近邻原子位于沿棱相邻的 6 个晶胞顶点上,距离为晶胞边长 a。
宏观性质的微观解释:SiO₂ 晶体 vs 非晶体
晶体:水晶 / 石英 (Quartz)
粒子呈规律的周期性排列(长程有序),具有固定的熔点和各向异性。
Si O
非晶体:石英玻璃 (Glass)
粒子排列混乱无序(短程有序,长程无序),没有固定熔点,各向同性。
Si O
常见晶胞 3D 模型图解
铜 (Cu)
金属晶体面心立方最密堆积 (A1型)。
- 原子数: 8×1/8 + 6×1/2 = 4
- 配位数: 12
- 空间利用率: 74%
钠 (Na)
金属晶体体心立方堆积 (A2型)。
- 原子数: 8×1/8 + 1 = 2
- 配位数: 8
- 空间利用率: 68%
锌 (Zn)
金属晶体六方最密堆积 (A3型)。
- 原子数: 12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
- 配位数: 12
- 空间利用率: 74%
碘 (I₂)
分子晶体面心立方排列,格点为 I₂ 分子。
- 分子数: 8×1/8 + 6×1/2 = 4 (个I₂分子)
- 配位数: 12 (分子周围)
- 作用力: 范德华力
金刚石 (C)
共价晶体空间网状结构,面心立方交错。
- 原子数: 8×1/8 + 6×1/2 + 4 = 8
- 配位数: 4
- 杂化类型: sp³