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晶体学入门（一）干冰是简单立方还是面心立方？
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看到镜先生居然又开始以外行身份讨论晶体学了，俺作为前内行不得不出来说两句。Synthon不才，当年高中时候由吴国庆先生带入了晶体学的大门，记得吴先生当年还在《大学化学》上发表过一篇文章，题目就叫做《混乱的晶系》，讲的就是晶体学定义不清的问题。后来Synthon研究生时候，又在一个晶体学实验室学习过两年。Synthon自以为驽钝，不能像师兄们那样解晶体如同做菜一样信手拈来（当然Synthon做菜也很差），于是改行做催化至今。但是这么多年晶体学的学习，发现吴先生说的没错，对晶体学的错误理解实在是太多了，所以咱们先从最基础的东西开始。
先来个disclaimer：本文暂时跟镜先生的言论无关，主要讲点儿晶体学基本概念。
晶体学最基础的东西叫做晶胞，晶胞就是最小的能重复的平行六面体单位。晶胞是由等同点构成的，等同点，顾名思义，就是他们都是等同的。等同点和晶胞都是从原子分子排列中抽象出来的。我们先来看个简单点儿的，这里是黄金的结构：
我们可以看到，这是一个立方体，每一个顶点和每一个面心都有金原子。那么显而易见，每一个顶点上的原子互为等同点，每一个面心上的原子也互为等同点，那么顶点的原子和面心的原子是否互为等同点呢？如果我们把一个顶点处的三边定义成xyz三个坐标轴的话，那么任何一个顶点的原子，如果沿x轴走半条边的长度，再沿y轴走半条边的长度，那么它就会跟面心的原子重合。如果面心的原子，沿x轴走半条边的长度，再沿y轴走半条边的长度，它又会跟顶点的原子重合。所以说顶点的原子和面心的原子互为等同点，也就是说，上图就是金晶体的晶胞，每个球都是一个等同点，所以金晶体是面心立方晶体。
那么我们再来看氯化钠，如下图所示：
可以看到，每个顶点和面心都是氯，每条边的中心都是钠。我们上面已经说过了，所有的氯都是等同点，同理也可以发现，所有的钠都是等同点，而很显然，氯和钠是两种不同的原子，不是等同的。所以在氯化钠晶体里面，是相邻的一个氯和一个钠抽象成一个等同点。那么如果我们在几何空间里把等同点的位置放在氯和钠的中点的话（其实也可以放在氯的位置，或者钠的位置，只要保证对所有的等同点位置选取的方式一样即可），可以看出氯化钠也是面心立方晶体。
下面再看二氧化碳（干冰）晶体，这个是初学者和外行很容易犯的错误。结构如下：
这是一个分子晶体，看起来也是面心立方。每个顶点和每个面心都有CO2分子。那么在这个结构里面，等同点是怎样的呢？是每个CO2分子么？我们继续沿用上面的方法，让每个顶点的二氧化碳分子，沿x轴走半条边的长度，再沿y轴走半条边的长度，那么是否与面心的分子重合呢？我们可以看到，碳原子和碳原子是重合了，但是氧原子和氧原子没有重合，因为碳氧键伸展的方向不一致。所以说，在这里顶点和面心不是等同点。如果我们再仔细的看一下这个立体图，就会发现，其实是相邻的每四个二氧化碳分子可以抽象成一个等同点，而二氧化碳晶体的结构，其实是简单立方而不是面心立方。
这是初学晶体的人很容易犯的一个错误，如果继续学习，自然可以纠错。但是在读研究生的时候我发现，很多化学工作者是没有认真学习过晶体学的，只是大概了解一下，就大量的在自己的科研里面开始用了。上述干冰的错误，在我们实验室的例会上时有发生。所以我写了本文，希望对一些对晶体学感兴趣的朋友们有些帮助。
当然，本文待续，后面还有很多（又是一个挖坑不填的。。。）
https://blog.sciencenet.cn/blog-2361-662409.html
上一篇：什么是PM2.5
下一篇：说说审稿遇到的常见错误：不死的催化剂
先来个disclaimer：本文暂时跟镜先生的言论无关，主要讲点儿晶体学基本概念。
晶体学最基础的东西叫做晶胞，晶胞就是最小的能重复的平行六面体单位。晶胞是由等同点构成的，等同点，顾名思义，就是他们都是等同的。等同点和晶胞都是从原子分子排列中抽象出来的。我们先来看个简单点儿的，这里是黄金的结构：
我们可以看到，这是一个立方体，每一个顶点和每一个面心都有金原子。那么显而易见，每一个顶点上的原子互为等同点，每一个面心上的原子也互为等同点，那么顶点的原子和面心的原子是否互为等同点呢？如果我们把一个顶点处的三边定义成xyz三个坐标轴的话，那么任何一个顶点的原子，如果沿x轴走半条边的长度，再沿y轴走半条边的长度，那么它就会跟面心的原子重合。如果面心的原子，沿x轴走半条边的长度，再沿y轴走半条边的长度，它又会跟顶点的原子重合。所以说顶点的原子和面心的原子互为等同点，也就是说，上图就是金晶体的晶胞，每个球都是一个等同点，所以金晶体是面心立方晶体。
那么我们再来看氯化钠，如下图所示：
可以看到，每个顶点和面心都是氯，每条边的中心都是钠。我们上面已经说过了，所有的氯都是等同点，同理也可以发现，所有的钠都是等同点，而很显然，氯和钠是两种不同的原子，不是等同的。所以在氯化钠晶体里面，是相邻的一个氯和一个钠抽象成一个等同点。那么如果我们在几何空间里把等同点的位置放在氯和钠的中点的话（其实也可以放在氯的位置，或者钠的位置，只要保证对所有的等同点位置选取的方式一样即可），可以看出氯化钠也是面心立方晶体。
下面再看二氧化碳（干冰）晶体，这个是初学者和外行很容易犯的错误。结构如下：
这是一个分子晶体，看起来也是面心立方。每个顶点和每个面心都有CO2分子。那么在这个结构里面，等同点是怎样的呢？是每个CO2分子么？我们继续沿用上面的方法，让每个顶点的二氧化碳分子，沿x轴走半条边的长度，再沿y轴走半条边的长度，那么是否与面心的分子重合呢？我们可以看到，碳原子和碳原子是重合了，但是氧原子和氧原子没有重合，因为碳氧键伸展的方向不一致。所以说，在这里顶点和面心不是等同点。如果我们再仔细的看一下这个立体图，就会发现，其实是相邻的每四个二氧化碳分子可以抽象成一个等同点，而二氧化碳晶体的结构，其实是简单立方而不是面心立方。
这是初学晶体的人很容易犯的一个错误，如果继续学习，自然可以纠错。但是在读研究生的时候我发现，很多化学工作者是没有认真学习过晶体学的，只是大概了解一下，就大量的在自己的科研里面开始用了。上述干冰的错误，在我们实验室的例会上时有发生。所以我写了本文，希望对一些对晶体学感兴趣的朋友们有些帮助。
当然，本文待续，后面还有很多（又是一个挖坑不填的。。。）
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