《结晶化学》教学大纲课程编号：B040210000课程名称：结晶化学英文名称：CrystalChemistry课程性质：专业基础课学时/学分：48/3考核方式：闭卷考试选用教材：《结晶化学导论》，钱逸泰编第三版中国科技大学出版社，2005年先修课程：《基础化学》，《物理化学》后继课程：《材料性能学》、《材料研究与测试方法》、《材料科学基础》适用专业及层次：材料化学专业，大学二年级天纲执笔人：张灿英大纲审核人：隋凝一、教学目标结晶化学是研究晶体结构规律的科学。晶体的结构是材料科学特别是无机非金属材料、金属材料中重要的基础知识。内容上主要包括几何结晶学、结晶化学、缺陷化学三大部分。第一部分主要描述晶体宏观及微观的对称性，即空间群理论：第二部分主要研究晶体结构规律，并通过对晶体结构的理解来探索晶体性质：第三部分主要描述晶体的点缺陷及其符号、方程。通过本课程几何结晶学、结晶化学、缺陷化学三大部分的学习，使学生具备下列能力：1.能够准确理解空间群理论的基本知识与理论；结晶化学的基本知识与理论：典型晶体结构特点：缺陷化学的点缺陷及其反应方程。2.能够运用杂化轨道理论分析共价型晶体；运用结晶化学定律、Pauling规则分析离子型晶体：运用晶体场理论分析尖晶石、反尖晶石结构。3.能够把握晶体宏观及微观的对称性：典型晶体的组成、结构与性能的关系：理想晶体与实际晶体的联系与区别。4.培养学生材料结构基本理论认知能力的同时，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的科学思维能力，提高材料科学与工程素养，为学好后续的专业课奠定基础。1
1 《结晶化学》教学大纲 课程编号：B040210000 课程名称：结晶化学 英文名称： Crystal Chemistry 课程性质： 专业基础课 学时/学分：48 /3 考核方式：闭卷考试 选用教材：《结晶化学导论》，钱逸泰编第三版 中国科技大学出版社， 2005 年 先修课程： 《基础化学》，《物理化学》 后继课程：《材料性能学》、《材料研究与测试方法》、《材料科学基础》 适用专业及层次：材料化学专业， 大学二年级 大纲执笔人： 张灿英 大纲审核人： 隋凝 一、教学目标 结晶化学是研究晶体结构规律的科学。晶体的结构是材料科学特别是无机非 金属材料、金属材料中重要的基础知识。内容上主要包括几何结晶学、结晶化学、 缺陷化学三大部分。第一部分主要描述晶体宏观及微观的对称性，即空间群理论； 第二部分主要研究晶体结构规律，并通过对晶体结构的理解来探索晶体性质；第 三部分主要描述晶体的点缺陷及其符号、方程。通过本课程几何结晶学、结晶化 学、缺陷化学三大部分的学习，使学生具备下列能力： 1.能够准确理解空间群理论的基本知识与理论；结晶化学的基本知识与理论；典 型晶体结构特点；缺陷化学的点缺陷及其反应方程。 2.能够运用杂化轨道理论分析共价型晶体；运用结晶化学定律、Pauling 规则分析 离子型晶体；运用晶体场理论分析尖晶石、反尖晶石结构。 3.能够把握晶体宏观及微观的对称性；典型晶体的组成、结构与性能的关系；理 想晶体与实际晶体的联系与区别。 4. 培养学生材料结构基本理论认知能力的同时，培养学生思考问题、分析问题和 解决问题的科学思维能力，提高材料科学与工程素养，为学好后续的专业课奠 定基础
二、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求指标点课程目标掌握材料结构及结构表征的掌握材料合成与制备、1.通过几何结晶学、结晶化学、材料结构及结构表征基础知识和基本理论。缺陷化学三大部分的学习，掌握的基本理论、基础知识空间群理论：建立晶体组成、结和基本技能。构、性质间的关系：掌握点缺陷及缺陷方程。初步具有运用材料合成与制2.培养学生材料结构基本理论备、材料结构及结构表征的认知能力的同时，培养学生思考基本方法、基本理论等分析问题、分析问题和解决问题的科具体问题的能力。学思维能力，提高材料科学与工程素养，为学好后续的专业课奠定基础。三、教学基本内容第一章晶体及其本质（支撑课程目标1）通过对本章的学习，掌握晶体的概念、晶体的基本特点，点阵与点阵结构相关的概念，理解晶体结构与点阵结构的联系与区别，熟悉空间点阵的类型，了解晶体与非晶体的关系、理想晶体和实际晶体的关系。SO绪论S1-1基本概念：晶体、同质多象、晶体的各向异性S1-2点阵与点阵结构：点阵与点阵结构、平移群、格子和晶胞S1-3实际晶体：单晶体与多晶体、实际晶体与理想晶体、二面角守恒定律第二章晶体的宏观对称性（支撑课程目标1）晶体的最本质的特点是其对称性，对称性又包括宏观对称性和微观对称性，本章节内容主要通过学习对称性概论、对称元素及其组合原理、32点群的概念及其推导、点群符号、对称元素的表示方法来阐述晶体的宏观对称性，掌握有关对称性的概念，32点群的概念，对称元素（点、晶向、晶面）的表示方法，熟悉32点群符号，了解运用对称元素组合原理推导32点群的思路，单形的种类。2
2 二、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 掌握材料合成与制备、 材料结构及结构表征 的基本理论、基础知识 和基本技能。 掌握材料结构及结构表征的 基础知识和基本理论。 1．通过几何结晶学、结晶化学、 缺陷化学三大部分的学习，掌握 空间群理论；建立晶体组成、结 构、性质间的关系；掌握点缺陷 及缺陷方程。 初步具有运用材料合成与制 备、材料结构及结构表征的 基本方法、基本理论等分析 具体问题的能力。 2．培养学生材料结构基本理论 认知能力的同时，培养学生思考 问题、分析问题和解决问题的科 学思维能力，提高材料科学与工 程素养，为学好后续的专业课奠 定基础。 三、教学基本内容 第一章 晶体及其本质（支撑课程目标1） 通过对本章的学习，掌握晶体的概念、晶体的基本特点，点阵与点阵结构相 关的概念，理解晶体结构与点阵结构的联系与区别，熟悉空间点阵的类型，了解 晶体与非晶体的关系、理想晶体和实际晶体的关系。 §0 绪论 §1-1基本概念：晶体、同质多象、晶体的各向异性 §1-2 点阵与点阵结构：点阵与点阵结构、平移群、格子和晶胞 §1-3 实际晶体：单晶体与多晶体、实际晶体与理想晶体、二面角守恒定律 第二章 晶体的宏观对称性（支撑课程目标1） 晶体的最本质的特点是其对称性，对称性又包括宏观对称性和微观对称性， 本章节内容主要通过学习对称性概论、对称元素及其组合原理、32点群的概念及 其推导、点群符号、对称元素的表示方法来阐述晶体的宏观对称性，掌握有关对 称性的概念，32点群的概念，对称元素（点、晶向、晶面）的表示方法，熟悉32 点群符号，了解运用对称元素组合原理推导32点群的思路，单形的种类
S2-1对称性概念1）基本概念：等同图形、对称动作、对称图形的阶次2）宏观对称元素：反映面、对称中心、旋转轴、反轴3）对称性定律S2-2对称元素组合原理1)反映面之间的组合2）反映面与旋转轴的组合3）旋转轴与对称中心的组合4）旋转轴之间的组合S2-3晶体的32点群1)晶体32点群的概念及推导2)点群符号3）晶体的定向S2-4点阵几何元素的表示方法1)结点位置表示方法2)晶向的表示方法：晶向指数3)晶面的表示方法：整数定律、晶面指数4)晶带5）面间距S2-5单形第三章晶体微观对称性（支撑课程目标1）晶体的最本质的特点是其对称性，对称性又包括宏观对称性和微观对称性，本章节主要单述晶体的微观对称性，掌握运用布拉威法则来推导十四种布拉威格子：微观对称元素：空间群的概念：了解微观对称元素组合原理、空间群的符号。S3-17个晶系和14种空间格子S3-2晶体的微观对称元素：点阵、螺旋轴、滑移面S3-3晶体的230种空间群简介：空间群的符号、等效点系第四章结晶化学概论（支择课程目标1）掌握球的两种最密堆积方式（面心立方密堆积、六方密堆积）及其四面体、八面体空隙位置以及固溶体等重要概念，熟悉离子晶体的堆积中离子半径比对配en
3 §2-1对称性概念 1） 基本概念：等同图形、对称动作、对称图形的阶次 2） 宏观对称元素：反映面、对称中心、旋转轴、反轴 3） 对称性定律 §2-2对称元素组合原理 1） 反映面之间的组合 2） 反映面与旋转轴的组合 3 ）旋转轴与对称中心的组合 4） 旋转轴之间的组合 §2-3 晶体的32点群 1） 晶体32点群的概念及推导 2） 点群符号 3） 晶体的定向 §2-4 点阵几何元素的表示方法 1） 结点位置表示方法 2） 晶向的表示方法：晶向指数 3） 晶面的表示方法：整数定律、晶面指数 4） 晶带 5） 面间距 §2-5 单形 第三章 晶体微观对称性（支撑课程目标1） 晶体的最本质的特点是其对称性，对称性又包括宏观对称性和微观对称性， 本章节主要阐述晶体的微观对称性，掌握运用布拉威法则来推导十四种布拉威格 子；微观对称元素；空间群的概念；了解微观对称元素组合原理、空间群的符号。 §3-1 7个晶系和14种空间格子 §3-2 晶体的微观对称元素：点阵、螺旋轴、滑移面 §3-3 晶体的230种空间群简介：空间群的符号、等效点系 第四章 结晶化学概论（支撑课程目标1） 掌握球的两种最密堆积方式（面心立方密堆积、六方密堆积）及其四面体、 八面体空隙位置以及固溶体等重要概念，熟悉离子晶体的堆积中离子半径比对配
位数的影响，了解不同方法推导离子半径的思路。S4-1等径球的密堆积1）立方A1，六方A最紧密堆积，A2堆积2）空间利用率3）多层堆积4）原子半径S4-2不等径球的密堆积1）最紧密堆积的空隙类型2）离子晶体的堆积3）离子半径比对结构的影响4）离子半径的求解S4-3晶体结构研究的重要性1）同质多象及分类2）类质同象3）固溶体和反常固溶体4）晶体的连生与外退第五章离子键和共价键（支撑课程目标1）主要阐述共价键晶体化学和离子键晶体化学两大部分，通过学习掌握运用杂化轨道理论来分析共价键晶体，运用结晶化学定律、鲍林规则分析具体的离子键晶体结构，熟悉晶格能的概念、计算、应用，了解离子键和共价键的相互过渡知识。S5-1共价键：共价键，共价半径，杂化轨道理论，共价型晶体S5-2离子键：包括晶格能及其应用，配位数对晶体中离子半径的影响，结晶化学定律，离子大小与晶体结构，离子极化及对晶体结构的影响，S5-3鲍林规则第六章四面体配位的结晶化学（支撑课程目标1、2）通过对四面体配位的结晶化学的学习，掌握硅酸盐晶体种类多的原因、分类依据、每类硅酸盐晶体代表性的晶体结构，掌握立方ZnS的晶体结构，熟悉六方ZnS的晶体结构，了解A型分子筛的结构、应用，SO3的结构、P2O5的结构S6-1硅酸盐4
4 位数的影响，了解不同方法推导离子半径的思路。 §4-1 等径球的密堆积 1） 立方 A1，六方A3最紧密堆积，A2堆积 2） 空间利用率 3 ）多层堆积 4 ）原子半径 §4-2 不等径球的密堆积 1） 最紧密堆积的空隙类型 2 ）离子晶体的堆积 3） 离子半径比对结构的影响 4） 离子半径的求解 §4-3 晶体结构研究的重要性 1） 同质多象及分类 2） 类质同象 3） 固溶体和反常固溶体 4） 晶体的连生与外退 第五章 离子键和共价键（支撑课程目标1） 主要阐述共价键晶体化学和离子键晶体化学两大部分，通过学习掌握运用杂 化轨道理论来分析共价键晶体，运用结晶化学定律、鲍林规则分析具体的离子键 晶体结构，熟悉晶格能的概念、计算、应用，了解离子键和共价键的相互过渡知 识。 §5-1 共价键：共价键，共价半径，杂化轨道理论，共价型晶体 §5-2 离子键：包括晶格能及其应用，配位数对晶体中离子半径的影响，结晶 化学定律，离子大小与晶体结构，离子极化及对晶体结构的影响， §5-3 鲍林规则 第六章 四面体配位的结晶化学（支撑课程目标1、2） 通过对四面体配位的结晶化学的学习，掌握硅酸盐晶体种类多的原因、分类 依据、每类硅酸盐晶体代表性的晶体结构，掌握立方ZnS的晶体结构，熟悉六方ZnS 的晶体结构，了解A型分子筛的结构、应用，SO3的结构、P2O5的结构 §6-1 硅酸盐
1）硅酸盐的结构特征2）硅酸盐的分类3）硅酸盐的结晶化学$6-2分子筛1）分子筛结构特征2）A型分子筛的结构$6-3ZnS的结构1）ZnS的两种结构2）不定比性和无序结构3）衍生结构（有序超结构）第七章八面体配位的结晶化学（支撑课程目标1、2）通过对八面体配位的结晶化学的学习，掌握钙钛矿（CaTiO3）型结构、ReO3结构、NaC型结构、金红石和NiAs型、刚玉和有关结构的晶体化学，熟类钨青锯（AxWO3）结构、不定比性及其超导性，了解BaTiO3铁电晶体、LiNiO2型、LiFeO2型、LiNbO3和FeTiO3结构。S7-1钙钛矿的结构1）钙钛矿（CaTiO3）型结构2）压电晶体、热电晶体和铁电晶体S7-2ReO3和相关结构1）ReO03结构2)钨青铜结构及其超导电性S7-3Cdl2型和CdCl2型结构S7-4金红石和相关结构1）金红石结构2）双金红石链结构$7-5NaCI型结构1）NaCI结构2)晶格能对晶体结构的影响3）不定比性和超结构S7-6NiAs型结构n
5 1） 硅酸盐的结构特征 2）硅酸盐的分类 3） 硅酸盐的结晶化学 §6-2 分子筛 1）分子筛结构特征 2） A型分子筛的结构 §6-3 ZnS的结构 1）ZnS的两种结构 2） 不定比性和无序结构 3） 衍生结构（有序超结构） 第七章 八面体配位的结晶化学（支撑课程目标1、2） 通过对八面体配位的结晶化学的学习，掌握钙钛矿（CaTiO3）型结构、ReO3 结构、NaCl型结构、金红石和NiAs型、刚玉和有关结构的晶体化学，熟悉钨青铜 （AxWO3）结构、不定比性及其超导性，了解BaTiO3铁电晶体、LiNiO2型、LiFeO2 型、LiNbO3和FeTiO3结构。 §7-1 钙钛矿的结构 1）钙钛矿（CaTiO3）型结构 2）压电晶体、热电晶体和铁电晶体 §7-2 ReO3和相关结构 1) ReO3结构 2) 钨青铜结构及其超导电性 §7-3 CdI2型和CdCl2型结构 §7-4 金红石和相关结构 1) 金红石结构 2) 双金红石链结构 §7-5 NaCl型结构 1) NaCl结构 2) 晶格能对晶体结构的影响 3) 不定比性和超结构 §7-6 NiAs型结构