第十一章 交互式操作

11.1 旋转

在Rotation旋转模式下，单击侧边栏中的Tools选项卡后，可以更改鼠标的行为（图11.1）。

图11.1：侧边栏中的Tools选项卡

11.1.1 拖拽模式

在Drag模式下，按住鼠标左键的同时拖动鼠标可旋转图形区域中的对象。使用鼠标拖动时，对象会旋转。释放鼠标按钮后，对象将不会旋转。在Free rotation自由旋转模式下，旋转轴与鼠标移动方向垂直。要限制旋转轴，可在Rotation modes框的下拉菜单中选Around X axis、Around Y axis或Around Z axis。

11.1.2 动画模式

VESTA可以使用三种动画模式：“单击”、“推动”和“随机”模式。旋转步长（以度/帧为单位）和帧间间隔（以毫秒为单位）可在Preferences对话框中设置（见第16章）。

·;单击模式

在Click模式下，单击鼠标左键旋转对象。在Click和Free rotation模式中，旋转轴垂直于连接单击位置和中心点的直线。要限制旋转轴，可在Rotation modes框的下拉菜单中选Around X axis、Around Y axis或Around Z axis。要停止旋转对象，可选择Drag或Push模式。动画速度（帧之间的间隔，单位：毫秒），可在Preferences对话框中设置。

·;推动模式

在Push模式下，在点1按下鼠标左键，并将鼠标拖动到点2。在Free rotation模式下，对象围绕垂直于连接点1和2的直线的轴旋转。旋转速度与移动鼠标的速度成比例。释放鼠标左键后，对象立即停止旋转。要限制旋转轴，可在Rotation modes框的下拉菜单中选Around X axis、Around Y axis或Around Z axis。

·;随机模式

在Random模式下，旋转轴自动设置，并动态变化。要停止旋转对象，可选择Drag或Push模式。

11.2 放大

对象的放大与向上拖动鼠标的距离成比例。另一方面，它们与向下拖动鼠标的距离成反比地缩小。

11.3 平移

在图形区域中拖动鼠标，平移对象。在此模式下选择并拖动在Lattice Planes对话框中设置了颜色的晶格平面时，将以交互方式移动该晶格平面。否则，将使用鼠标沿同一方向平移整个对象。

11.4 选择

可以使用几种方法选择对象。在使用垂直工具栏中的选择模式时，在对象上单击鼠标左键以选择该对象。要选择特定区域中的所有对象，可按住鼠标左键并拖动鼠标以指定区域。选择新对象时，先前选择的对象将重置为正常状态。要在保持当前对象选中的同时选择其他对象，可在单击或拖动图形区域的同时按下Shift键。无论当前为何种操作模式，都可以通过在按住Shift键的同时单击或拖动以选择两个或多个对象。通过双击单个对象，可以选择该对象。不能选择原子、键和多面体以外的对象。例如，可以选择等值面后方的原子。

选定单个对象后，将在文本区域中输出有关该对象的各种信息。如果提供了晶格参数和分数坐标，则还可显示原子间距离、键角和二面角的标准不确定度估计值。然而，请注意，VESTA仅通过忽略方差-协方差矩阵的非对角元素，给出标准不确定性的粗略估计，因为晶体数据文件中不包含非对角元素。

还可以使用侧边栏中的Objects选项卡（见第12.2节）、Vectors对话框（见第11.4节）和Geometrical Parameters对话框（见14.2节）选择对象。

按下Delete键隐藏选定的对象。隐藏的对象实际上不会被删除，只是变得不可见。要恢复所有隐藏的对象，可按下Esc键。通过隐藏配位多面体的一部分，可以轻松地将多面体与球棍模型混合。

11.4.1 原子

选择原子时，将显示原子的位点编号、位点名称、元素符号、分数坐标（x, y, z）、平移向量、对称操作（三元坐标表示）、占据率、各向同性原子位移参数、位点多重性及Wyckoff表示和位点对称性。例如，在α-Al2O3的球棍模型中，选择彼此连接的Al和O原子，将得到如下行：

当原子以位移椭球体表示时，还将输出关于主轴和均方位移的信息：

11.4.2 化学键

选择化学键时，其长度将显示在文本区域和状态栏中，并附带估计的标准不确定度（如果有）。对于与化学键连接的两个原子，还显示其位点编号、位点名称、元素符号、分数坐标（x, y, z）、平移向量、对称操作。例如，在α-Al2O3的球棍模型中，选择Al-O键时，将输出以下三行：

11.4.3 配位多面体

当选择配位数为n的配位多面体时，有关中心原子和配位原子（配体）的信息，以及中心原子与配位原子之间的距离将列在文本区域中。此外，在文本区域中显示以下几何信息；当研究高温/低温和高压下的结构变化时，多面体体积D、＜λ＞和σ2有较大的实用价值。

·;多面体体积

将计算所选配位多面体的体积，作为重要的物理量。例如，钙钛矿型化合物ABO3中的畸变可以用多面体体积比VA/VB来量化，而不是用倾斜角。

·;畸变指数

基于键长的畸变指数D由Baur定义为：

其中li是中心原子到第i个配位原子的距离，lav是平均键长。·;二次伸长量二次伸长量，仅在四面体、八面体、立方体、十二面体和二十面体中定义：

其中l0是相同体积的正多面体的中心到顶点的距离。是无量纲的，给出了多面体畸变的定量度量，该度量与多面体的有效尺寸无关。

·;键角方差

仅可计算四面体、八面体、立方体、十二面体和二十面体的键角方差σ2：

其中m是（多面体中的面数）×3/2（即键角数），ϕi是第i个键角，ϕ0是正多面体的理想键合角（例如，对于八面体为90°，对于四面体为109°28′）。

·;有效配位数

配位数表示配位多面体中与中心原子配位的原子数。然而，在畸变较为严重的配位多面体中，将中心原子的配位表示为单个数值比较困难。因此研究人员提出了几种计算平均或“有效”配位数（ECoN）的方法，使用加权方案将所有周围原子相加，其中原子不作为完整原子计算，而是作为分数原子计算，数值介于0和1之间。随着中心原子与周围原子之间距离的增加，该数值越来越接近零。

VESTA中所采用的ECoN定义为：

其中，量

称为第i个化学键的化学键权重。在式(11.5)中，lav代表加权平均化学键长度，定义为：

其中，lmin为配位多面体最短键长。

·;电荷分布

设qX为中心原子X的形式电荷（氧化数）。配位多面体顶角处的离子得到的电荷分数可利用下式计算：

离子A得到的总电荷QA通过将相关电荷分数-Δqi在其n个化学键上相加而获得。类似地，配位多面体中心的离子得到的电荷QX计算如下：

晶体结构中电荷分布的计算取决于当前的键合范式。换言之，电荷分数不会被彼此不结合的离子得到或失去。当所打开的ICSD或CIF文件（见17.4.1节）包括氧化态（氧化数）时，从数据文件中可读取离子的形式电荷。对于其他文件格式，必须在Edit Data对话框的Structure parameters选项卡中输入离子的形式电荷，以计算电荷分布。注意，可以计算非化学计量化合物中的电荷分布，因为计算中使用了占据率。

·;键价

和除上述物理量外，键价和V定义为：

也可从中心原子的键价参数l0获得。在VESTA中，式（11.9）中的经验常数b固定为0.37Å的典型值。

键价模型是鲍林规则的发展，在理论上是用经典静电理论描述的，不需要借助量子力学。然而，实际上，V仅用于根据X射线或中子衍射确定的键长估算中心原子的氧化态。

一个CIF文件，即bvparm2011.cif，存储了大多数化学物质的键价参数，可从以下网址下载：

http://www.iucr.org/resources/data/datasets/bond-valence-parameters

该CIF文件也包含在VESTA可执行二进制文件所在的文件夹中，以便在需要l0值时引用。在bvparm2009.cif中，包含一对阳离子和阴离子的l0值，例如，Al3+和O2-的l0 = 1.620Å，La3+和O2-的l0 = 2.172Å（b = 0.37Å）。不要选择b≠0.37Å的l0值。

如果在选择操作模式下，按下Ctrl键的同时在图形区域中单击配位多面体，则要求输入所选配位多面体中心金属的键价参数l0。输入l0后，根据当前多面体和l0的所有键长li计算中心原子的键价和，并显示在文本区域中。

·;预期键长

如果未在Edit Data对话框的Structure parameters选项卡中，或从某些类型的结构文件中输入了位点的氧化态，VESTA会提示输入与等式（11.9）中的V对应的氧化数；按下Enter键跳过后续计算。输入该值后，将根据公式（11.9）计算预期的键长，并在文本区域给出。

·;获取配位多面体信息的示例

假设在钙钛矿（CaTiO3）结构模型中选择TiO6八面体，同时按下Ctrl键。除非已在Edit Data对话框的Structure parameters选项卡中输入，否则需要按要求输入Ti4+的键价参数（l0=1.815Å）和Ti的氧化态（＝+4）。然后，包括上述物理量的以下数据被输出到文本区域：

在多面体体积之前，输出TiO6八面体的所有分数坐标、平移、等效位点、键长及其估计标准不确定度。

11.5 距离

要计算原子间距离，可选择垂直工具栏中的第五个按钮。在这种模式下，只能选择原子。选择一对原子A和B，以获得A和B之间的原子间距离。两个原子将高亮显示，并在屏幕上绘制连接它们的虚线。A–B的距离显示在状态栏上，其估计标准不确定度（如有）将在括号中给出。仅当输入晶格参数和分数坐标时，才可计算估计的标准不确定度。

为了算得球棍模型中的键长，选择相应化学键（见11.4.2节）将比单击两个原子更快捷。有关原子间距离的更多信息显示在文本区域中，其中显示了原子A和原子B的位置编号、位置名称、元素符号、分数坐标（x, y, z）、对称操作和平移向量。

例如，2′-羟基-4′-二甲氨基查尔酮中A=C7和B=O2的原子间距离的输出如下：

11.6 键角

要计算键角，可选择垂直工具栏中的第六个按钮。然后选择三个原子A、B和C来计算以原子B为顶点的键角（以度为单位）。该角度显示在状态栏上，其估计标准差（如有）将在括号中给出。仅当输入晶格参数和分数坐标时，才可计算估计的标准不确定度。

有关键角的更多信息显示在文本区域中，其中显示了原子A、B和C各自的位置编号、位置名称、元素符号、分数坐标（x, y, z）、平移向量和对称操作。

例如，Al2O3中A = O1、B = Al1、C = O1的键角的输出如下：

11.7 二面角

要计算由四个原子定义的二面角，可选择垂直工具栏中的第七个按钮。对于四个原子的序列A、B、C和D，定义二面角ω为ABC和BCD平面之间的正角度。设α=∠(B-C-D) 、β=∠(B-A-D')、γ＝∠(A-B-C)，其中D′表示当C-D的平移方式使得C原子和A原子重叠时的D原子。那么，cosω可定义为下式：

选择四个原子，A、B、C和D。原子D和原子A、B和C所在平面的二面角（以度为单位）显示在状态栏上，其估计标准不确定度（如有）将在括号中给出。仅当输入晶格参数和分数坐标时，才可计算估计的标准不确定度。

有关二面角的更多信息显示在文本区域中，其中显示了原子A、B、C和D各自的位置编号、位置名称、元素符号、分数坐标（x, y, z）、对称操作和平移向量。例如，3-[4-（二甲氨基）苯基]-1-（2-羟基苯基）丙-2-烯-1-酮中，原子为芳香环中的原子C1 (= A)、C2 (= B)、C3 (= C)、C4 (= D)的情况下（图11.2），在文本区域中输出以下五行：

图11.2：3-[4-（二甲氨基）苯基]-1-（2-羟基苯基）丙-2-烯-1-酮中，芳香环中四个碳原子的二面角计算

第二行到第五行中的数据（图11.2的文本区域中所选定的行），可用于在使用RIETAN-FP进行Rietveld精修时，对二面角施加非线性约束。

11.8 晶面角

要计算晶面角，即两个晶面之间的角度，可选择垂直工具栏中的第八个按钮。在此模式下，只能选择晶面。选择一对面A和B，将给出其法向量之间的角度（图11.3）。

图11.3：石英晶体中（100）面和（511）面之间的晶面角计算可使用Orientation对话框。