晶体化学

晶体化学（精选十篇）

晶体化学 篇1

近年来,铜材料的研究也是一个热点,各种形貌的铜已经得以合成,如Wang等[8]利用电子束的照射通过不同的生长机理得到单晶Cu纳米棒;Weng等[9]采用无电沉积的方法合成了细丝状的铜。铜的枝状晶体,由于具有大的比表面积、特殊的结构,引起了人们广泛的研究兴趣。

电化学方法,操作简单,反应条件温和,易控制,因而是合成不同形貌材料的有效方法[10,11,12]。采用表面活性剂辅助的电化学方法制备铜的枝状晶体,目前研究的较少。本工作采用十二烷基硫酸钠(SDS)辅助的恒电位电化学沉积法成功地制备了铜的枝状晶体,通过扫描电子显微镜(SEM)研究了各实验参数,如电沉积时间、电位和十二烷基硫酸钠的浓度,对枝晶形貌的影响。

1 实验

1.1 试剂

二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)、十二烷基硫酸钠(SDS)、浓硫酸均为分析纯。

1.2 枝状晶体铜的制备

电解液的配制:先配置0.1mol·L-1硫酸溶液,再依次向其中添加CuCl2·2H2O和十二烷基硫酸钠(SDS),使溶液中CuCl2的浓度为0.1mol·L-1,SDS的浓度通常为40g·L-1(也可根据实验需要加入不同量的SDS)。

电化学沉积:分别将恒电位仪的正、负极与铜片(1.5cm×0.8 cm)相连,两个铜片保持平行,垂直插入电解液中,在室温,1.0 V的电位下电化学沉积5 min(可根据实验需要改变电位和沉积时间),将与负极相连的铜片取出,用二次水清洗干净、干燥。

1.3 产物表征

采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对产物的形貌和物质结构进行表征。将干燥过的铜片剪下一小块,附着样品的面向上、底向下,粘在样品台上镀约5nm厚的铂膜后,即可进行扫描电子显微镜(SEM,JEOL JSM-5610LV SEM)观察;将电沉积的产物从铜片上取下,即可进行X射线衍射(XRD,D/Max-RA型X射线衍射仪)的物相分析。

2 结果与讨论

2.1 枝状晶体铜的形貌表征

SEM是表征物质形貌的可靠工具,XRD可检测样品的晶体结构和相纯度。图1a,b分别是电解液中不含有和含有十二烷基硫酸钠(SDS)时,进行恒电位沉积得到产物的SEM图,可知,SDS的加入使产物的形貌由无规则的块体转变为具有明显主干的枝晶,说明SDS可以有效控制物质的形貌。图1c是枝状晶体的XRD图,所有的衍射峰都归属为铜的面心立方(fcc)结构,与标准衍射卡(JCPDS 04-0836)相一致,没有观察到其他的衍射峰,说明产物具有较高的纯度。

2.2 实验参数对枝状晶体铜形貌的影响

反应时间是考察晶体形成的一个极其重要的参数,图2显示了电沉积时间对枝状晶体铜形貌的影响。由图2a可知,当反应时间为1 min时,得到的是数量少、主干仅有几微米长、枝晶形貌不显著的结构;随着反应时间的延长,枝晶的尺寸变大,主干已达几十微米,数量也大大增加,布满了整个基底;当反应时间进一步延长至5 min时,发现枝晶的主干和枝变粗,并以枝作为新的生长点出现了二级、三级等次级枝晶结构;当沉积时间为10 min时,得到的是交织在一起的枝状晶体;根据成核限制聚集模型(NLA模型)(在分形枝体尖端,表面张力波扰动随机成核,晶核是分形聚集的基本单位,只有当局部的浓度高于临界饱和度时才发生),当反应时间为1 min时,在基底表面快速成核,晶核的形貌与树枝的形貌类似;随着反应时间的延长,晶核保持原有的形貌进一步生长,得到枝状晶体;由于侧枝不稳定性,快速生长的主干尖端变钝,速度降低,并在侧枝上出现次级枝晶;次级枝晶进一步生长,最终得到交织在一起的枝状晶体,这是一个成核-生长-再生长的过程。

电化学沉积电位是研究枝晶铜生长的重要因素。由图3所示,当电位低于0.1 V时,得到的无规则块体的尺寸随着电位的增加逐渐增大;当电位增至0.5 V时,开始出现类似于枝状晶体的结构;当电位进一步增至0.8 V时,得到尺寸较小的枝晶铜;此后枝晶的尺寸随电位的增加而增大,并在侧枝上出现了二级、三级等次级枝状晶体,如图3e所示;随着电位增加至1.5 V,次级枝晶进一步生长,最终交织在一起。实验结果表明,当电沉积电位大于0.5 V时,局部的浓度高于临界饱和度,开始快速成核,枝晶的尺寸也随着电位的增加而增大,并最终得到尺寸均一的交织在一起的枝状晶体。

SDS的浓度也是研究枝晶生长的另一个重要因素。如图4所示,通过大量的实验,发现SDS浓度小于3 g·L-1时,得到的是无规则的块体。随着SDS浓度的逐渐增加,得到是由均匀的块体堆积起来的类似于树枝状形貌的结构,如图4b,c所示;当SDS浓度为20 g·L-1时,才开始出现枝状晶体,且它的尺寸和数量随SDS浓度的增加而增大,并出现二级、三级等次级枝晶,如图4e,f所示;当SDS浓度大于120 g·L-1时,次级枝晶进一步生长,交织在一起。实验结果表明,当SDS浓度大于3 g·L-1时,局部浓度高于临界饱和度,枝晶开始快速成核。在低浓度下,得到的是小晶粒定向、有序排列形成的枝晶;当浓度大于20 g·L-1时,枝晶的尺寸和数量随着SDS浓度的增加而增大,并出现二级、三级等次级枝晶;当SDS浓度进一步

增大至120 g·L-1时,次级枝晶进一步生长相互交织,形貌几乎不再随SDS浓度的增大而变化。由于枝状晶体的生长机理非常复杂,SDS是一种表面活性剂,它在铜的枝状晶体的形成过程中所起的作用还不是很清楚,仍需要进一步的研究。

3 结论

(1)以十二烷基硫酸钠(SDS)为添加剂,采用恒电位电化学沉积方法,成功地制备了面心立方晶相、尺寸达微米级的枝状晶体铜。

(2)通过考察实验参数对枝晶铜形貌的影响,研究枝状晶体铜的形成过程,发现枝晶的生长经历了成核-生长-再生长的过程。

(3)表面活性剂辅助的电化学方法操作简单、实验条件温和、易控制,是一种有效的合成方法,有望应用于制备其他各种金属的枝晶结构。

摘要：以CuCl2为前驱体,十二烷基硫酸钠(SDS)为添加剂,采用电化学沉积方法,在室温条件下,成功地制得了Cu的枝状晶体。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对枝晶铜进行了形貌和物质结构的表征;制得的枝晶铜尺寸达到微米级,为面心立方晶相。通过研究各实验参数,如电沉积时间、电位和十二烷基硫酸钠(SDS)的浓度对枝状晶体形貌的影响,发现枝晶铜的生长过程经历了成核-生长-再生长的过程。

关键词：枝状晶体,铜,电化学沉积,制备,十二烷基硫酸钠

参考文献

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晶体化学 篇2

(一)引入新课

1.写出NaCl 、CO2 、H2O 的电子式。

2.NaCl晶体是由Na+和Cl—通过 形成的晶体。

一、离子晶体

1、概念：离子间通过离子键形成的晶体

2、空间结构

以NaCl 、CsCl为例来，以媒体为手段，攻克离子晶体空间结构这一难点

如图为NaCl晶体结构图，图中直线交点处为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体积的大小)。

(1)请将其代表Na+的用笔涂黑圆点，以完成 NaCl晶体结构示意图。并确定晶体的晶胞，分析其构成。

(2)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相等的 Na+共有多少个?

下图中心圆甲涂黑为Na+，与之相隔均要涂黑

(1)分析图为8个小立方体构成，为晶体的晶胞，

(2)计算在该晶胞中含有Na+的数目。在晶胞中心有1个Na+外，在棱上共有4个Na+，一个晶胞有6个面，与这6个面相接的其他晶胞还有6个面，共12个面。又因棱上每个Na+又为周围4个晶胞所共有，所以该晶胞独占的是12×1/4=3个.该晶胞共有的Na+为4个。

晶胞中含有的Cl-数：Cl-位于顶点及面心处，每.个平面上有4个顶点与1个面心，而每个顶点上的氯离于又为8个晶胞(本层4个，上层4个)所共有。该晶胞独占8×1/8=1个。一个晶胞有6个面，每面有一个面心氯离子，又为两个晶胞共有，所以该晶胞中独占的Cl-数为6×1/2=3。

不难推出，n(Na+):n(Cl-)=4:4:1:1。化学式为NaCl.

(3)以中心Na+为依据，画上或找出三个平面(主个平面互相垂直)。在每个平面上的Na+都与中心 Na+最近且为等距离。

每个平面上又都有4个Na+，所以与Na+最近相邻且等距的Na+为3×4=12个。

(1)含8个小立方体的NaCl晶体示意图为一个晶胞

(2)在晶胞中Na+与Cl-个数比为1:1.

(3)12个

3、离子晶体结构对其性质的影响

(1)离子晶体熔、沸点的高低取决于离子键的强弱，而离子晶体的稳定性又取决于什么?在离子晶体中，构成晶体的粒子和构成离子键的`粒子是相同的，即都是阴、阳离子。离子晶体发生三态变化，破坏的是离子键。也就是离子键强弱即决定了晶体熔、沸点的高低，又决定了晶体稳定性的强弱。

(2)离子晶体中为何不存在单个的小分子?

在离子晶体中，阴、阳离子既可以看作是带电的质点，又要以看作是带电的球体，其中，阳离子总是尽可能的多吸引阴离子、阴离子又总是尽可能多的吸引阴离子(只要空间条件允许的话)这种结构向空间延伸，即晶体多大，分子就有多大，晶体内根本不存在单个的小分子，整个晶体就是一个大分子。

4、离子晶体的判断及晶胞折算

(1)如何判断一种晶体是离子晶体

方法一：由组成晶体的晶格质点种类分：离子化合物一定为离子晶体。

方法二：由晶体的性质来分：①根据导电性：固态时不导电而熔化或溶解时能导电的一般为离子晶体。

②根据机械性能：具有较高硬度，且脆的为离子晶体。

(2)什么是晶胞?如何由晶胞来求算晶体的化学式?

构成晶体的结构粒子是按着一定的排列方式所形成的固态群体。在晶体结构中具有代表性的最小重复单位叫晶胞。

根据离子晶体的晶胞，求阴、阳离子个数比的方法?

①处于顶点上的离子：同时为8个晶胞共有，每个离子有1/8属于晶胞。

②处于棱上的离子：同时为4个晶胞共有，每个离子有1/4属于晶胞。

③处于面上的离子;同时为2个晶胞共有，每个离子有1/2属于晶胞。

④处于体心的离子：则完全属于该晶胞。

题目：在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示试回答：

(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个?

(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数化是多少?

由图看出，在每个钛离于的同层左、右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。

至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子是晶胞中的位置考虑。Ca2+位于立方体的中央为一个晶胞所独占;钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8=1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4=3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为 3:1:1

5、总结

1.离子间通过离子键结合而成的晶体叫离子晶体。构成离子晶体的微粒是阳离子和阴离子。离子晶体中，阳离子和阴离子间存在着较强的离子键，因此，离子晶体一般硬度较高，密度较大，熔、沸点较高。

2.一般地讲，化学式与结构相似的离子晶体，阴、阳离子半径越小，离子键越强，熔、沸点越高。如：KCI

离子晶体针对性训练

一、选择题

1.下列性质中，可以证明某化合物内一定存在离子键的是 ( )

A.可溶于水 B.有较高的熔点

C.水溶液能导电 D.熔融状态能导电

2.下列物质中，含有极性键的离子化合是。

A.CaCl2 B.Na202 C.NaOH D.K2S

3.Cs是IA族元素，F是VIIA族元素，估计Cs和F形成

的化合物可能是

A.离子化合物 B.化学式为CsF2

C. 室温为固体 D.室温为气体

4.某物质的晶体中含A、B、C三种元素，其排列方式如图所示(其中前后两面心上的B原子未能画

出)，晶体中A、B、C的中原子个数之比依次为

A.1:3:1 B.2:3:1

C.2:2:1 D.1:3:3

5.NaF，Nal，MgO均为离子化合物，根据下列数据，这三种化合物的熔点高低顺序是 ( )

物质

①NaF

②NaI

③MgO

离子电荷数

1

1

3

m

2.31

3.18

2.10

A.①>②>③ B.③>①>②

C.③>②>① D.②>①>③

6.在NaCl晶体中与每个Na+距离等同且最近的几个Cl-所围成的空间几何构型为 ( )

A.正四面体 B.正六面体

C.正八面体 D.正十二面体

7.如图是氯化铯晶体的晶胞(晶体中最小的重复单元)，已知晶体中2个最近的Cs+离子核间距为a cm，氯化铯的式量为M，NA为阿伏加德罗常数，则氯化铯晶体的密度为

B. C. D.

二、填空题

8.参考下列熔点数据回答：

物质

NaF

NaCl

NaBr

NaI

熔点℃

995

801

755

651

物质

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

熔点℃

801

776

715

646

钠的卤化物从NaF到NaI及碱金属的氯化物从NaCl到CsCl的熔点逐渐____________这与__________有关。随__________增大__________减小，故熔点__________逐渐 。

9.某离子晶体晶胞结构如下图所示，x位于立方体的顶点，Y位于立方体中心。试分析：

(1)晶体中每个Y同时吸引着__________个X，每个x同时吸引着__________个Y，该晶体的化学式为__________ 。

(2)晶体中在每个X周围与它最接近且距离相等的X共有__________个。

(3)晶体中距离最近的2个X与1个Y形成的夹角∠XYX的度数为__________。

(4)设该晶体的摩尔质量为M g·mol-1，晶体密度为ρ·cm-3，阿伏加德罗常数为NA则晶体中两个距离最近的X中心间的距离为__________ 。

10.晶体具有规则的几何外型、晶体中最基本的重复单位称为晶胞。NaCl晶体结构如图所示。已知FexO晶体晶胞结构为NaCl型，由于晶体缺陷，x值小于1

测知FexO晶体密度为ρ=5.71 g·cm-3，晶胞边长为4.28×10-10 m。

(1)FexO中x值(精确至O.01)为

(2)晶体中的Fe分别为Fe2+、Fe3+，在Fe2+和Fe3+的总数中，Fe2+所占分数(用小数表示，精确至0.001)为 ______________。

(3)此晶体的化学式为 _____________。

(4)与某个Fe2+(或Fe3+)距离最近且等距离的O2-围成的空间几何形状是_____________。

(5)在晶体中，铁元素间最短距离为_____________cm

11.有一种蓝色晶体，它的结构特征是Fe2+和Fe3+分别占据立方体互不相邻的顶点，而CN-离子位于立方体的棱上。

(1)根据晶体结构特点，推出其化学式(用最简单整数表示)__________________________。

(2)此化学式带何种电荷?用什么样的离子(用Mn+表示)与其结合成中性的化学式?写出此电中性的化学式。

答：

(3)指出(2)中添加离子在晶体结构中的什么位置。

答：

12.1986年，瑞士两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体，使超导工作取得突破性进展，为此两位科学家获得了1987年的Nobel物理学奖。其晶胞结构如图。

(1)根据图示晶胞结构，推算晶体中Y，Cu，Ba和O原子个数比，确定其化学式

(2)根据(1)所推出的化合物的组成，计算其中Cu原子的平均化合价(该化合物中各元素的化合价为Y+3，Ba+2，Cu+2和Cu+3)试计算化合物中这两种价态Cu原子个数比

离子晶体针对性练习答案

一、选择题

1.D 2.C 3.AC 4.A 5.B 6.C 7.C

二、填空题

8.降低 阴离子半径由F-到I-逐渐增大离半径 阴、阳离子相互吸引 降低

9.(1)4 8 XY2(或Y2X)

(2)12 (3)109°28

10.(1)0.92 (2)0.826

(4)正八面体 (5)3.03×10-10

11.(1)FeFe(CN)6-(2)带一个单位负电荷，可用Na+，K+，Rb+ (用M+表示)与之结合MFeFe(CN)6

(3)M+在每隔一个立方体的体心上。

12.(1)YBa2Cu3O7

专题7 化学键 晶体结构 篇3

例1 下列分子中所有原子都满足最外层为8电子结构的是（ ）

A．SiCl4 B．H2O C．BF3 D．PCl5

解析 第一步，看物质中有没有氢元素或稀有气体元素。若有，则肯定不会满足8电子结构，B项不满足；第二步，想一下是否在学习过程中书写过这些物质的电子式，根据电子式判断；第三步，标出物质中各元素的化合价，按“原子的最外层电子+化合价绝对值”计算，若结果等于8，则满足8电子稳定结构，C、D项不满足。答案：A。

点评 对于简单、熟悉的分子，可由电子式来判断原子的最外层是否是8电子结构；对于陌生、复杂的分子，可由原子的最外层电子数及成键原子的个数进行定性或定量判断。

考点2 分子极性、化学键判断

例2 下列叙述正确的是（ ）

A．离子化合物中不可能存在非极性键

B．非极性分子中不可能既含极性键又含非极性键

C．非极性分子中一定含有非极性键

D．两个不同非金属元素原子之间形成的化学键都是极性键

解析 离子化合物中可能存在非极性键，如Na2O2，A项错误；非极性分子中，既含极性键又含非极性键是可能的，如乙炔（HC≡CH）分子，B项错误；由极性键组成的多原子分子，只要分子结构对称就是非极性分子，如二氧化碳（O＝C＝O）分子，C项错误；不同非金属原子吸引电子的能力不同，共用电子对必偏向其中一方而形成极性键，D项正确。答案：D。

点评 熟练掌握一些常见重要化合物的化学键构成情况，如：Na2O2、NaOH、C2H2、CO2、H2O2、NH4Cl等。分子的极性一般与物质的空间结构有关，对于ABn型分子，其规则是中心原子A的化合价的绝对值若等于最外层电子数，则属于非极性分子，反之属于极性分子。掌握一些常见的多原子非极性分子，如：CH4、CX4、SiH4、SiX4、CO2、CS2、C2H2、BF3、BeCl2、P4等。

考点3 晶体类型及性质判断

例3 下列各组物质的熔点变化规律，与化学键无关的是（ ）

A．F2、Cl2、Br2、I2的熔点依次升高

B．Li、Na、K、Rb的熔点依次降低

C．NaF、NaCl、NaBr、NaI的熔点依次降低

D．晶体硅、碳化硅、金刚石的熔点依次升高

解析 F2、Cl2、Br2、I2的分子间作用力逐渐增大，熔点依次升高，与化学键无关，A项正确；Li、Na、K、Rb的金属键依次减弱，熔点依次降低，B项错误；NaF、NaCl、NaBr、NaI的离子键逐渐减弱，熔点依次降低，C项错误；晶体硅、碳化硅、金刚石的共价键逐渐增强，熔点依次升高，D项错误。答案：A。

考点4 晶体结构及其计算

例4 有下列离子晶体的空间结构示意图。图中和化学式中M分别代表阳离子，○和化学式中N分别代表阴离子，则化学式为MN2的晶体结构为（ ）

[A][B][C][D]

解析 由均摊法知：立方体的顶点对离子晶体的晶胞所作的贡献为[18]；棱上的点所作贡献为[14]；面上的点所作贡献为[12]；体心所作贡献为1。B选项正确。

点评 识记常见的晶体结构，加深对晶体结构的认识，弄清楚[18]、[14]、[12]等“折扣”的含义和适用情况。

【专题训练】

1．下列各组物质气化或熔化时，所克服的微粒间的作用（力），属同种类型的是（ ）

①碘和干冰的升华 ②氯化钠和铁的熔化 ③二氧化硅和生石灰的熔化 ④苯和己烷的蒸发

A．①②③④ B．③④ C．①②④ D．①④

2．下列物质的熔沸点高低顺序正确的是（ ）

A．金刚石＞晶体硅＞碳化硅

B．CI4＞CBr4＞CCl4＞CH4

C．MgO＞O2＞H2O＞N2＞H2

D．金刚石＞生铁＞纯铁＞钠

3．观察下列模型并结合有关信息进行判断，下列说法错误的是（ ）

[&HCN&S8&BF3&B12结构单元&结构模型

示意图&&&&&备注&/&易溶于CS2&平面三角形&熔点1873 K&]

A．HCN的结构式为H-C≡N

B．固态S8属于原子晶体

C．BF3是由极性键构成的非极性分子

D．单质硼属于原子晶体，其结构单元中含有30个B-B键

4．固体A的化学式为NH5，它的所有原子最外层都符合稀有气体原子的最外层结构。则下列有关说法不正确的是（ ）

A．NH5中既有离子键又有共价键

B．NH5的熔沸点高于NH3

C．1 mol NH5中含有5 mol N-H键

D．NH5固体投入少量水中，可产生两种气体

5．已知C3N4晶体具有比金刚石还大的硬度，且构成该晶体的微粒只以单键结合。下列关于C3N4晶体的说法错误的是（ ）

A．该晶体属于原子晶体，其化学键比金刚石更牢固

B．该晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子

C．该晶体中每个碳原子和氮原子的最外层都满足8电子结构

D．该晶体与金刚石相似，都是原子间以非极性键形成空间网状结构

6．已知甲、乙是元素周期表中前20号元素，它们的原子序数相差3，且能形成化合物丙。下列说法中正确的是（ ）

A．若丙属于离子晶体，则其中可能含有非极性键

B．若甲的单质在常温下为气体，则乙的单质在常温下也是气体

C．若甲、乙两种元素周期数相差1，则属于离子化合物的丙的水溶液一定呈碱性

D．若甲、乙兩种元素处于同一周期，则丙不可能是非极性分子

7．六氟化硫（SF6）分子呈正八面体，难以水解，在高压下仍有良好的绝缘性，在电器工业中有着广泛应用，但逸散到空气中会引起强温室效应。下列有关SF6的推测错误的是（ ）

A．SF6易燃烧生成SO2和HF

B．如果F元素有2种稳定的同位素，则SF6的不同分子种数为10

C．高温下，SF6微弱水解生成H2SO4和HF

D．SF6是非极性分子

8．用6.02×1023表示阿伏加德罗常数（NA）的值，下列说法错误的是（ ）

A．在SiO2晶体中，若含有1 mol Si原子 ，则含有Si―O键数为4NA

B．23.4 g NaCl晶体中含有0.1NA个右图所示的结构单元

C．12.4 g白磷中含有磷原子为0.4NA

D．18 g冰中含有氢键的数目最多为NA

9．现有A、B、C、D、E、F六种原子序数依次增大的前四周期主族元素，且分属四个周期。已知A、E同主族；B、C、D为同周期相邻的三种元素；B元素形成的化合物种数是所有元素中最多的；D、E的简单离子具有相同的电子层结构；F和B可形成FB2型离子化合物。请填写下列空白：

晶体化学 篇4

Diamond是Crystal Impact Gb R公司开发的结晶化学作图软件, 没有授权的单位和个人可以通过网站h t t p://crystalimpact.com/diamond/Default.htm下载免费试用版 (Diamond Demonstration Version 3.2i) , 利用这一软件完全可以满足我们的教学需求。这款软件能把各种晶体的结构以三维图像的方式展示出来, 把点阵、晶格、单胞、微观对称性、周期平移对称性等抽象的东西形象化, 使教学过程变得更加清晰明了, 把抽象的问题形象化, 把复杂的问题简单化, 以此加深学生对晶体学知识的理解和认识, 这将大大提高课堂的教学水平, 提高课堂讲授效果, 也可进一步培养学生的求知欲, 举一反三, 一举两得。同时, 由于这款软件的设计非常人性化, 没有复杂的操作要求, 不要求具备较多的计算机知识, 它可以很容易地被学生接受。下文以Diamond 3.2i版本为例, 通过典型的晶体结构, 即金刚石晶体结构的构建, 来说明Diamond软件在晶体化学教学过程中的辅助应用。金刚石的结构作为diamond软件的示例, 保存在xx:Program FilesDiamond3SamplesMinerals文件夹中, 文件名为Diamond.dsf。下面具体介绍使用Diamond软件来构建金刚石晶体的结构。

(1) 通过菜单操作:File—Open, 选定Diamond.dsf, 打开文件。

(2) 绘制金刚石的一个晶胞结构。通过Diamond软件, 可以很容易地绘制出金刚石的晶胞。具体做法如下:点击主窗口下面的快捷键destroy all, 清空主窗口;然后, 通过菜单Build—Fill—Unit Cell, 建立一个晶胞。再通过菜单操作Build—Connect Atoms, 使各个碳原子通过化学键连接起来。图中, 每个灰色小球表示一个C原子, 细黑线表示晶胞的边界。将鼠标箭头放在一个C原子上, 就显示出这个C原子的分数坐标和占位信息。利用这一功能, 可以写出金刚石晶体一个晶胞中8个原子的分数坐标:0, 0, 0 (顶角原子) ;1/2, 1/2, 0;1/2, 0, 1/2;0, 1/2, 1/2 (三个面心原子) ;3/4, 1/4, 1/4;1/4, 3/4, 1/4;1/4, 1/4, 3/4和3/4, 3/4, 3/4 (四个分处晶胞四条体对角线上的原子) 。

此外, 将鼠标箭头放在一个C—C键上, 显示出这个化学键的键长数据。通过鼠标左键点击主菜单最下面快捷键“Rotate”操作, 左右、上下转动图示, 全面观测金刚石晶体的三维立体结构。或者, 通过菜单操作, Picture—View direction, 从不同角度观测晶体, 如x、y、z方向, 或制定任意的 (u、v、w) 方向。

(3) 查看晶体结构信息。在主菜单右侧的窗口中, 点击“Date sheet”选项卡可以看到金刚石晶体的详细信息。General项中“ICSD-28862”表示金刚石在无机结晶学数据库“ICSD”中的编号;Bibliographic data项记录了这套晶体数据的出处, 包括作者、发表刊物、发表时间;Phase data项中, 符号“F d-3 m (227) -cubic”表示了金刚石晶体的空间群为第227号空间群“Fd-3 m”, 晶系为立方晶系;Atomic parameters项显示了金刚石晶体的一个结晶学不对称单元的分数坐标和占位信息。点击“distances”选项卡, 可以查看金刚石晶体中C—C键的键长, 为1.54。点击“Powder pattern”选项卡, 可以模拟出金刚石晶体的粉末衍射图, 在0~90°范围内共两个峰, 其晶面指数分别为 (111) 和 (022) 。

(4) 绘制金刚石晶体的点阵结构。金刚石晶体属于面心立方晶格 (F) , 根据点阵点的定义, 在晶体结构中确定点阵点应遵循下面两条规则: (1) 所选点所在位置的种类和空间位置完全相同, 如位于某种原子的中心位置, 或某个特定几何构型的面心、体心等; (2) 所选点的周围环境完全相同, 也就是说, 在该点的相同方向和距离上有相同的原子。很明显, 阳离子, 在一个金刚石晶胞中, 顶点的一个原子和面心的三个原子的种类和环境完全相同, 成为一类点, 而四个分处晶胞四条体对角线上的原子构成了另一类和环境完全相同的点。所以, 应该把第一类点中一个点和第二类中一个点看成一对, 并选择抽象成一个点阵点, 这套点阵点的位置我们就可以选定为第一类的四个原子的位置, 这就构成了金刚石的空间点阵。

然后利用Diamond软件, 绘制出金刚石的空间点阵。通过菜单操作Build—Fill—Super Cell, 弹出对话框, 选择“2×2×2 cells”, 点击OK确定。这样一个8倍的晶胞就显示在主窗口中, 进行原子的删减就可以得到金刚石的空间点阵, 因为选择的点阵点位置位于顶点和面心位置上, 所以把晶胞四条体对角线上的原子删掉就可以了。通过菜单操作View—Table—Create—Atoms, 窗口右侧就会出现Table of Create Atoms, 从中选中所有的第二类原子, 即68~99号原子, 点击删除。完成后, 剩余的点就构成金刚石的空间点阵。

在科学教学方法广泛推广的今天, 结构化学作为一门理论性极强的科学, 如何用形象而生动的方式来进行教学, 从而激发学生的学习兴趣, 一直是这门课程教学的难点之一。本文通过详细展示Diamond软件构建金刚石的晶体结构, 帮助学生更好地学习原子、分子和晶体的微观结构部分内容, 不仅能使教学形象化, 更能拓宽了学生的视野, 激发学习兴趣。

摘要：本文通过详细分析如何使用Diamond软件构建金刚石的晶体结构, 来说明Diamond软件在结构化学教学过程中的辅助应用。用形象的立体图像把抽象的原子结构展示给学生, 克服传统教学中可视化差、形象不够直观的缺点, 从而使深奥、抽象的结构化学课中原子、分子、晶体的微观结构部分的内容形象化、简单化, 提高结构化学的课堂教学质量。

关键词：结构化学,教学,Diamond软件

参考文献

[1]周薇薇, 王凤武, 陈永红.Diamond软件辅助《晶体化学》教学[J].淮南师范学院学报, 2012, 14 (3) :90-92.

[2]彭冬生.动画演示在《材料科学基础》教学中的应用[J].科技创新导报, 2013 (9) :158.

高中化学离子晶体教案 篇5

教材分析：关于离子晶体，教材以离子键的知识为基础，以学生比较熟悉的NaCl晶体为例子，介绍了离子晶体的结构模型，并对一些性质作了解释。教材还通过举例归纳一些离子晶体的溶解性，使教材与初中内容衔接，帮助学生复习初中学过的知识。该部分内容理论性较强，比较抽象，教材除了选择学生易接受的知识和使用通俗的语言外，还选配了较多的插图，以帮助学生理解知识，并提高兴趣。

学生分析：学生在高一曾学习了物质结构和元素周期律、离子键、共价键等知识，在此基础上，再学习离子晶体，不但可使学生对有关知识有更全面的了解，也可使学生进一步深化对所学知识的认识。但由于该内容抽象，离子晶体的化学式所表示的含义，学生不易理解，均摊法求晶体的化学式也是对学生来说也是一大难点。

设计思路：

1、为了加强直观教学，尽可能把复杂问题简单化，抽象问题具体化，降低学生理解知识的难度，激发学生的兴趣，我利用3D动画把离子晶体的空间结构充分展示给学生，关于均摊法求化学式也就由难变易，有效地突破了难点;

2、这节课我大胆改革，是一节学生自主学习课，全部的课程内容都在课件中体现，无须教师讲解，学生只要操作电脑就可以把本节内容学习，并配有课堂练习、趣味化学等，使学生的学习不局限在书本上，教师只起到引导、适时点拔的作用。(该课件在哈市课件大赛上获一等奖)

教学目标 知识与技能 了解离子晶体的晶体结构模型及其性质的一般特点;

理解离子晶体的晶体类型与性质的关系;

学会确定离子晶体化学式的方法。 过程与方法 培养学生提出问题，通过观察模型分析问题、解决问题的能力 情感态度与价值观 培养学生敢于质疑、勤于思索、勇于创新、积极实践的科学态度，体验发现的乐趣。 教学重点 离子晶体的结构模型 教学难点 均摊法求离子晶体的化学式 教学策略 诱导、分析、推理、归纳相结合，充分利用多媒体辅助教学。 教学准备 3D多媒体课件，安装在每个同学的电脑上，以便于学生自主操作。 教 学 过 程 预 设 教 师 活 动 预 设 学生活动预设 设计意图

教

过

程

引入：电脑展示几副晶体的图片，请同学说出这几种晶体的名称，并追问：你还能举出哪些固体是晶体?

小结：

1、晶体的定义

晶体的分类及依据：根据构成晶体的粒子种类及粒子间的相互作用不同分为离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体等。

提问并小结：

粒子种类：分子、原子、离子等

粒子间的相互作用：离子键、共价键、金属键、范德瓦耳斯力

过度：不同的离子，半径不同，空间排列方式也不相同，性质也会有差异

离子晶体

定义：离子间通过离子键结合面成的晶体

离子晶体的结构分析：(以NaCl、CsCl为例)

= 1 GB3 ① NaCl晶体：

课件展示：指导学生点击“NaCl晶体结构模型”

学生观察：在NaCl晶体中，每个Na+周围吸引着几个带相反电荷的Cl-?每个Cl-周围吸引着几个带相反电荷的Na+?

分析：每个Na+周围吸引着6个Cl-，每个Cl-周围同时吸引着6个Na+

追问：Na+周围紧邻且等距离的Na+是几个?

Cl-周围紧邻且等距离的Cl-是几个?

学生点击课件，观察分析

结论：在Na+周围紧邻且等距离的Na+是12个，在Cl-周围紧邻且等距离的Cl-也是12个

过渡：CsCl晶体与NaCl晶体结构相同吗?

= 2 GB3 ② CsCl晶体

课件展示：CsCl晶体结构模型

引导学生观察分析相同的两个问题，并得出

结论：

每个Cs+周围吸引着8个Cl-，每个Cl-周围吸引着8个Cs+;

Cl-周围紧邻且等距离的Cl-是6个

在Cs+周围紧邻且等距离的Cs+是6个

师总结讲解：

离子晶体的构成微粒：阴阳离子

NaCl与CsCl是化学式而非分子式

过渡：其它离子晶体的化学 式是如何确定的呢?

用均摊法确定晶体的化学式

= 1 roman i 处于顶点的粒子

= 2 roman ii 处于的棱上的粒子

晶体化学 篇6

一、课前精心准备

确定教学内容以后, 认真钻研教材, 分析学生的现有知识储备:必修2已经学过共价键的相关知识, 要充分挖掘学生已有的知识, 为本节课继续深入学习共价键的相关知识做好铺垫;设计好导学案, 充分利用好教材中的问题栏目如“你知道吗”、“交流与讨论”、“问题解决”等, 激发学生思考, 确定教学重难点, 制作好多媒体课件。

二、课中精讲点拨

新课导入时笔者设计了以下问题:

1. 通常哪些元素的原子之间能形成共价键?

2. 如何用电子式表示共价分子的形成过程?

3. 含有共价键的物质是否一定是共价分子?

4. 共价键的表示方法

a.电子式:

H2—— HCl—— H2O—— CH4

b.结构式:

H2—— O2 ——N2——

学生积极思考, 通过投影展示、板演和口头回答, 学生掌握情况很好。

新课学习时笔者设计了以下几个问题:

问题探究一——共价键的形成

1.两个原子为什么能成键?

2.是否所有的非金属单质中都存在共价键?

3.两个氢原子一定能形成氢气分子吗?

【多媒体展示】

【难点突破】为了让学生形象直观地形成“两个自旋方向相反的未成对电子才能形成稳定的共价键”的概念, 笔者采用多媒体动画来演示两个核外电子自旋方向相同和两个自旋方向相反的氢原子相互接近的情况, 并引用了泡利不相容原理帮助学生理解。学生感觉很新奇并理解了共价键的形成过程。

问题探究二———共价键的特征

1.当F原子与H原子成键后, F原子能否再与其他氢原子形成共价键?

2.比较金属键和离子键的成键特点, 总结共价键的成键特点。

【多媒体展示】

思考1:当F原子与H原子成键后, F原子能否再与其他氢原子形成共价键

【难点突破】为了帮助学生掌握共价键的特征, 笔者让学生先写出F原子与H原子价电子的电子排布式, 了解参与成键的电子的轨道及其形状, 然后利用多媒体制作出相应的轨道设计成动画展现H-F键形成的过程, 学生能直接看出共价键的形成过程, 并能够总结共价键的特征。

问题探究三———σ键与π键

1.写出氮原子的轨道表示式。

2.写出N2分子的电子式和结构式。

3.分析氮分子中氮原子的原子轨道是如何形成共价键的。

【难点突破】σ键与π键对于学生来讲这是个新的知识, 教学时利用氮原子的结构模型分析“头碰头”和“肩并肩”以认识σ键与π键的特点。有的学生提问, 为什么只能形成一根σ键, 于是笔者让大家伸出两只手, 用前面三根手指做出相互垂直的关系, 感觉一下, 如果一对手指头“头碰头”, 那么其他两对只能平行形成π键, 学生感觉很直观。

【迁移应用】

有机物中的共价键

1.C—H是σ键。

2.C—C是σ键。

3.C=C中有一个σ键、一个π键。

4.C≡C中有一个σ键、两个π键。

练习:请指出乙烷、乙烯、乙炔分子中存在哪些类型的共价键, 分别有几个σ键, 几个π键?

乙烷:——个σ键;乙烯:——个σ键——个π键;乙炔:——个σ键——个π键

【达标检测】

1.下列各组物质中, 所有化学键都是共价键的是 () 。

A.H2S和Na2O2 B.H2O2和CaF2

C.NH3和N2 D.HNO3和NaCl

2.下列有关σ键和π键的说法错误的是 () 。

A.含有π键的分子在反应时, π键是化学反应的积极参与者

B.当原子形成分子时, 首先形成σ键, 可能形成π键

C.有些原子在与其他原子形成分子时, 只能形成σ键, 不能形成π键

D.在分子中, 化学键可能只有π键而没有σ键

3.下列有关σ键的说法错误的是 () 。

A.如果电子云图像是由两个s电子重叠形成的, 即形成s-sσ键

B.s电子与p电子形成s-pσ键

C.p电子与p电子不能形成σ键

D.HCl分子里含一个s-pσ键

5. 某有机物的结构如下:

则分子中有个σ键, 个π键。

6. 有A、B、C、D四种元素。已知: (1) 它们均为周期表中前20号元素, C、D在同一周期, A、B在同一主族; (2) 它们可以组成化合物B2C2、A2C、DC2等; (3) B的阳离子与C的阴离子的核外电子排布相同; (4) B2C2同A2C或DC2反应都生成气体C2, B与A2C反应产生气体A2, A2与气体C2按体积比2∶1混合后点燃能发生爆炸, 其产物是一种无色无味的液体 (在常温下) 。请回答下列问题:

(1) 写出A、B、C、D四种元素的元素符号:

A、B、C、D。

(2) 在B2C2、A2C和DC2中, 属于离子化合物的是——, 其电子式是——, 属于共价化合物的是——,

其结构式是——。

三、课后认真反思

1. 本节课利用多媒体动画展示, 让学生比较直观地感知共价键的形成及其特征, 了解σ键与π键的“头靠头”和“肩并肩”结构, 从而可以判断出σ键比π键牢固。通过练习反馈的情况看来, 本节课学习效果很好。

2. 本节课采用问题探究法, 对所学知识点由易到难, 学生渐入佳境, 能体会到成功的喜悦, 课堂上积极思考, 小组讨论效果良好。

3. 存在问题:本节课的板书设计不是很好, 没有做到清晰、直观。在本节教学中, 有些学生没跟上节奏。如何调动学生积极参与课堂, 突出学生的主体地位, 如何有效地营造良好课堂氛围是笔者今后努力的方向, 也是实现高效课堂的支点。

晶体化学 篇7

《人工晶体学报》以论文和简报等形式报道我国在晶体材料:半导体材料、超导材料、红外材料、发光材料、新能源材料(太阳能电池材料、锂离子电池材料、固体氧化物燃料电池材料)、纳米材料、超硬材料和和高技术陶瓷在理论研究、 生长技术、性能表征、加工以及生长设备等方面的最新科研成果,已成为世界了解我国人工晶体材料研究领域的重要窗口。《人工晶体学报》为中文核心期刊、中文科技核心期刊,美国“工程索引”(EI)核心期刊。全文电子版被“中国知网”、 EI、美国《化学文摘》(CA)等收录。$

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有晶体眼人工晶体植入术的护理心得 篇8

1 资料与方法

1.1 临床资料

随机选取我院2012年1月至2013年5月收治的36例高度近视患者, 共68眼, 其中, 男20例, 女16例, 最小年龄16岁, 最大年龄62岁, 平均年龄 (34.6±2.5) 岁, 治疗前视力为0.1~0.3。所有患者均经检查准确为高度近视患者, 均采用有晶体眼人工晶体植入术进行治疗。

1.2 护理方法

(1) 术前护理:进行手术前, 护理人员应指导患者进行眼球训练, 转动眼球, 并对患者的头部进行固定处理, 嘱咐患者尽量避免打喷嚏或咳嗽, 以免对眼球造成刺激。严密观察患者的眼部变化, 给予抗生素眼药水预防眼部感染。另外, 还应做好术前准备工作, 备好手术所需医疗器械, 并向患者说明手术流程, 强调手术治疗效果及其安全性, 以免患者出现术前紧张、恐惧等不良情绪。

(2) 心理护理:术前, 由于患者对高度近视及手术认识不足, 容易出现不安、焦虑、紧张以及恐惧等心理, 对手术治疗造成不利影响[1]。因此, 医护人员应仔细观察患者的心理变化, 主动与患者交流, 向患者讲解手术治疗的目的, 说明手术治疗的优点, 减少患者的心理负担, 使患者积极面对治疗。

(3) 术中护理:清洗患者的泪道, 使患者保持眼周清洁, 并采用乙醇 (75%) 消除眼周, 也可以将乙醇换为碘伏 (0.5%) 。在进行手术操作时, 应严格按照手术要求, 执行无菌操作, 留意患者的手术反应, 积极配合医生完成手术。

(4) 术后护理:手术结束后, 给予抗生素眼药水预防眼部感染, 将药水滴于眼部, 每天4次, 并给予人工泪液清洁眼周。嘱咐患者保持眼周清洁, 多卧床休息, 尽量减少用眼, 避免头部大幅度活动, 以免导致头部碰撞, 刺激眼部神经。采用静脉滴注方式, 给予止血敏或地塞米松治疗, 并采用点必舒滴眼液进行滴眼, 给予扩瞳剂托呲卡护眼。

(5) 出院指导:患者手术结束出院后, 应嘱咐患者保持眼部清洁, 避免过度用眼, 并按时滴眼, 若出现眼周充血、呕吐、视力降低、恶心等症状, 应及时就医[2]。

2 结果

经手术治疗和护理干预后, 所有患者的近视症状均得到不同程度的改善, 其中, 20例38眼视力恢复至0.9~1.0, 12例24眼视力恢复至0.6~0.8, 其余4例6眼视力恢复至0.4~0.5。无患者出现人工晶体露出现象, 5例患者出现角膜内皮质水肿现象, 4例出现前房溢出, 后囊混浊、晶体夹持、瞳孔领积血各1例。

3 讨论

高度近视是临床常见眼科疾病, 发病率随着人们生活节奏的加速逐渐升高, 有晶体眼人工晶体植入术是治疗高度近视的有效方法, 是一种近视矫正手术, 现被广泛应用于高度近视治疗中。少数高度近视患者对自身疾病不重视, 以为佩戴眼镜可改善近视症状, 已有研究表明, 佩戴近视眼镜可矫正患者视力, 但并不具备改善视力的作用, 近视患者应采取治疗措施, 以免近视程度加重, 转变为高度近视或超高度近视。对于高度近视患者, 除了采取手术治疗措施外, 还应在手术前后, 给予护理干预, 有效提高治疗效果。进行眼科护理时, 应按要求执行无菌操作, 保持动作轻柔, 并密切留意患者的治疗反应, 在各个治疗阶段给予全面护理, 促进患者视力恢复[3]。在本研究中, 经手术治疗和护理干预后, 20例38眼视力恢复至0.9~1.0, 12例24眼视力恢复至0.6~0.8, 其余4例6眼视力恢复至0.4~0.5。无患者出现严重不良反应, 可见护理干预对高度近视手术治疗患者具有重要意义。

综上所述, 对于高度近视患者, 不仅要采取有晶体植入治疗措施, 还应在手术前后给予护理干预, 促进患者的视力恢复, 改善患者的近视症状。

参考文献

[1]赵春玲.有晶体眼人工晶体植入术治疗高度近视的护理[J].中外医学研究, 2011, 10 (21) :132-133.

[2]李翠荣, 贾沁.有晶状体眼后房型人工晶体植入术的护理[J].宁夏医学杂志, 2011, 12 (06) :104-105.

晶体化学 篇9

1 资料与方法

1.1 一般资料

共收治26名后囊破裂无晶状体眼患者,其中男性18例,女性36例。年龄(18～65)岁。根据病因分型,其中外伤性白内障吸除术后的无足够囊膜支持的无晶状体眼17例(17只眼),各种原因晶状体脱位半脱位行囊内摘出5例(5只眼),超声乳化术后囊膜破裂4例(4只眼)。均为二期行Artisan人工晶状体植入。

1.2 病例入选标准

①前房深度≥3.0mm(上皮面);②角膜内皮细胞计数(细胞密度)2500/mm2;③患者有手术主观愿望;④排除眼部疾病,如:青光眼、干眼症,眼内炎症性疾病等;⑤排除全身结缔组织疾病、心血管疾病等。常规术前检查包括裸眼视力、最佳矫正视力、散瞳及主觉验光、裂隙灯显微镜检查,三面镜检查眼底、眼压(NCT)、角膜地形图、房角镜查前房角、角膜内皮细胞记数。

1.3 手术后3月比较术前术后眼压变化,裂隙灯显微镜观察术后角膜水肿、前房闪辉、晶状体位置,角膜内皮镜检查比较术前术后角膜内皮细胞计数,对手术的安全性和有效性进行了总结评估。

1.4 统计学方法

用SPSS 10.0软件,手术前后检查数据采用计量资料统计学方法,手术前后资料比较采用配对t检验。

1.5 手术方法

①结膜切口一般在正上方(12点方位)、鼻上方或颞上方。沿角巩膜缘剪开结膜6.0mm,并向后钝性剥离暴露巩膜、烧灼止血。②巩膜外切口采用反眉状切口,中心顶点距角巩膜缘2.0mm,若术前角膜地形图显示存在较大散光(顺规)则切口方位选择在垂直大曲率经线位上;切口长度约(5.5～6.0)mm。③巩膜隧道用3.2mm宽的半月形巩膜隧道刀,自外切口切入进入半层巩膜平面,向前和向两侧分离巩膜板层。④辅助切口选择2:30和9:30时钟位作辅助切口部位。以15°穿刺刀,在预先选定部位角膜缘内,倾斜穿刺角膜进入前房,切口大小约1.5mm,由辅助切口注入1%pilocarpine针剂缩瞳。⑤隧道内口用3.2mm枪状穿刺刀,通过巩膜隧道推进,尖端到达隧道顶端后,向后轻压顶点,再改变方向使穿刺刀与虹膜表面平行,向前推进穿过后弹力层进入前房。⑥植入晶体前房注入粘弹剂,由巩膜隧道植入Artisan前房型人工晶体,虹膜夹持襻位于3:00和9:00,晶体光学中心与瞳孔中心同轴,用虹膜钩钩取襻下虹膜,由晶体襻夹持。⑦缝合隧道外口根据情况缝合(1～2)针。

3 结果

3.1 视力

术前裸眼视力(UCVA)均低于0.06,术后3月裸眼视力(UCVA)均高于0.1;术前最佳矫正视力(BCVA)(0.1～0.5)者20例,>0.5者6例,术后3月最佳矫正视力(BCVA)(0.1～0.5)者10例,>0.5者16例(61.5%),等于或高于术前最好矫正视力26只眼(100%)。

3.2 眼压

术前眼压(17.25±2.92),术后3月眼压(17.14±2.52),配对t检验无统计学差异(P=0.164>0.05)。其中一例患者术后2天开始眼压升高,最高时达45mmHg,考虑粘弹剂未抽干净致继发性青光眼,降眼压处理后,眼压恢复至术前水平,此患者随访3月,无再次眼压升高。

3.3 角膜内皮计数

术前角膜内皮记数(1 907.89±168)/mm2,术后6月为(1 899.28±178)/mm2,配对t检验无统计学差异(P=0.745>0.05)。

3.4 并发症

术后炎症反应,表现轻微,一般于术后(2～3)天房水完全清亮,仅2只眼出现轻度前房纤维素样渗出,于术后6天吸收。人工晶体无倾斜移位,前房出血1只眼,继发性青光眼1只眼,为粘弹剂未抽干净所致,降眼压处理后2天眼压恢复正常。

4 讨论

在白内障手术发展的现阶段,人工晶体囊袋内植入是公认的最安全、最有效的植入方法。但是随着工业的发展,和高速交通工具的普及,各种眼外伤引起的晶状体脱位以及医源性晶状体囊膜完全缺失或大部分缺失也越来越多,使得人工晶体植入术变得较为复杂。如何安全有效地矫正后囊破裂无晶状体眼的屈光不正,尽量减少手术损伤,提高视觉质量,对眼科医生提出了更高的要求。目前临床上一般采用后房型人工晶状体睫状沟缝线固定术手术治疗后囊破裂膜无晶体眼,但比较复杂,对眼后段组织扰动大,手术损伤也比较大,术后并发症较多.常见并发症有人工晶体移位,术后感染及眼内出血,视网膜脱离[1]。前房型人工晶状体植入术因为持续性的角膜内皮损伤和继发青光眼[2]可能,现已经很少采用。

本研究运用虹膜夹持型人工晶状体二期植入术治疗后囊破裂无晶状体眼,通过对比患者手术前后裸眼视力(UCVA)、最佳矫正视力(BCVA),比较术前术后眼压变化,裂隙灯显微镜观察术后角膜水肿、前房闪辉、晶状体位置,角膜内皮镜检查比较术前术后角膜内皮细胞计数,对手术的安全性和有效性进行了总结评估。结果显示患者术后UCVA优于术前BCVA,有100%的患者获得了甚至高于术前最佳矫正视力,术前术后眼压无明显变化,术后角膜无明显水肿,晶状体位置未见明显偏移。术后3个月时角膜内皮细胞丢失无统计学意义。因此结论Artisan虹膜夹持型人工晶状体植入术是一种安全有效的治疗后囊破裂无晶体眼的方法,手术操作相对简单,组织损伤小,并发症少[3]。在虹膜组织足够支撑晶状体时可作为常规术式予以考虑。虹膜夹持型人工晶体二期人工晶体植入术主要适用于单眼后囊完全破裂无晶体眼,对侧眼视力好,患者不能耐受戴框架眼镜或戴接触镜者。术前患眼最佳矫正视力至少≥0.1,角膜内皮计数正常,无房角睫状体损伤,无眼底病变者。

摘要：目的:本项目拟对Artisan虹膜夹持型人工晶状体植入术治疗后囊破裂无晶体眼的可行性与安全性进行研究,为复杂后囊破裂无晶体眼二期人工晶体植入术提供一种新型有效的治疗方法。方法:我院自2006年1月至2009年12月运用Artisan虹膜夹持型人工晶状体植入术治疗后囊破裂无晶状体眼26例,其中外伤性白内障吸除术后的无足够囊膜支持的无晶状体眼17例(17只眼),各种原因晶状体脱位半脱位行囊内摘出5例(5只眼),超声乳化术后囊膜破裂4例(4只眼)。均为二期行Artisan人工晶状体植入,通过比较患者手术前后裸眼视力(UCVA)、最佳矫正视力(BCVA),比较术的术后眼压变化、裂隙灯显微镜观察术后角膜水肿、前房闪辉、晶状体位置,角膜内皮镜检查比较术前术后角膜内皮细胞计数,对手术的安全性和有效性进行了总结评估。结果:显示患者术后UCVA优于术前BCVA,术前术后眼压无明显变化,术后角膜无明显水肿,晶状体位置未见明显偏移。术后3个月时角膜内皮细胞丢失无统计学意义。结论:Artisan虹膜夹持型人工晶状体植入术是一种安全有效的治疗后囊破裂无晶状体眼的方法,手术操作相对简单,组织损伤小,并发症少。在虹膜组织足够支撑晶状体时可作为常规术式予以考虑。

关键词：后囊破裂无晶体眼,Artisan虹膜夹持型人工晶状体,二期植入

参考文献

[1]张晗,黄一飞,张同河,等↑二期植入前房型人工晶状体与巩膜固定型人工晶状体的比较[J].国际眼科杂志,2005;5(6):1175-1177

[2] De Sancfis U,Mutani B.Grignolo FM.Long-term endothelial cell loss after traumatic dislocation and repositioning of Artisan phakic IOL.J Refract Surg,2008;24:546

晶体化学 篇10

各向异性晶体中的光传输问题是光束传输理论的一个重要组成部分,而在研究晶体中光传输问题时,晶体的双折射效应决定了光传输的特殊性,特别是光轴取向对光束传播规律的影响是不可忽略的。在非线性光学中,不同成份的光波需重叠在一起,相互作用,才能实现非线性转换。在非线性光学器件中,利用晶体的非线性实现倍频,为了提高倍频效率,需满足相位匹配条件。在晶体加工时,使晶体表面的法线与晶体光轴间的夹角等于匹配角,当激光正入射时,就能满足相位匹配条件。但由于光轴定向或晶体加工的偏差,造成法线与光轴间的实际夹角不等于匹配角,这时需调整激光的入射角,使倍频效率最大[1,2,3,4]。由于晶体的各向异性,光束在晶体中传播时,其传播速度和方向会随光轴的方向而发生变化,所以研究光束的入射角、光轴任意取向时光束的传播规律具有十分重要的意义。目前虽有许多文章对各种情况下的晶体双折射现象进行了研究,但对e光线透过晶体出射点位置及其变化规律缺少系统的、深入的、定量化的研究。本文利用平面光波在晶体中传播的特性[3,6],推导了光波在晶体表面折射时,对于任意光轴取向、任意入射角确定e光线透过晶体出射点位置的公式;并利用MATLAB对该公式进行了数值计算,对于任意光轴取向、任意入射角绘出e光偏离界面法线距离曲线。给出了对于任意光轴取向、任意入射角确定e光线透过晶体出射点位置的定量关系式。

1 基本原理分析

光波投射到单轴晶体的界面上,形成双折射现象,折射的o光线和e光线传播方向原理见图1(图示负单轴晶体)[3,6],若光波在空气中折射率为n1=1,单轴晶体的主折射率为no,ne,光轴与晶体界面的夹角为β,光束斜入射到晶体的表面,入射角为θ1(0°≤θ1<90°),由折射定律: n1sinθ1=nosinθo,则o光线的折射角为:

$\theta {}_{\text{o}}=\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_o}\right)(1)$

由斯涅尔原理,可知e光线与o光线的离散角为α满足公式[6,7]:

$\tan \alpha =\left(1-\frac{n{}_{\text{o}}^2}{n{}_{\text{e}}^2}\right)\frac{\tan \theta }{1+\frac{n{}_{\text{o}}^2}{n{}_{\text{e}}^2}\tan {}^2\theta }(2)$

其中θ为o光波法线方向与光轴的夹角。

把(2)化简得:

$\tan \alpha =\frac{(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \theta }{n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\theta }(3)$

e光的折射角为θe=θo+α,则有:

$\tan \theta {}_{\text{e}}=\tan (\theta {}_{\text{o}}+\alpha )=\frac{\tan \theta {}_{\text{o}}+\tan \alpha }{1-\tan \theta {}_{\text{o}}\tan \alpha }(4)$

把(3)式代入(4)式得:

$\tan \theta {}_{\text{e}}=\frac{\tan \theta {}_{\text{o}}\cdot (n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\theta )+(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \theta }{(n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\theta )+(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \theta {}_{\text{o}}\cdot \tan \theta }(5)$

若晶体的厚度为d,e光线距离界面法线出射点位置为:

$\begin{array}{l}L=d\cdot \tan \theta {}_{\text{e}}=d\cdot \\ \frac{\tan \theta {}_{\text{o}}\cdot (n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\theta )+(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \theta }{(n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\theta )+(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \theta {}_{\text{o}}\cdot \tan \theta }(6)\end{array}$

当$0°\le \beta <90°,\theta =\theta {}_{\text{o}}+\frac{\text{π}}{2}-\beta$,则:

$\tan \theta =\tan (\theta {}_o+\frac{\text{π}}{2}-\beta )(7)$

把(1)和(7)式代入(6)式得

$L=d\cdot \frac{\tan \left[\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_{\text{o}}}\right)\right]\cdot \left[n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\left(\frac{\text{π}}{2}+\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_{\text{o}}}\right)-\beta \right)\right]+(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \left[\frac{\text{π}}{2}+\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_{\text{o}}}\right)-\beta \right]}{\left[n{}_{\text{e}}^2+n{}_{\text{o}}^2\tan {}^2\left(\frac{\text{π}}{2}+\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_{\text{o}}}\right)-\beta \right)\right]+(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)\tan \left[\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_{\text{o}}}\right)\right]\tan \left[\frac{\text{π}}{2}+\arcsin \left(\frac{\sin \theta {}_1}{n{}_{\text{o}}}\right)-\beta \right]}(8)$

由(8)可知:当单轴晶体的主折射率为no,ne,晶体的厚度d已知时,光轴与晶体界面的夹角β、光束斜入射到晶体表面的入射角θ1的变化将引起e光线透过晶体出射点位置的变化。

当光波垂直照射到晶体的界面上时,即入射角θ1=0°,代入(8)式,化简得:

$L=\frac{(n{}_{\text{e}}^2-n{}_{\text{o}}^2)d\text{s}\text{i}\text{n}\beta \cos \beta }{n{}_{\text{o}}^2\cos {}^2\beta +n{}_{\text{e}}^2\sin {}^2\beta }(9)$

(9)式与参考文献[4]中的公式相符合,证明(8)和(10)式的斜入射的情况的推导公式是正确的。

2 MATLAB数值计算

2.1 β变化引起的L的变化数值计算

当单轴晶体的主折射率为no,ne,光束斜入射到晶体表面的入射角θ1已知时,对光轴与晶体界面的夹角β变化引起e光线偏离界面法线的距离L的变化数值计算。

利用MATLAB程序仿真[8,9],选取负单轴晶体(方解石)的主折射率no=1.658 4,ne=1.486 4,晶体厚度d=16.45 mm,光束斜入射到晶体表面的入射角θ1=0°,30°,45°,60°,90°时,利用(8)式对光轴与晶体界面的夹角β在[0,0.5π]变化引起e光线偏离界面法线的距离L的变化数值计算见表1,数据绘图曲线见图2。

由表1和图2可知:(1)当入射角确定时,光轴从0°～90°变化引起e光出射点的变化,且在变化过程中有极值和零值点;(2)入射角越大,e光出射点偏离法线越远;(3)当θ=0°,β=0°和90°时e光线偏离界面法线的距离L=0,β=45°时,L值最大,该规律与(9)式相符合。

2.2 θ变化引起的L的变化数值计算

当单轴晶体的主折射率为no,ne,光轴与晶体界面的夹角β已知时,对光束斜入射到晶体表面的入射角θ1变化引起e光线偏离界面法线的距离L的变化数值计算。

利用MATLAB程序仿真,选取负单轴晶体(方解石)的主折射率no=1.658 4,ne=1.486 4,晶体厚度d=16.45 mm,光轴与晶体界面的夹角β=0°,30°,45°,60°,90°时,利用(8)式对光束斜入射到晶体表面的入射角θ1引起e光线偏离界面法线的距离L的变化数值计算见表2,数据绘图曲线见图3。

由表2和图3可知:(1)当光轴位置确定时,入射角从0°～90°变化引起e光出射点的变化,且变化是单调的;(2)光轴与界面的夹角越大,e光出射点偏离法线越近。

3 实验验证

实验装置如图4所示,选取波长为632.8 nm的激光器作为光源,样品为厚度16.45 mm的方解石晶体,对该波长晶体的主折射率约为no=1.655 4,ne=1.485 1,光轴与界面夹角为30°,晶体被夹持在有小孔、可旋转的夹具中,光波垂直入射θ1=0°,在接收屏上接收到图像是被双折射的两束光的投射点。确定o光、e光在接收屏上投射点的距离L,测量出晶体旋转一周,e光出射点形成的轨迹圆半径L,记录的轨迹圆如图5所示,利用AutoCAD对轨迹圆进行图像处理,检测出轨迹圆的半径即为测量值L,代入数值计算程序,计算出晶体光轴与界面的夹角值。实验进行了5次,实验数据见表3。

实验证明:光波垂直入射到晶体的界面时,e光在接收屏上投射点的距离L满足理论分析公式(9),而(9)式是(8)式演化来的,由此,可证明对于任意入射角、任意光轴位置理论分析推导的公式(8)是正确的。

4 结 论

(1)利用平面光波在晶体中传播的特性,推导了光波在晶体表面折射时,对于任意光轴取向、任意入射角确定e光透过晶体的出射点位置的公式;

(2)利用MATLAB对该公式进行了数值计算,对于任意光轴取向、任意入射角绘出e光偏离界面法线距离曲线。给出了对于任意光轴取向、任意入射角确定e光的出射点位置的定量关系式。

(3)实验验证了对于任意入射角、任意光轴位置理论分析推导的公式是正确的。

摘要：基于平面光波在晶体中传播的电磁理论特性,推导了光波在晶体表面折射时,双折射光波中e光线透过晶体出射点的位置受到任意光轴取向、任意入射角影响的关系式;利用MAT-LAB对关系式进行了数值计算分析,绘出双折射e光与任意光轴取向、任意入射角关系曲线,并给出了对应的定量关系式;实验验证了该公式是正确的。

关键词：信息光学,双折射晶体,折射光线,MATLAB数值计算

参考文献

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[8]于润伟.M ATLAB基础及应用[M].北京:机械出版社,2007.