(金属晶体中原子的基本堆积模型)
3.1金属原子的堆积方式
镁 型
… ABAB
2
Mg、Zn、 Ti
12
74%
铜 型
…AB CABC …
4
Cu、Ag、 Au、Pb
12
74%
合金是指由两种或两种以上的金属或 金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组 合而成并具有金属特性的物质 。
合金一般是将各组分熔合成均匀的 液体，再经冷凝而制得的。
合金的特性：
1)具有超导性质的合金，如Nb3Ge，Nb3Al， Nh3Sn，V3Si，NbN等
非密置层
配位数：4
密置层
配位数：6
二.金属原子在三维空间的堆积方式（4种）
简单立方：Po
体心立方：钠、钾、铬、钼、钨
面心立方（最密堆积）：金、银、铜、铅
六方堆积（最密堆积）：锌、钛、镁
简单立方堆积
体心立方堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
第二层对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。(或对准 2，4，6 位，其情形是一样的)
A
ABC ABC 形式的堆积，
为什么是面心立方堆积？
我们来加以说明。
C B A
堆积 模型
命 名
表示 符号
晶胞
每个晶 采纳这种堆积 胞所含 的典型金属 原子数
配 位 数
空间 利用 率
非 密 置 层
简单立 方堆积
—
Байду номын сангаас
—
1
Po
6
52%
体心立 方堆积
钾 型
—
2
Na、K、 Cr、Mo、W
8
68%
六方 堆积 密 置 层 面心立 方堆积
2)具有特殊电学性质的金属间化合物，如 InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用 3)具有强磁性的合金物，如稀土元素（Ce， La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物，具有 特别优异的永磁性能
金属原子堆积的4种基本模式
金属原子堆积的4种基本模式
金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。
1、简单立方堆积：
不难理解，这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子，被称为简单立方堆积。
这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。
晶胞：一个立方体，1个原子，如金属钋。
2、钾型
非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填人下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如图3—24所示。
与立方堆积相比空间利用率那一个高？
晶胞：体心立方，两个原子。
如碱金属。
动手：把非密置层的小球黏合在一起，再一层一层地堆积起来，使相邻层的球紧密接触。
试一试，除了上述两种堆积方式外，是否可能有第三种方式?
3、镁型和铜型
密置层的原子按上述钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式——镁型和铜型。
镁型如图3—25左所示，按ABABABAB……的方式堆积；铜型如图3—25右所示，按ABCADCABC……的方式堆积。
分别用代表性金属命名为镁型和铜型①，这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数均为12，空间利用率均为74％，但所得晶胞的形式不同。
金属晶体的两种堆积方式：
镁型：按ABABABAB……方式堆积；铜型：ABCADCABC……方式堆积；配位数均为12，空间利用率均为74％。
小结：金属晶体的四种模型对比：
堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数
简单立方Po52％6
钾型(bcp)Na、K、Fe68％8
镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74％12
铜型(ccp)Cu、Ag、Au74％12。
金属晶体在二维空间的堆积方式
在二维空间中，金属晶体可以有多种堆积方式。
其中最常见的是平面堆积和平行堆积。
平面堆积是指金属原子在二维空间中按照一定的规律排列，形成平面结构。
这些平面结构可以相互叠加，形成三维的金属晶体。
平面堆积的方式包括密排面和间隙面两种。
密排面是指原子排列最紧密的平面，通常具有最高的堆垛密度。
间隙面则是指原子排列较为稀疏的平面，通常堆垛密度较低。
平行堆积是指金属原子在二维空间中按照一定的方向平行排列，形成一维的结构。
这些一维的结构可以相互连接，形成三维的金属晶体。
平行堆积的方式包括密排方向和间隙方向两种。
密排方向是指原子排列最紧密的方向，通常具有最高的堆垛密度。
间隙方向则是指原子排列较为稀疏的方向，通常堆垛密度较低。
除了平面堆积和平行堆积外，还有一些特殊的堆积方式，如三角堆积和四面体堆积等。
这些特殊的堆积方式通常在特定的条件下形成，如高温、高压等。
金属晶体的堆积方式对其物理性质和化学性质都有很大的影响。
例如，金属晶体的导电性和导热性会受到其堆积方式
的影响。
同时，金属晶体的稳定性也会受到其堆积方式的影响。
因此，研究金属晶体的堆积方式对于理解其性质和应用具有重要意义。
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体是由金属原子按照一定的排列构成的固体，它们具有规则的晶体结构，其中最常见的是四种堆积模型：面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型。
面心立方模型是最常见的金属晶体堆积模型，它由八个原子组成，每个原子都位于晶体的八个顶点上，形成一个立方体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他七个原子有相同的距离，因此它具有良好的稳定性。
面心六方模型是一种比面心立方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十二个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他五个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性。
空心六方模型是一种比面心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十八个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个空心六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十一个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性和机械稳定性。
空心八方模型是一种比空心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由二十四个原子组成，每个原子都位于晶体的八个面上，形成一个空心八面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十七个原子有不同的距离，同样具有较高的热稳定性和机械稳定性。
总之，金属晶体的四种堆积模型是面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型，它们各自具有不同的特点，可以满足不同的应用需求。
金属晶体模型
铜型 Cu, Ag, Au 74% 12 (ccp)
晶胞
能力训练
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧 化性 B．金属元素在化合物中一定显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D．金属单质的熔点总是高于分子晶体
3.3.2《金属晶体的原子 堆积模型》
金属晶体的原子堆积模型
一、几个概念 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽
可能的相互接近，使它们占有最小的空间
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数
空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积 百分数，用它来表示紧密堆积的程度
二、金属晶体的原子堆积模型
金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等 径圆球在一平面上排列，有两种排布方式
3.六方堆积
镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个周
A
期，即 AB AB 堆积方式， 形成六方堆积。
上图是此种六方 堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方密堆积-镁型
六方堆积方式的金属晶体： Mg、Zn、Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
思考：密置层的堆积方式有哪些？
第二层 ： 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将 球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 位，其情形是一 样的 )
12
金属晶体中原子堆积方式
(1)简单立方：在立方体顶点的微 粒为8个晶胞共享，
微粒数为：8×1/r)3
= 52.36%
（2）体心立方：在立方体顶 点的微粒为8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于 该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
（3）六方晶胞：在六方体顶 点的微粒为6个晶胞共有，在 面心的为2个晶胞共有，在体 内的微粒全属于该晶胞。
物质结构与性质
金属晶体的堆积方式
一、理论基础：
由于金属键没有方向性，每个金属原 子中的电子分布基本是球对称的，所以 可以把金属晶体看成是由直径相等的圆 球的三维空间堆积而成的。
二、金属堆积方式
（一）一维堆积
（二）二维堆积
I型
II 型
非密置层
行列对齐四球一 空 非最紧密排列
密置层
行列相错三球一 空最紧密排列
(3)六方紧密堆积
A B A B A
A
A
B
B
A
A
密 置 层
边长 = 2r
高 = 4 6r/3
(4)面心立方紧密堆积（A1）
12
6
3
54
12
6
3
54
A
12
6
3
B
54
C
(4)面心立方紧密堆积
A
C B A C B A
12
6
3
54
C B A
密置层
边长 = 2 2r
面对角线 = 4r
四、晶体中有关计算
（三）三维堆积
非密置层
密置层
三、金属晶体基本构型
1.简单立方堆积：
非最紧密堆积， 空间利用率低
边长 = 2r
金属堆积
，
1
2
两 个 密 置 层 密 置 堆 积
三 个 密 置 层 密 置 堆 积
六方堆积
面心立方 堆积
3.六方堆积（镁型）镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球 A
1 6 5 4
2
3
B
A B
于是每两层形成一个 周期，即 AB AB 堆积方 式，形成六方堆积。
A
上图是此种六方 堆积的前视图
阅读课文Ｐ76《资料卡片》，并填写下表
堆积模型 简单立方 钾型( bcp ) 镁型(hcp) 铜型(ccp) 典型代表 空间利 用率 配位数 晶胞
金属晶体的四中堆积模型对比
能力训练
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧 化性 B．金属元素在化合物中一定显正价
A
C B A
1 6
2 3
5
4
C B
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A 此种立方紧密堆积的前视图
铜型（面心立方最密堆积)
1 ABC铜型面心立方晶胞的抽取
C
B
B
A C B A
A C
B
晶胞内原子数：4
配位数：12 空间利用率： 74％ 典型金属：Cu Ag Au
三、金属晶体的四种堆积模型对比
第二节 金属晶体的原子 堆积模型
金属晶体的原子堆积模型
（1）几个概念 配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数 空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积 百分数，用它来表示紧密堆积的程度
空间利用率= 球体积 晶胞体积 100%
一、 二维平面堆积方式
非密置层
行列对齐,四球一空 非最紧密排列 配位数：4
金属晶体的密堆积
晶胞是描述晶体结构 的基本单元，晶胞一 般选取平行六面体
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
1、简单立方堆积：
每个晶胞含 1 个原子 配位数是 6 ， 空间利用率低
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
空间利用率 构成晶体的原子、离子或分子在整个
晶体空间中所占有的体积百分比
简单立方堆积：
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
请快速阅读课本75至76页，完成以下任务
1.集体制作密置层在三维空间的最密堆积模型
2.对比分析两种最密堆积在三维空间堆积的异同
二、金属晶体的两种最密堆积方式
A
12
B
6
3
A
54
B
A
A
C
B
12
A
6
3
C
54
B
A
六方最 密堆积
面心立方 最密堆积
二、金属晶体的两种最密堆积方式
1、六方最密堆积 2、面心立方最密堆积 配位数为 12 ， 配位数为 12 ，
2、体心立方堆积：
学与问
体心立方堆积的晶胞是个立方体。想一想，如果 原来的非密置层上的原子保持紧密接触，立方体 中心能否容得下一个原子？
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
2、体心立方堆积：
每个晶胞含 2 个原子，配位数为 8 ，
空间利用率不高，Na、K、Fe等金属采取这 种堆积方式。
金属原子在三维空间的堆积模型 小组探究2:密置层在空间的堆积方式
4
3
1
2
12
6
3
54
非密置层 球对球 行列对齐
四球一空
密置层
球对缝
行列交错 三球一空
金属原子在三维空间的堆积模型
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7 6 5
1
8 9 4
2 3
10
11
12
属于最密置层堆集，配位数为 12 ，这种堆积 晶胞空间利用率高，许多金属（如Cu Ag Au 等）采取这种堆积方式。
找铜型的晶胞
C B
A
面心立方（铜型）空间利用率计算：
在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面 心的为2个晶胞共有。
属于1个晶胞微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4
请计算：空间利用率？
面心立方堆积方式的空间利用率计算
a
a
面心
面心立方堆积方式的空间利用率计算
a
a
面心
面心立方空间利用率：
属于1个晶胞微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4 空间利用率： 4×4πr3/3 (2×1.414r)3 = 74.05%
堆积方式及性质小结
堆积方式 晶胞类型 空间利 配位数 用率 简单立 方堆积 简单立方 52％ 68% 74% 74% 6 8 12 实例
2
配位数： 12 空间占有率：
六方密堆积（镁型）的空间利用率计算：
四点间的夹角均为60°
先求S
在镁型堆积中取出六方晶胞，平行六面体的底是 平行四边形，各边长 a=2r，则平行四边形的面积：
3 2 S a a sin 60 a 2
平行六面体的高： 再求h
h 2 边长为a的四面体高 6 2 6 2 a a 3 3
空间利用率的计算
1、空间利用率：指构成晶体的原子、离子或 分子在整个晶体空间中所占有的体积百分比。 球体积 晶胞体积
空间利用率 =
100%
2、空间利用率的计算步骤： （1）计算晶胞中的微粒数
金属晶体的四种堆积模型总结
金属晶体的四种堆积模型总结Metal crystals can be classified into four main stacking models: Close-packed cubic (FCC), Close-packed hexagonal (HCP), Body-centered cubic (BCC), and Simple cubic (SC). These models represent different ways in which metal atoms arrange themselves in a crystal lattice. Close-packed cubic structures have atoms arranged in layers of repeating ABCABC... pattern, giving them high packing efficiency.金属晶体可以分为四种主要的堆积模型：密堆立方（FCC）、密堆六方（HCP）、体心立方（BCC）和简单立方（SC）。
这些模型代表了金属原子在晶格中排列的不同方式。
密堆立方结构中，原子按照重复ABCABC...模式排列在不同层中，使得具有较高的填充效率。
Close-packed hexagonal structures, on the other hand, consist of layers with an ABAB... stacking sequence. This type of arrangement gives rise to a compact structure with a hexagonal unit cell. Body-centered cubic structures have atoms arranged in a simple cubic lattice with an additional atom at the center of the cube. This arrangement provides good mechanical properties due to thepresence of the central atom, which enhances the strength of the crystal lattice.另一方面，密堆六方结构由具有ABAB...堆叠序列的层组成。
金属晶体堆积模型复习及计算
请计算：空间利用率？
以体心立方晶胞为例，计算晶胞中原子的 空间占有率。
小结：（2）钾型 (体心立方堆积)
配位数：8
（3）面心立方：在立方体顶点的微粒为8 个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。
微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4
请计算：空间利用率？
B
此种立方紧密堆积的前视图A
7 1 9
6
5
8 2
3 4
10
11
12
这种堆积晶胞空间利用率高（74%），属于 最密置层堆集，配位数为 ，许多金属（如 Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积方式。
回顾镁型的晶胞
1200
平行六面体
找铜型的晶胞
C B A
回顾：配位数 每个小球周围距离最近的小球数
=19.36g/cm3 1nm=10-9m=10-7cm
复习1pm=10-12m
练2：
现有甲、乙、丙、丁四种晶胞，可推知甲
晶晶体体体的中化的与学化的式学粒 为式子—为E—个F——D或—数—C——F比2——E—为；或——丁—C—1—晶—2:D1——体——；的—；丙化乙晶学 式为—X—Y——2Z——。
BA
甲
DC
乙
F
E
丙
Z X
Y
丁
练3： 甲
乙
丙
上图甲、乙、丙分别为体心堆积、面心立方堆积、 六方堆积的结构单元，则甲、乙、丙三种结构单
元中，金属原子个数比为——1—:—2:—3————。
乙晶胞中所含金属原子数为8×1/8+6×1/2=4 晶胞中所含金属原子数为12×1/6+2×1/2+3=6
金属晶体堆积模型及计算公式
----体心立方堆积：
5 8 1
6 7 2
4
3
这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞含 2 个原子，属于非密置层堆积，配位数 为 8 ，许多金属（如Na、K、Fe等）采取这种 堆积方式。
空间利用率的计算
（2）体心立方：在立方体顶 点的微粒为8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于 该晶胞。 微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
1200
平行六面体
每个晶胞含 2 个原子
铜型（面心立方紧密堆积）
7 6 5 1 8 9 4 2 3
12
10 11
这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数 为 12 ，许多金属（如Cu、Ag、Au等）采取这 种堆积方式。
（3）面心立方：在立方体顶点的微粒为8 个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为： 8×1/8 + 6×1/2 = 4 空间利用率： 4×4лr3/3 (2×1.414r)3
分子间以范德 通过金属键形成的 华力相结合而 晶体 成的晶体
作用力
构成微粒 物 理 性 质 实例 熔沸点
共价键
原子 很高
范德华力
分子 很低
金属键
金属阳离子和自由 电子 差别较大
硬度
导电性
很大
无（硅为半导体） 金刚石、二氧化硅、 晶体硅、碳化硅
很小
无 Ar、S等
差别较大
导体 Au、Fe、Cu、钢 铁等
= 74.05%
堆积方式及性质小结
堆积方式 晶胞类型 空间利 配位数 用率 简单立 方堆积 简单立方 52％ 68% 74% 74% 6 8 12 实例
Po Na、K、Fe
体心立方 体心立方 堆积 六方最 密堆积 六方
典型金属晶体结构的堆剁模型分析
体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度
最密排面的堆垛：面心立方 ABCABCABC…..
密排六方 ABABAB…..
A A
C (密排六方)
B
B
C (面心立方)
6、晶体间隙
• 两种间隙：四面体间隙
•
八面体间隙
空隙半径：若在晶胞空隙中放入刚性球, 则能放入球的最大半径为 空隙半径。
体心立方晶胞中有两种空隙。有3个八面体空隙和6个四面体空隙。 四面体空隙(右图),其半径为: r四=0.29r原子 八面体空隙(左图), 其半径为: r八=0.15r原子
距pa、qb、rc，得截距系数p、q、r ；
● 取截距系数的倒数比
Y
1/p：1/q：1/r = h：k：l
（为最小整数比）；
● 去掉比号、以小括号括起来，写为(h k
X
l)。
主要晶面
在立方晶系中, 由于原子的排列具有高度的对称性, 往往存在有许多原子排列完 全相同但在空间位向不同(即不平行)的晶面, 这些晶面的总称为晶面族, 用大括号 表示, 即{hkl}。 在立方晶胞中(111)、( )、( )、( ) 同属{111}晶面族。 可用下式表示：
四、实晶验体材结料构及模设型材备。 料及设构模型。
五、实验步骤： 1）利用模型道具，堆出面心立方、体心立方和密排六方晶体。 2）逐个分析上述所堆晶面上原子的分布特 征，如实画出原子分布
和面心立方和体心立方晶体的（l00）、（110）、 （111）和（ 112）晶面； 3）在上述平面图上，至少标出三个不同方位的晶向指数； 4）用球堆垛出密排六方和面心立方晶体结构； 5）借助晶体结构模型和4）分析间隙位置、分布、数量。
六、实验报告要求
金属晶体晶胞堆积方式
金属晶体晶胞堆积方式金属晶体是金属元素构成的晶体结构，其原子或离子以某种特定的方式堆积在一起。
这些堆积方式对于金属的性质和性能有着至关重要的影响。
在金属晶体中，金属原子或离子的堆积方式通常被称为“堆积方式”或“堆积模型”。
一、常见堆积方式1. 六方堆积（Hexagonal Close-Packed，简称hcp）：这种堆积方式在金属晶体中是最常见的之一。
在六方堆积中，每个原子周围都有12个原子，它们以六重对称的方式排列。
这种堆积方式可以有效地减少原子间的空隙，提高晶胞的密度。
许多金属元素，如镁、锌、镉等，采用这种堆积方式。
2. 面心立方堆积（Face-Centered Cubic，简称fcc）：这种堆积方式在金属晶体中也较为常见。
在面心立方堆积中，每个原子周围都有12个原子，它们以面心对称的方式排列。
这种堆积方式可以提供最大的空间利用率，因此许多金属元素，如铜、铁、镍等，采用这种堆积方式。
3. 体心立方堆积（Body-Centered Cubic，简称bcc）：这种堆积方式在金属晶体中不如前两种常见。
在体心立方堆积中，每个原子周围有8个原子，它们以体心对称的方式排列。
这种堆积方式的空间利用率较低，通常用于一些高熔点、高硬度的金属元素，如钨、钼等。
二、堆积方式的影响因素金属原子的电子排布和大小是决定其堆积方式的主要因素。
一般来说，如果金属原子的电子排布较稳定，且原子半径较小，则更倾向于采取六方堆积；如果金属原子的电子排布不太稳定，且原子半径较大，则更倾向于采取面心立方堆积或体心立方堆积。
此外，金属的物理化学性质，如熔点、硬度、延展性等，也与堆积方式密切相关。
三、堆积方式的检测方法对于金属晶体堆积方式的检测，通常可以采用X射线衍射法或中子衍射法。
这些方法可以通过分析衍射图谱来确定晶胞的几何形状和大小，从而推断出金属原子的堆积方式。
此外，近年来发展起来的计算机模拟方法也为研究金属晶胞的堆积方式提供了有力的工具。
金属原子四种基本堆积模型
金属原子四种基本堆积模型金属是一类特殊的物质，其特点之一就是金属原子之间的结构相对松散，呈现出一定的有序性。
金属原子的堆积方式对金属材料的性质和结构起着重要的影响。
在金属学中，有四种基本的金属原子堆积模型，分别是简单立方堆积、体心立方堆积、面心立方堆积和六方最密堆积。
本文将对这四种模型进行详细介绍。
一、简单立方堆积简单立方堆积是最为简单的金属原子堆积方式，其堆积方式如同立方体一样。
每个原子顶点处有一个原子，由于原子之间没有其他原子的干扰，所以原子之间的距离相等。
这种堆积方式的特点是原子密度较低，也就是说单位体积内的原子数较少。
二、体心立方堆积体心立方堆积是在简单立方堆积的基础上，加入了一个位于立方体中心的原子。
这样一来，每个原子周围都有八个相邻的原子，而且原子之间的距离也相等。
体心立方堆积的特点是原子密度较高，也就是说单位体积内的原子数较多。
这种堆积方式常见于铁、钴等金属。
三、面心立方堆积面心立方堆积是在简单立方堆积的基础上，每个面的中心都加入一个原子。
这样一来，每个原子周围都有十二个相邻的原子，而且原子之间的距离也相等。
面心立方堆积的特点是原子密度最高，也就是说单位体积内的原子数最多。
这种堆积方式常见于铜、铝等金属。
四、六方最密堆积六方最密堆积是在简单立方堆积的基础上，每个面的中心和每个边的中心都加入一个原子。
这样一来，每个原子周围都有十二个相邻的原子，而且原子之间的距离也相等。
六方最密堆积的特点是原子密度较高，也就是说单位体积内的原子数较多。
这种堆积方式常见于铅、锌等金属。
这四种基本的金属原子堆积模型在金属学中具有重要的意义。
它们不仅决定了金属材料的结构特征，还对金属的物理和化学性质产生影响。
例如，原子密度高的金属常常具有较高的硬度和强度，而原子密度低的金属则具有较好的导电性和导热性。
这四种模型还可以相互转化。
例如，简单立方堆积可以通过在每个面的中心和每个边的中心加入原子来转化为六方最密堆积；而体心立方堆积可以通过在每个面的中心加入原子来转化为面心立方堆积。
《金属晶体的原子堆积模型》名师教案
金属晶体的原子堆积模型一、核心思想学生发展核心素养倡导培养学生的科学精神和学会学习的能力，那么以课堂为载体、将核心素养的培养内化到学生学习过程中是我们每节课的追求目标。
为实现培养学生能力和突破教学重难点的双重目标，本节课通过开展活动探究式教学，让学生“动手做、动眼看、动口议、动笔写、动脑思”，加强学生自主探究活动，培养他们的理性思维能力、批判质疑精神和勇于探究精神，真正体现学生的主体地位。
二、教学内容分析1教材分析本节课是鲁科版选修三第三章第一节第二课时的内容，第三章的主题是物质的聚集状态与物质性质，旨在让学生通过本章的学习，了解四种基础晶体类型，能从晶体结构的视角认识物质的性质，进一步形成有关物质结构的概念。
2价值分析（1）学科价值：在教材中承上启下，帮助学生了解金属晶体的原子堆积模型；（2）应用价值：能够判断金属晶体的晶胞类型；（3）学生发展价值：从微观角度认识世界。
3学情分析（1）知识层面：学生已初步了解分子晶体、原子晶体的定义及结构特点。
（2）能力层面：有学习热情，有一定的探究能力、分析思维能力和自主学习能力，主动探究能力有待提升。
（3）可能遇到的问题：语言表达能力不足、不会表达或化学用语不规范；知识迁移运用能力不足，分析问题、解决问题的能力有待提高。
三、教学目标分析1课程目标（1）了解金属晶体的四种基本堆积模型：简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积和面心立方最密堆积。
（2）认识四种基本堆积模型的晶胞、能判断金属原子的配位数及四种堆积方式的空间利用率的计算。
2学生核心素养目标（1）科学精神：理性思维能力、严谨求知的态度，勇于探究的精神。
（2）自主发展：乐学善学、学习方法的习得，信息意识。
3方法目标（1）通过观察和制作堆积模型训练学生的空间想象能力和动手能力。
（2）通过小组合作培养学生的合作互助意识。
四、教学重点和难点1教学重点：金属原子在三维空间的四种堆积方式2教学难点：四种堆积方式晶胞、配位数、原子利用率的区别五、教学方法活动探究式学习六、设计思想本节课的设计思想如下，逐步开展三个思考与交流活动以及4个探究环节、梯度螺旋化上升，符合学生认知规律。
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Po
简 单 立 方 晶 胞
①配位数： 6
同层4，上下层各1 6
2 1 4 3 1 4
2
3
5
（2）金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a
a
a
a
a=2r
（3）简单立方晶胞平均占有的原子数目：
1 =1 × 8 8
（2）体心立方堆积 （碱金属）
体 心 立 方 晶 胞
①配位数： 8
金属原子尽可能地互相接近，尽量占据较小 的空间。 ——紧密堆积
活动与探究1： 平面上金属原子紧密排列的方式
从蓝色盒子里取出： 4组乒乓球（3个排成一条直线的）
将乒乓球放置在平面上，排成4排，使球面 紧密接触，有哪些排列方式？
平面上金属原子紧密排列的两种方式
2
2
3 4 5
1
4
3
1
A C B A
6
6
6
俯视图：
ABAB…堆积方式
ABCABC…堆积方式
（1）ABAB…堆积方式
—— 六方最密堆6，上下层各 3
1 9 5 2 8 3
7 6 1 6 2 3 4
4
5
10
12
11
②六方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：
1 1 × 12 × 2 + +3 6 2 =6
先将两组小球以非密置层的排列方式排列在 一个平面上：
在其上方再堆积一层非密置层排列的小球， 使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方 式？
三维空间里非密置层的 金属原子的堆积方式
（1） 第二层小球的球心 正对着 第一层小球的球心
（2） 第二层小球的球心 正对着 第一层小球形成的空穴
（1）简单立方堆积
（1）ABAB…堆积方式
第三层小球对准第一层的小球。 每两层形成一个周期地紧密堆积。 前视图
2
A
3 4
1 6
B
5
A
B
A
（2）ABCABC…堆积方式
第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。 第四层同第一层。 前视图 每三层形成一个周期地紧密堆积。
A C
B
1 2 5 3 4 1 2 5 3 4 1 2 5 3 4
A
A
B
B
三维空间里密置层的 金属原子的堆积方式
（ 1） ABAB… 堆积方式
（ 2） ABCABC… 堆积方式
俯视图
1 6 2 3 4
1 6
2
3 4
5
5
A
B
第二层小球的球心对准第一层的 1、3、5 位 （▽）或对准 2、4、6 位（△）。 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层 可以有两种最紧密的堆积方式。
思考题
（1）六方紧密堆积的晶胞中： 金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h有什 么关系？
（2）面心立方紧密堆积的晶胞中： 金属原子的半径r与正方体的边长a有什么关 系？
金属原子的半径 r 与六棱柱的边长 a、高 h 的关系：
a
a=2r
h
2 6 a h= 3
金属原子的半径r与正方体的边长a的关系：
5 8 1 4
上下层各4
6 7 2 3
（2）金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
b a
a a
2a
a
2a
b = 3a b = 4 r 3a=4r
（3）体心立方晶胞平均占有的原子数目：
1 + 1= 2 × 8 8
活动与探究3 三维空间里密置层金属原子的堆积方式
将密置层的小球在一个平面上黏合在一起， 再一层一层地堆积起来（至少堆4层），使 相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？ 注意：堆积方式的周期性、稳定性
（2）ABCABC…堆积方式
——面心立方最密堆积（铜）
A B
C
①配位数： 12
同层 6，上下层各 3
7 1 6 2 5 3 4 6 5
1
2 8
9
4 12
3
10
11
②面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：
1 1 + ×6 = 4 × 8 8 2
阅读课文P76《资料卡片》 1. 金属晶体的四种堆积模型对比 2. 混合晶体
6
配位数为4
配位数为6
4个小球形成一个四边形空隙，一种空隙。 见“ ”。
3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。 一 种： △ 见“ ” 另一种：▽ 见“ ”
平面上金属原子紧密排列的两种方式
2
2
3 4 5
1
4
3
1
6
配位数为4 非密置层放置
配位数为6 密置层放置
活动与探究2 三维空间里非密置层金属原子的堆积方式
a
a a a a
2a=4r