《金属晶体》课件

密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽
可能降低，而结构稳定。
三、金属堆积方式 （一）二维平面堆积方式
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
展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数
及空间利用率。
2 1 2 3 4 5
1
4
3
6
配位数：一个原子紧密接触的原子数 空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数， 它用来表示紧密堆积的程度
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
六方最密堆积分解图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
4. 面心立方最密堆积ABCABC…Au、Ag、Cu、Pb等
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。
四、石墨是层状结构的混合型晶体
教材P76资料卡片
练
1. 右图是钠晶体的晶胞结构，
习
则晶胞中的原子数是 8×1/8 +1=2 .
钠晶体的晶胞
如某晶体是右图六棱柱状晶胞，
则晶胞中的原子数是 12×1/6+2×1/2 + 3 = 6 .
练
习
2. 最近发现一种由某金属原子 M和非金属原子 N构成
的气态团簇分子，如图所示．顶角和面心的原子是 M
Na、K、Cr、Mo、W等
非密置层的另一种堆积
是将上层金属原子填入 下层的金属原子形成的 凹穴中
a
a
3a=4r
a
a
5 8 4
7 2 3
这是另一种非密置堆积方式，将上层金属填入下层金
属原子形成的凹穴中,得到的是体心立方堆积。其配
位数为8，空间利用率为68.02%。
体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
A
C
B
1 6 2 5 3 4 1 6 2 5 3 4 1 6 2 5 3 4
A C B A
面心立方最密堆积分解图
面心立方堆积
金、银、铜、铅等
A B
C
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
5.金属晶体的堆积方式和对应的晶胞
堆积模型 采纳这种堆积的典 型代表 晶胞
简单立 方堆积 非密置 层 体心立 方堆积
B. 纯铁
D. 无法确定
2. 某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方 的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正 立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个 顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的 空间利用率。
3. 已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜 的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3， 试求 （1）图中正方形边长 a， （2）铜的金属半径 r
在金属晶体中，由于金属键没有方向性，金属原子如同半径相等的小 球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是 有一定规律的。
密堆积的定义:
由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结
合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋
向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最
大的那些结构。
密置堆积 第一层 ：
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 )
1 6 5
2 3 4 1 2
6
5 4
3
A
，
B
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。
3.六方堆积
镁、锌、钛等
第一种： 将第三层球对准第一层的球 A
通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。 一、金属键： 1、定义：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶 体。
2、构成微粒：金属原子 3、晶体中的作用力：金属键 4、存在：金属单质和合金中 5、特征：金属键没有方向性也没有饱和性
二、金属的性质 1.导电性 【讨论1】 金属为什么易导电？
在金属晶体中，存在着许多自由电子，这些自 由电子的运动是没有一定方向的，但在外加电 场的条件下自由电子就会发生定向运动，因而 形成电流，所以金属容易导电。
Po(钋)
Na、K、Cr、Mo、 W
堆积模型
采纳这种堆积的典 型代表
晶胞
六方最 密堆积 密 置 层
Mg、Zn、Ti
面心立 方最密 堆积
Cu、Ag、Au Pb
6. 晶胞中金属原子数目的计算(平均值)
（1）：
顶点占1/8
棱上占1/4
面心占1/2
体心占1
（2）.晶胞中微粒数的计算
(1)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
(2)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
(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。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点----1/8 棱----1/4 面心----1/2 体心----1
提示： 数出面心立方中的铜的个数：
r r
o
r r a
a
晶体的概念
晶体：具有规则几何外形的固体。 晶体为什么具有规则的几何外形呢? 构成晶体的微粒有规则排列的结果.
晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位.
晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。
原子，棱的中心和体心的原子是 N 原子，它的化学式
为( A． C．
C
) B．MN
M4 N4 M14 N13
D．条件不够，无法写出化学式
练
习
3.合金有许多特点,如钠-钾合金 ( 含钾50% ~80%)为液
体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、
碳三种物质中，熔点最低的是 (
A
)
A. 生铁
C. 碳
3.延展性
【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？
原子晶体受外力作用时，原子间的位移必然 导致共价键的断裂，因而难以锻压成型，无延 展性。而金属晶体中由于金属离子与自由电子 间的相互作用没有方向性，各原子层之间发生 相对滑动以后，仍可保持这种相互作用，因而 即使在外力作用下，发生形变也不易断裂。
4 .合金的熔点比其成分中金属低，而硬度、强 度和机械加工性能比各成分金属更好。
非密置层
密置层
(二) 三维空间堆积方式
1.
简单立方堆积 Po
形成简单立方晶胞，配位数为6，为非密置堆积，空间利 用率较低，为52％ ，金属钋（Po）采取这种堆积方式。
a a a
a 形成简单立方晶胞，空间利用率较低，为52％ ，
讨论： A、金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a=2r
2. 体心立方堆积
比较离子晶体、金属晶体导电的区别：
晶体类型 导电时的状态 导电粒子 离子晶体 金ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ晶体
水溶液或 熔融状态下
晶体状态
自由移动的离子 自由电子
2.导热性
【讨论2】金属为什么易导热？ 自由电子在运动时经常与金属离子碰撞， 引起两者能量的交换。当金属某部分受热时， 那个区域里的自由电子能量增加，运动速度加 快，通过碰撞，把能量传给金属离子。 金属容易导热，是由于自由电子运动时与 金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到温度 低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。