查看“︁晶体结构”︁的源代码

{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:Diamond.jpg|framed|钻石]]

'''晶体结构'''是指[[晶体]]的周期性结构。[[固体]]材料可以分为晶体、[[准晶体|準晶体]]和[[非晶体]]三大类，其中，晶体内部原子的排列具有周期性，外部具有规则外形，比如钻石（图）。

[[勒内·朱斯特·阿维]]（René Just Haüy）最早提出晶体的規則外型是因为晶體内部原子分子呈規則排列，比如鑽石所具有的完美外形和優良[[光学]]性質就可以歸結為其内部原子的規則排列。20世紀初期，[[勞厄]]發明[[X射线衍射法|X射線衍射法]]，從此人們可以使用[[X射线]]來研究晶體内部的原子排列，其研究结果進而證實了阿维的判斷。

晶體内部原子排列的具体形式一般稱为晶格，不同的晶体内部原子排列稱為具有不同的晶格結構。各種晶格結構又可以歸納為七大[[晶系]]，各種晶系分别与十四種空間格（稱作'''[[布拉维晶格]]'''）相對應，在宏观上又可以归结为三十二种[[群|空间点群]]，在微观上可进一步细分为230个[[空间群]]。

对于晶体结构的研究是研究固体材料的宏观性质及各种微观过程的基础。專門研究分子結晶結構的科學稱為[[晶体学|晶體學]]，經常應用在[[化學]]、[[生物化學]]與[[分子生物學]]。

== 晶格的基本類型 ==

所謂的晶體晶格是可以經由平移或其他對稱操作後，仍可得到自己本身的晶格，一種典型的對稱操作是繞著通過晶格點的軸作旋轉，稱為一重、二重、三重、四重及六重對稱，分別是旋轉<math>2\pi</math>、<math>\pi</math>、<math>{2\pi \over 3}</math>、<math>{\pi \over 2}</math>、<math>{\pi \over 3}</math>，其中以[[布拉菲晶格]]較常使用。

=== 二維晶格類型 ===
布拉菲晶格在二維平面上有五種類型，兩晶軸<math>a_1</math>、<math>a_2</math>，夾角<math>\varphi</math>
:'''斜晶格'''：任意的晶軸<math>a_1</math>、<math>a_2</math>，只有在旋轉<math>\pi</math>或<math>2\pi</math>，才能保持不變。
:'''正方形晶格''':<math>\left|{a_1}\right|=\left|{a_2}\right|</math>、<math>\varphi ={\pi \over 2}</math>
:'''六角形晶格''':<math>\left|{a_1}\right|=\left|{a_2}\right|</math>、<math>\varphi ={2\pi \over 3}</math>
:'''矩形晶格''':<math>\left|{a_1}\right| \ne \left|{a_2}\right|</math>、<math>\varphi ={\pi \over 2}</math>
:'''有心矩形晶格'''<math>\left|{a_1}\right| \ne \left|{a_2}\right|</math>、<math>\varphi ={\pi \over 2}</math>，但在矩形晶格正中間上有一晶格點，故有兩種繪法。

=== 三維晶格類型 ===
[[布拉维晶格]]在三維平面上有七大[[晶系]]，分別為[[三斜晶系]]、[[單斜晶系]]、[[斜方晶系]]、[[四方晶系]]、[[立方晶系]]、[[三方晶系]]、[[六方晶系]]。依照簡單、體心、面心及底心這四種類型，這七大晶系又總共可細分為14種晶格。

== 晶系与布拉菲格子及空间点群的关系 ==

{| class="wikitable"
|-
! 晶系
! 布拉菲格子
! 所属[[点群]]
|-----
| [[三斜晶系]]
| 简单三斜
| C<sub>1</sub>, C<sub>i</sub>
|-
| [[单斜晶系]]
| 简单单斜、底心单斜
| C<sub>2</sub>, C<sub>s</sub>, C<sub>2h</sub>
|-----
| [[斜方晶系]]
| 简单正交、底心正交、体心正交、面心正交
| D<sub>2</sub>, C<sub>2v</sub>, D<sub>2h</sub>
|-
| [[三方晶系]]
| 三方
| C<sub>3</sub> C<sub>3i</sub> D<sub>3</sub> C<sub>3v</sub> D<sub>3d</sub>
|-----
| [[四方晶系]]
| 简单四方、体心四方
| C<sub>4</sub> C<sub>4h</sub> D<sub>4</sub> C<sub>4v</sub> D<sub>4h</sub> S<sub>4</sub> D<sub>2d</sub>
|-
| [[六方晶系]]
| 六方
| C<sub>6</sub> C<sub>6h</sub> D<sub>6</sub> C<sub>3v</sub> D<sub>6h</sub> C<sub>3h</sub> D<sub>2h</sub>
|-----
| [[立方晶系]]
| 简单立方、体心立方、面心立方
| T T<sub>h</sub> T<sub>d</sub> O O<sub>h</sub>
|}

== 单质的晶体结构 ==
[[File:Diamond Cubic-F lattice animation.gif|thumb|金刚石的晶体结构]]
{| class="wikitable"

|+'''[[单质]]的晶体结构'''
! 名称
! 英文名称
! 代号
! 晶格类型
! 晶系
! 举例
|-----
|[[金属]][[铜]]结构 
| metallic copper structure 
| A1型 	
| [[面心立方晶格]] 
| [[立方晶系]] 
|<ref>属A1型结构的[[单质]]有近二十种，如[[钙]]（Ca）、[[锶]]（Sr）、[[铝]]（Al）、[[银]]（Ag）、[[金]]（Au）、[[镍]]（Ni）、[[钯]]（Pd）、[[铂]]（Pt）、[[铑]]（Rh）、[[铱]]（Ir）、[[铅]]（Pb）等。</ref> 
|-----
| [[金属]][[钠]]结构 
| metallic sodium structure
| A2型 
| [[体心立方晶格]] 
| [[立方晶系]] 
| <ref>属A2型结构的[[单质]]有十多种，如[[铁]]（Fe）和[[碱金属]][[锂]]（Li）、[[钠]]（Na）、[[钾]]（K）、[[铷]]（Rb）、[[铯]]（Cs）、[[5族元素]][[钒]]（V）、[[铌]]（Nb）、[[钽]]（Ta），[[6族元素]][[铬]]（Cr）、[[钼]]（Mo）、[[钨]]（W）等。</ref> 
|-----
| [[金属]][[镁]]结构 
| metallic magnesium structure
| A3型 
| [[六方密排晶格]] 
| [[六方晶系]] 
| <ref>属A3型结构的[[单质]]有[[铍]]（Be）、[[钴]]（Co）、[[锌]]（Zn）、[[镉]]（Cd）、[[铊]]（Tl）和[[3族元素]][[钪]]（Sc）、[[钇]]（Y）、[[4族元素]][[钛]]（Ti）、[[锆]]（Zr）、[[铪]]（Hf）、[[镧系元素]]等。</ref> 
|-----
| [[金刚石]]结构 
| diamond structure 
| A4型 
|  
| [[立方晶系]] 
| <ref>属A4型结构的[[单质]]有[[硅]]（Si）、[[锗]]（Ge）、[[灰锡]]（Sn）等。</ref> 
|-----
| [[石墨]]结构 
| graphite structure 
| A9型 
|  
| [[六方晶系]] 
| <ref>属A9型结构的[[单质]]有[[石墨]]（C）</ref> 
|}

== 化合物的晶体结构 ==

{| class="wikitable"

|+'''[[化合物]]的晶体结构'''
! 名称
! 英文名
! 代号
! 晶格结构
! 晶系
! 配位
! 举例
! 示意图<span style="font-size:smaller;">（点击可放大）</span>
|-----
| [[氯化钠]](岩盐)结构 
| {{Tsl|en|Cubic_crystal_system#Rock-salt_structure|岩盐结构|Halite structure}} 
| B1型 
| [[面心立方晶格]] 
| [[立方晶系]] 
| <ref>Na<sup>+</sup>和Cl<sup>−</sup>[[离子]]周围都由6个异号[[离子]]按[[八面体]]方式[[配位]]。</ref> 
| <ref>数以百计的[[二元化合物]]，如[[卤化物]]、[[氧化物]]、[[硫化物]]、[[硒化物]]、[[氮化物]]和[[碳化物]]中，许多都是B1型的。</ref> 
| [[File:NaCl-estructura cristalina.svg|120px]] 
|-----
| [[氯化铯]]结构 
| [[銫|Cs]][[氯|Cl]] structure 
| B2型 
| [[體心立方晶格]]
| [[立方晶系]] 
| <ref>Cs<sup>+</sup>和Cl<sup>−</sup>[[离子]]周围都由8个异号[[离子]]按[[八面体]]方式[[配位]]；</ref> 
| <ref>属B2型的[[化合物]]有[[溴化铯]]（CsBr）、[[碘化铯]]（CsI）、[[溴化铊]]（TlBr）、[[碘化铊]]（TlI）、[[氯化铵]]（NH<sub>4</sub>Cl）、[[溴化铵]]（NH<sub>4</sub>Br）、[[碘化铵]]（NH<sub>4</sub>I）等[[盐类]]及AgCd、AgCe、AgMg、AgZn、AuMg、AuZn、CaTl、CdLa、MgLa、MgSr、TlBi等许多[[金属间化合物]]。</ref>
| [[File:CsCl crystal.png|120px]] 
|-----
| 立方[[硫化锌]]（[[闪锌矿]]）结构
| zinc blende structure 
| B3型 
| 类金刚石晶格 
| [[立方晶系]] 
| <ref>[[Zn]]<sup>2+</sup>和[[S]]<sup>2−</sup>[[离子]]周围都由4个异号[[离子]]呈[[四面体]]方式[[配位]]；这种结构也可看作[[硫|S]]<sup>2−</sup>作[[立方最密堆积]]，[[Zn]]<sup>2+</sup>填入[[四面体]]的空隙中；或者，由于[[Zn]]-[[硫|S]]间[[共价键]]占很大成分，可将它的结构看作立方[[金刚石]]结构中的[[碳|C]]原子，交替地由[[Zn]]和[[硫|S]]原子置换而得；</ref>
| <ref>属于B3型的化合物有[[氯化亚铜]]（CuCl）、[[溴化亚铜]]（CuBr）、[[碘化亚铜]]（CuI）、[[碘化银]]（AgI）、[[碳化硅]]（SiC）、[[氮化硼]]（BN）、[[磷化硼]]（BP）、[[硫化铍]]（BeS）等。</ref> 
| [[File:Sphalerite-unit-cell-3D-balls.png|120px]] 
|-----
| 六方[[硫化锌]]（[[纤锌矿]]）结构
| wurtzite structure 
| B4型 
| [[简单六方晶格]] 
| [[六方晶系]] 
| <ref>[[Zn]]<sup>2+</sup>和[[硫|S]]<sup>2−</sup>[[离子]]周围都由4个异号[[离子]]呈[[四面体]]方式[[配位]]；这种结构也可看作[[S]]<sup>2−</sup>作[[六方最密堆积]]，[[Zn]]<sup>2+</sup>填入[[四面体]]的空隙中；</ref>
| <ref>属于B3型的[[化合物]]有[[氧化锌]]（ZnO）、[[卤化铜]]（CuX, X=Cl, Br, I）、[[氧化铍]]（BeO）、[[硫化镉]]（CdS）、[[硒化镉]]（CdSe）、[[碘化银]]（AgI）、[[碳化硅]]（SiC）等。</ref>
| [[File:Wurtzite-unit-cell-3D-balls.png|120px]] 
|-----
| [[砷化镍]]结构 
| [[鎳|Nickel]] [[砷|arsenide]] structure 
| B8型 
|  
| [[六方晶系]] 
| <ref>砷化鎳的[[配位数]]都是6，但鎳是处在砷的[[八面体]]配位中，砷则处在鎳的[[三方柱体]]配位中；</ref>
| <ref>许多[[过渡金属]]的[[硫化物]]、[[硒化物]]、[[碲化物]]和[[锑化物]]属于B8型。</ref> 
|[[File:Nickel-arsenide-3D-unit-cell.png|120px]]
|-----
| [[碘化镉]]结构 
| CdI<sub>2</sub> structure
| C6型 
|  
| [[三方晶系]] 
|  
| 
|[[File:Cadmium-iodide-3D-balls.png|120px]]
|-----
| [[萤石]]结构 
| fluorite structure 
| C1型 
| [[面心立方晶格]]
| [[立方晶系]] 
|  
|  
|[[File:Fluorite-unit-cell-3D.png|120px]]
|-----
| 反[[萤石]]结构 
| antifluorite structure 
| C2型 
|  
| [[立方晶系]] 
|  
|  
|[[File:Fluorite-unit-cell-3D.png|120px]]
|-----
| [[金红石]]结构 
| rutile structure 
| C4型 
| [[简单四方晶格]] 
| [[四方晶系]] 
|
| 
|  [[File:Rutile-unit-cell-3D.png|120px]]
|-----
| [[钙钛矿]]结构 
| perovskite structure 
| E2<sub>1</sub>型 
|  
| [[立方晶系]] 
|  
|
| [[File:Perovskite.jpg|120px]]
|-----
| [[三氧化铼]]结构 
| ReO<sub>3</sub> structure 
| DO<sub>9</sub> 
|  
| [[立方晶系]] 
|  
| 
|[[File:Rhenium-trioxide-unit-cell-vdW.png|120px]]
|}

== 注释 ==
{{Commonscat|Crystal structures}}

{{reflist}}

== 参考文献 ==
<div class="references-small">
* [[黄昆]]，《固体物理学》，ISBN 7-04-001025-9
* {{lang|en|Charles Kittel, ''Introduction to Solid State Physics'', Eighth Edition, ISBN 7-5025-7183-3}}项金钟 吴兴惠译
* {{lang|en|Ashcroft/Mermin, ''Solid State Physics'', ISBN 981-243-864-5}}
</div>
{{固体物理学}}
{{无机物晶体结构}}
{{Authority control}}
[[Category:固体物理学]]
[[Category:晶体学]]
[[Category:礦物學]]
[[Category:化学性质]]
[[Category:晶体结构|*]]