VESTA官方手册 | 第八章：创建化学键和多面体

第八章 创建化学键和多面体

要搜索化学键及由其连接的原子，并创建配位多面体，选择菜单Edit | Bonds…。在Bonds对话框的顶部（图8.1），选择一个相进行编辑。在对话框的下半部分显示化学键规范列表。Search bonds and atoms区框中的GUI控件用于编辑化学键规范。当列表中没有选择化学键规范时，这些控件将不能使用。

如要添加新的键规范，首先单击New按钮，选择与键相连接的原子，编辑最小键长和最大键长。GUI控件中的修改要么立即应用到列表中，要么在光标已从文本框移到另一个GUI控件后应用到列表中。要删除一个化学键规范，应在列表中选择，然后单击Delete按钮或按下键盘上的Delete键。单击Clear按钮将删除列表中的所有化学键规范。按OK或Apply按钮，将在图形区域反映编辑结果。

图8.1：Bonds对话框

8.1 搜索化学键的规范

8.1.1 搜索模式化学键，或者以化学键相连接的原子，可以使用以下三种搜索模式之一进行搜索：

Search A2 bonded to A1搜索与A2连接的A1

根据用户指定的最小和最大原子间距离：{ Min. length }和{ Max. length }搜索与A1原子相连的A2原子。

Search atoms bonded to A1搜索与A1连接的原子

不论A2原子的种类，所有与A1原子结合的原子都是根据用户指定的{ Min. length }和{ Max. length }进行搜索。

Search molecules搜索分子

所有的原子对都是基于用户指定的{ Min. length }和{ Max. length }来搜索的。此选项中没有指定A1和A2。这种模式最适合在分子晶体中寻找原子和化学键。

8.1.2 边界模式

Boundary mode指定搜索原子的范围。基本上，原子和化学键是在沿x、y、z轴的范围定义的绘图边界内，通过可选的截止平面搜索的（见第10.1节）。然而，在选择适当的边界模式时，还需要在绘图边界之外寻找原子和键，这样就包含了配位多面体或分子中的所有原子。

Do not search atoms beyond the boundary不搜索边界外的原子

仅搜索绘图边界范围内的原子。

Search additional atoms if A1 is included in the boundary如果A1包含在边界中，则搜索附加原子

即使A2原子的位置在绘图边界之外，也将搜索所有与A1原子键合的A2原子。如果A2和A1原子均位于边界内外，则不搜索A1原子。这种模式是Search A2 bonded to A1和Search atoms bonded to A1模式的默认设置。

Search additional atoms recursively if either A1 or A2 is visible如果A1或A2可见，则递归地搜索附加原子

如果已经搜索A1或A2，则搜索所有A1和A2原子对。当在无机晶体中使用这种模式时，要小心可能产生的化学键无限连接。此模式是Search molecules模式的默认值。8.1.3 选项

Search by label通过标签检索如选择了此选项，将由位点标签指定原子对。当此选项未勾选时，由元素符号指定原子对。

Show polyhedra显示多面体

此选项指定A1原子是配位多面体的中心原子。这个选项对Search molecules模式下的键规范没有影响，因为在该模式下搜索不到配位多面体。

8.1.4 原子对

原子A1和A2可以通过输入元素符号或位点名称指定。如果未勾选Search by label选项，则 { A1 }和{ A2 }列表框列出原子的元素符号 (默认)。另一方面，如果勾选了Search by label选项，则{ A1 }和{ A2 }列表框列出位点标签。

最小键长和最大键长，{ Min. length }和{ Max. length }，都是以Å为单位输入的。虽然{ Min. length }通常设为零，但当处理具有分裂原子模型的无序结构时，由于其可能具有类似很短的化学键，可将{ Min. length }设置为正值。

8.2 操作说明

8.2.1 创建配位多面体

要构建配位多面体，可以选择Search A2 bonded to A1或Search atoms bonded to A1模式。配位多面体的中心原子必须指定为A1。在Search molecules模式下，由于VESTA没有关于中心原子的信息，所以不能生成配位多面体。在前两种化学键搜索模式中，利用边界模式2（Search additional atoms if A1 is included in the boundary），可以搜索所有与A1原子键合的A2原子，因此即使A2原子位于边界之外，也不会截断配位多面体。不会搜索位于边界外的A1原子。

要搜索与A2原子结合的附加原子，可使用边界模式3 （Search additional atoms recursively if either A1 or A2 is visible）。例如，如果氢原子与某些A2原子配位，即使A2原子位于边界外，也可以搜索到这些氢原子（图8.2）。

图8.2：δ-AlOOH的晶体结构，是一种高压改性的羟基氧化铝，其位移椭球在99 %的概率水平。这些结构在(0, 0, 0) 到 (1, 1.5, 1)的坐标范围内绘制。( A ) O-H键在Search additional atoms if A1 is included in the boundary模式下搜索；( B ) O-H键在Search additional atoms recursively if either A1 or A2 is visible模式下搜索。在( A )中，当O原子位于Boundary对话框中指定的边界外时，部分H原子被省略。另一方面，在( B )中搜索屏幕上显示的所有与O原子键合的H原子。

8.2.2 搜索分子和团簇

Search molecules模式类似于ORTEP-Ⅲ中的406条指令，即“封闭区域添加重复卷积球”。这种模式通常与边界模式3结合使用，以避免分子中位于边界之外（图8.3）的某些原子被“截断”（省略）。在这种模式下，无需指定A1和A2；只需输入{ min. length }和{ Max. length }。

在典型的含H、C、N、O和F原子的有机化合物中，共价半径分别为0.32、0.77、0.74、0.66和0.72 Å时，最大距离为1.6 Å较为合适。输入较大的值可能会产生不真实的化学键。为了在共价半径分别为1.10、1.04、0.99、1.14 Å的P、S、Cl、Br等原子较大的分子和团簇中，寻找原子和化学键，可使用Search A2 bonded to A1模式，结合边界模式3，添加键规范（图8.4）。

图8.3：蒽醌的晶体结构。以Search molecules模式搜索化学键，( A )中的边界模式为Do not search atoms beyond the boundary；( B )中的边界模式为Search additional atoms recursively if either A1 or A2 is visible。在这两种情况下，边界盒子的坐标范围均为(0, 0, 0) 到 (1, 1, 1)。

图8.4：四(二-4 -吡啶硫烷)二硝基铜(Ⅱ)（tetrakis(di-4-pyridylsulfane)dinitratocopper(II)）的晶体结构。在Search molecule模式下进行化学键的搜索，最大距离为1.6 Å。对于Cu-N键和S-C键，使用Search A2 bonded to A1模式。采用边界模式3

8.2.3 Search molecules模式在无机晶体中的应用

一般来说，Search molecules模式和边界模式3的结合，不适用于无机化合物或金属，因为它们的结构中可能存在无限的化学键网络。实际上，在这样的情况下，必须搜索无限多个原子。然而，VESTA实际上在有限的范围内搜索并显示了大量的原子和化学键，因为在一定区域内的搜索保证了在存在周期性结构的情况下，边界内分子中的所有原子都被搜索到。

当然也存在这种模式的组合适合在无机晶体中搜索化学键的例外情况，例如搜索O-H键。通常，没有任何化学键比O-H键短；因此，使用此模式是可行的，且{ Max. length }的值很小。使用约1.1 Å的最大键长值，即可以在图形区域搜索所有与O原子结合的H原子。

8.2.4 搜索氢键

为显示X-H…Y氢键，需在Search mode区框中选择Search A2 bonded to A1模式，设置A1为H，A2为Y，并在 和 中，输入H…Y键的最大值和最小值。可在侧边栏的Objects选项卡，设置H…Y键的样式。

8.2.5 可视化笼状结构

若要用多面体模型表示多孔晶体中的笼状空隙，需在笼的中心放置一个虚拟位置（见第46页），并在虚拟位置与笼结构角点的原子之间添加化学键规范。然后，为了可视化具有固态化学键的框架结构，应在角点原子之间添加键规范。如果Y原子与X原子在角上键合，则加入X-Y键。所有这些键规范都应该用边界模式2给出，这样既不遗漏显示的原子，也不遗漏笼状结构中的键（图8.5）。

图8.5：以多面体模型表示的赤铁矿四方变种的晶体结构