金属晶体堆积方式

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金属晶体堆积方式

金属晶体堆积方式的研究意义和展望
提高材料的力学性能，如强度、硬度、韧性等优化材料的电学、热学和磁学性能实现材料的功能化与智能化，如传感器、驱动器等探索新型材料，推动科技进步和产业发展
金属晶体堆积方式的研究有助于深入理解物质结构和性质
金属晶体堆积方式的多样性是决定金属材料性能的重要因素
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金属晶体的堆积方式会影响其物理性质，如导电性、热导率等。
了解金属晶体的堆积方式对于材料性能的优化和新型材料的开发具有重要的意义。
特点：金属晶体堆积方式具有高度的对称性和规则性，不同金属晶体堆积方式的差异较大。
影响因素：金属晶体堆积方式受金属原子半径、金属键类型等因素影响。
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应用：金属晶体堆积方式对金属的物理性质和化学性质有重要影响，如导电性、耐腐蚀性等。
实验研究：通过X射线衍射、中子衍射等实验手段研究金属晶体堆积方式。
金属晶体堆积方式在材料科学中的应用金属晶体堆积方式在电子器件制造中的应用金属晶体堆积方式在航空航天领域的应用金属晶体堆积方式在生物医学领域的应用
金属晶体堆积方式的形成原因是为了实现空间利用率的最大化。
通过合理的堆积方式，金属晶体可以获得更高的密度和更强
的机械性能。
金属晶体堆积方式的形成还受到金属原子间相互作用力的影
响。
金属晶体堆积方式的特点和应用
金属晶体堆积方式的特点包括周期性、对称性和密堆积等。
金属晶体的堆积方式在材料科学和工程领域具有广泛的应用，如金属材料、催化剂等。
热性能。
金属晶体的堆积方式决定了其物理和化学

金属晶体金属堆积方式

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原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学
式为( C )
A． M4N4 B．MN
C． M14N13
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
Ⅳ.面心立方金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
堆积（铜型）
第四层再排 A，于是形成
A
ABC ABC 三层一个周期。
这种堆积方式可划分出面心
C
立方晶胞。
B
12
6
3
54
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
A
C B A 此种立方紧密堆积的前视图
堆积方式及性质小结
金属晶体
Ti
金属样品 Ti
1、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
㈠、金属键
（1）定义：金属离子和自由电子之间的相互作用。（2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子
（3）键的存在: 金属单质和合金中
（4）方向性: 无方向性
（5）键的本质: 电子气理论
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。

金属晶体的常见结构

金属晶体的常见结构
金属晶体的常见结构有以下几种：
1. 面心立方（FCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方形面的角点和中心，以及正方形面的中心。

每个原子都与12个邻近原子相接触，形成一个紧密堆积的结构。

典型的例子是铜、铝和金。

2. 体心立方（BCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方体的角点和正方体的中心。

每个原子都与8个邻近原子相接触，形成一个比较紧密的结构。

铁和钨是常见的具有BCC结构的金属。

3. 密排六方（HCP）结构：在这种结构中，金属原子以一定的方式排列，形成六边形的密排层，其中每个层的原子位于前一层原子的空隙上。

这些层之间存在垂直堆叠，形成一个紧密堆积的结构。

典型的例子是钛和锆。

除了以上三种常见的金属晶体结构外，还有其他特殊的结构，如体心立方密堆积（BCC HCP）和面心立方密堆积（FCC HCP）等。

这些不同的结构对于金属的性质和行为有着重要的影响。

1。

金属晶体的三种密堆积方式

金属晶体的三种密堆积方式金属晶体的三种密堆积方式中，原子排列的密堆积方式是指原子在三维空间中紧密排列，以使得晶体的空间利用率达到最大。

密堆积方式可以有效影响金属的密度、强度、硬度等物理性质，因此在材料科学和固体物理中具有重要意义。

通常，金属晶体的密堆积方式主要分为以下三种：面心立方堆积（FCC）、六方最密堆积（HCP）和体心立方堆积（BCC）。

一、面心立方堆积（FCC）面心立方堆积（Face-Centered Cubic, FCC）是一种常见的密堆积方式，其中每个立方体的面上都有一个原子，且每个顶点上也有一个原子。

FCC结构可以看作是由许多面心立方单元重复堆积而成，其代表性金属包括铜（Cu）、铝（Al）、银（Ag）和金（Au）等。

1. 结构特点：在FCC结构中，每个原子都有12个最近邻原子，即配位数为12。

该结构单胞中包含4个原子（8个顶点上的原子分别与相邻单元共享，6个面的原子与邻近单元共享），堆积因子达到0.74，即约74%的空间被原子占据，属于最密堆积结构。

2. 性质：FCC结构由于其紧密的堆积方式，具有较高的塑性和延展性。

因此，FCC金属在室温下一般较易发生滑移，从而产生延展变形。

例如，铜和铝具有良好的延展性，易于加工成型。

3. 堆积方式：在面心立方堆积中，原子在平面上形成紧密的六边形排列，层间顺序为ABCABC 的排列模式。

这意味着每三层后结构重复，形成周期性排列。

4. 应用：FCC结构的金属由于其良好的延展性和抗冲击性，常用于制造电线、金属薄膜和结构材料等。

二、六方最密堆积（HCP）六方最密堆积（Hexagonal Close-Packed, HCP）是一种与面心立方相似的密堆积方式，但其晶体结构为六方柱体，且具有不同的堆积顺序。

HCP结构的代表性金属包括镁（Mg）、钛（Ti）、锌（Zn）和钴（Co）等。

1. 结构特点：在HCP结构中，原子的配位数同样为12，说明其紧密度与FCC相似。

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。

、简单立方堆积：1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。

、钾型2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：b ei n ga 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 、Fe 68％8镁型(hcp)Mg 、Zn 、Ti 74％12铜型(ccp)Cu 、Ag 、Au74％12。

金属晶体堆积方式

人教版高中化学必修三物质结构与性质
第三章第三节金属晶体
金属晶体的原子堆积方式
学习目标
熟知金属晶体的原子堆积模型的分类及结构特点
金属原子在二维空间的放置方式
金属晶体中的原子可看成直径相等的球体，金属原子排列在平面上有两种放置方式。
非密置层
密置层
金属原子在三维空间的放置方式
金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。金属原子堆积有如下4种基本模式。 1.简单立方堆积 2.体心立方堆积 3.六方最密堆积 4.面心立方最密堆积
归纳总结
1.堆积原理
组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都服从
紧密堆积原理。这是因为在金属晶体中，金属键没有方向性和饱和性，
因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以密堆
积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。
2.常见的堆积模型
堆积模型
简单立方
采纳这种堆积的典型代表
置层记作A，第二层记作B，B层的球对准A层中的三角形
空隙位置，第三层记作C，C层的球对准B层的空隙，同时
应对准A层中的三角形空隙(即C层球不对准A层球)。这种排列方式三层为一周期，记为ABC„由于在这种排列中可
以划出面心立方晶胞，故称这种堆积方式为面心立方最密
堆积。 Cu 、 Ag 、 Au 等均采用此类堆积方式。
两层中各 3 个球相接触，故每个球与周围 12 个球相
接触，所以其配位数是 12 。原子的空间利用率最大。 Mg、Zn、Ti都是采用这种堆积方式。
面心立方堆积(ABCABC…)
B
C
A
A C B A C B A
面心立方堆积(ABCABC…)
A C B A C B A

金属晶体中原子堆积方式

（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
（2）体心立方堆积（A2）：
例：金属钾 K 的体心立方堆积
体对角线 = 4r 边长=4 3 r/3
(3)六方紧密堆积（A3）
1 2
6 5 4
3
各层均为密置层
于是每两层形成一个周期，即：AB、 AB 堆积方式，形成六方紧密堆积。
边长 = 2 2 r 面对角线 = 4r
四、晶体中有关计算
1.晶胞中微粒数的计算 (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：8×1/8 = 1 空间利用率： 4лr3/3 (2r)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。
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
（4）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
= 74.05%
2.配位数：
每个小球周围距离最近的小球数简单立方堆积：体心立方堆积：六方紧密堆积： 6 8 12 12
面心立方紧密堆积：
(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 6 r/3

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

金属晶体四类晶胞空间利用率的计算

金属晶体四类晶胞空间利用率的计算高二化学·唐金圣在新课标人教版化学选修3《金属晶体》一节中，给出了金属晶体四种堆积方式的晶胞空间利用率。

空间利用率就是晶胞上占有的金属原子的体积与晶胞体积之比。

下面就金属晶体的四种堆积方式计算晶胞的空间利用率。

一、简单立方堆积：在简单立方堆积的晶胞中，晶胞边长a等于金属原子半径r的2倍，晶胞的体积V晶胞=(2r)3。

晶胞上占有1个金属原子，金属原子的体积V原子=4πr3/3 ，所以空间利用率V原3/ （3×(2r)3）=52.33﹪。

子/V晶胞 = 4πr二、体心立方堆积：在体心立方堆积的晶胞中，体对角线上的三个原子相切，体对角线长度等于原子半径的4倍。

假定晶胞边长为a ，则a2 + 2a2 = (4r)2， a=4 r/√3 ，晶胞体积V晶胞 =64r3/ 3√3 。

体心堆积的晶胞上占有的原子个数为2，原子占有的体积为V原子=2×（4πr3/3）。

晶胞的空间利用率等于V原子/V晶胞 =（2×4πr3×3√3）/（3×64r3）= 67.98﹪。

三、面心立方最密堆积在面心立方最密堆积的晶胞中，面对角线长度是原子半径的4倍。

假定晶胞边长为a,则a2 + a2 = (4r)2 ,a = 2√2r ,晶胞体积V晶胞=16√2r3。

面心立方堆积的晶胞上占有的原子数为4，原子占有的体积为V原子 = 4×（4πr3/3）。

晶胞的空间利用率等于V原子/V晶胞 =（4×4πr3）/(3×16√2r3)= 74.02﹪.四、六方最密堆积六方最密堆积的晶胞不再是立方结构。

晶胞上、下两个底面为紧密堆积的四个原子中心连成的菱形，边长a = 2r ,夹角分别为60°、120°，底面积s = 2r×2r×sin(60°) 。

晶胞的高h的计算是关键，也是晶胞结构中最难理解的。

高中常考的堆积方式

有关高中“常考”的堆积方式
高中常考的堆积方式主要包括简单立方堆积、体心立方密堆积和六方最密堆积。

有关高中“常考”的堆积方式如下：
1.简单立方堆积：这是金属原子的一种堆积方式，其晶胞为简单立方。

这种堆积方式的空
间利用率较低，因为第二层的原子并没有像之前的三种密堆积一样堆积在第一层的空隙处，而是直接堆在了第一层原子的正上方。

2.体心立方密堆积：不是最密堆积，结构中不存在密堆积层和密置双层。

其晶胞为体心立
方，空间利用率也不如最密堆积。

3.六方最密堆积：六方最密堆积是一种最密堆积方式，空间利用率最高。

其晶胞为六方晶
胞。

金属晶体堆积方式

苏教版选修3
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
空间利用率： 4×4лr3/3
(2×1.414r)3
= 74.05%
2.配位数：每个小球周围距离最近的小球数
简单立方堆积：
6
体心立方堆积：
8
六方紧密堆积：
12
面心立方紧密堆积： 12
SUCCESS
THANK YOU
2019/4/27
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。
微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
（4）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
边长 = 2 2r
面对角线 = 4r
四、晶体中有关计算
1.晶胞中微粒数的计算
(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：8×1/8 = 1
空间利用率： 4лr3/3 (2r)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。
(3)六方紧密堆积
A B A B A

金属晶体堆积模型及计算公式

六方最密堆积的空间利用率计算
• 解：
在六方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：
S= a2 sin 60 = 3 a2 2
平行六面体的高：
h＝ 2边长为a的四面体高
＝ 2
6 a＝ 2
6 a
3
3
V晶胞＝
3 2
a22 6 3
a
＝ 2a3＝8 2r3
微粒数为：8×8 = 1
空间利用率： 4лr3/3 (2r)3
= 52.36%
（2）钾型 ----体心立方堆积：
5
6
8
7
1
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
（3）镁型和铜型
金属晶体的两种最密堆积方式──镁型和铜型
镁型
铜型
镁型
12
6
3
54
铜型
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
下图是镁型紧密堆积的前视图
A
12
6
3
B
54
A
B A
第下四图层是再排铜A型，于型是紧形密堆积的前视图
A
成 ABC ABC 三层一个周期。得到面心立方堆积。

金属晶体中原子堆积方式周期性规律的探讨

金属晶体中原子堆积方式周期性规律的探
讨
金属晶体是由金属原子堆积而成的固体，通常它们按一定的规律
排列，即原子堆积方式。

这些原子堆积方式对于研究金属材料的性能
有着重要的影响。

研究发现，金属晶体原子堆积方式具有周期性。

金属晶体原子堆积方式有五种基本形式，即，线排列（单晶体）、平面排列（复晶体）、立方排列（四晶体）、六面排列（六晶体）和
八面排列（八晶体）。

每种原子堆积方式都具有不同的特点，从而影
响着组成晶体微观和宏观结构，进而影响材料的性能。

目前，金属晶体的原子堆积方式的研究主要集中在其周期性的规
律上。

研究发现，平面堆积方式具有更适宜的周期性。

因此，根据其
原子堆积的周期性，可以分为三类：定向的等面晶体（对对称十二类
晶体），特定排列的等面晶体（如正交晶体）和随机排列的等面晶体（如单斜晶体）。

此外，周期性也影响着原子堆积的形式，如节点排
列图等。

在节点排列规律中，根据晶体的不同，原子堆积类型也不同，
有分散的（稀有的）、紧密的（密集的）、发散的（混乱的）和其他
类型。

金属晶体原子堆积方式的研究帮助人们更好地理解金属材料的性质。

它不仅有助于研究材料的结构特性，而且也有助于理解材料的电、热、力学和化学特性。

此外，金属晶体原子堆积方式的研究也为未来
开发更加有效的金属材料奠定了基础，从而发挥他们在科技发展中的
重要作用。

(完整word版)金属原子堆积4种基本模式

金属原子积聚的 4 种根本模式
金属晶体可看作金属原子在三空中堆而成。

1、立方堆：
不理解，种堆方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含 1 个原子，被称立方堆。

种堆方式的空利用率太低，只有金属(Po) 采用种堆方式。

晶胞：一个立方体， 1 个原子，如金属。

2、型
非密置的另一种堆方式是将上金属原子填人下的金属原子形成的凹穴中，每均照此堆
，如3— 24 所示。

与立方堆对照空利用率那一个高？
晶胞：体心立方，两个原子。

如碱金属。

手：把非密置的小球黏合在一起，再一一地堆起来，使相的球密接触。

一，
除了上述两种堆方式外，可否可能有第三种方式?
3、型和型
密置的原子按上述型堆方式堆，会获取两种根本堆方式——型和型。

型如
3— 25 左所示，按ABABABAB⋯⋯的方式堆；型如3— 25 右所示，按ABCADCABC⋯⋯的方式堆。

分用代表性金属命名型和型①，两种堆方式都是金属晶体的最密堆，配位数均 12，空利用率均74％，但所得晶胞的形式不同样。

金属晶体的两种堆方式：
1
型：按ABABABAB⋯⋯方式堆；型： ABCADCABC⋯⋯方式堆；配位数均12 ，空利用率均 74 ％。

小：金属晶体的四种模型比：
堆模型采种堆的典型代表空利用率配位数
立方Po52％6
型 (bcp)Na、 K、 Fe68％8
型 (hcp)Mg、 Zn、 Ti74％12
型 (ccp)Cu、 Ag、 Au74％12
2。