晶体结构的密堆积原理
三种晶体结构的最密排晶面和最密排晶向
三种晶体结构的最密排晶面和最密排晶向1.引言1.1 概述晶体是具有长程有序排列的原子、离子或分子的固体物质。
晶体的结构是由最密排列的晶面和晶向构成的。
最密排晶面是指在晶体结构中，原子、离子或分子最紧密地靠近的面，而最密排晶向则指的是在晶体中最紧密地排列的方向。
本文将分析三种不同的晶体结构，探讨它们各自的最密排晶面和最密排晶向。
通过深入研究这些结构的排列方式，可以更好地理解晶体的性质和行为。
第一种晶体结构是立方晶系，也是最简单的晶体结构之一。
它的最密排晶面是(111)晶面，最密排晶向则是[110]晶向。
这些晶面和晶向在晶体中具有紧密的排列，使晶体的结构呈现出高度的对称性。
第二种晶体结构是六方晶系，它相对于立方晶系而言稍复杂一些。
在六方晶系中，最密排晶面是(0001)晶面，最密排晶向是[10-10]晶向。
与立方晶系不同，六方晶系具有六方对称性，呈现出更复杂的晶体结构。
第三种晶体结构是四方晶系，它也是一种常见的晶体结构。
在四方晶系中，最密排晶面是(100)晶面，最密排晶向是[110]晶向。
四方晶系的晶体结构与立方晶系相似，但具有更多的对称性和排列方式。
通过对这三种晶体结构的最密排晶面和最密排晶向进行研究，我们可以更好地理解晶体的基本结构和性质。
这对于材料科学、凝聚态物理和相关领域的研究具有重要意义，同时也有助于开发新材料和改进现有材料的性能。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面的介绍：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分概述了晶体结构和最密排晶面、最密排晶向的研究背景和重要性，并提出了本文研究的目的和意义。
正文部分分为三个小节，分别介绍了三种晶体结构的最密排晶面和最密排晶向。
每个小节将首先介绍该种晶体结构的一般特点和常见应用，然后详细讨论最密排晶面和最密排晶向的确定方法和规律，并给出具体的实例和数据进行说明。
结论部分对于每种晶体结构的最密排晶面和最密排晶向进行总结和回顾，并指出各种晶体结构最密排晶面和最密排晶向的综合特点和应用前景。
化学竞赛专题辅导资料——晶体结构
郴州市二中高一化奥班辅导资料——晶体结构（2008-05-28）【涉及概念和内容】根据《化学课程标准》和中学化学教材以及《物质结构与性质》选修教材，晶体结构涉及的内容包括：（1）基本概念：周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌；（2）堆积方式：面心立方、六方、体心立方和简单立方堆积；（3）晶体种类和性质：金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体，自范性、各向异性、金属晶体的导电导热和延展性、X－射线衍射。
这些内容看似零碎，实际上它们有着密切的内在联系，了解和建立它们的关系，对于晶体结构的教与学，深刻理解晶体结构和性质，掌握核心、突出重点都是很重要的。
它们的联系可以用下面的结构表示，其中堆积类型是联系晶体基本概念、基本结构与不同晶体类型的结构和性质的桥梁。
面心立方最密堆积（A1）最密堆积六方最密堆积（A3）体心立方密堆积（A2）简单立方堆积金刚石型堆积(四面体堆积)（A4）一、晶体的结构1、晶体的概念晶体是质点（原子、分子、离子）在空间有规律周期性地重复排列，是具有规则的多面体固体物质。
2自范性：在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形（晶体的形貌）。
非晶体不能呈现多面体的外形。
晶态石英的谱图非晶态石英的谱图3、晶体的点阵结构概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点，这些点按一定周期性规律排列在空间，这些点构成一个点阵。
点阵是一组无限的点，连结其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此矢量平移能使它复原。
点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
晶体结构= 点阵+ 结构基元结构基元：在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容，包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。
（1）直线点阵（2）平面点阵（3）晶胞（晶胞是人为划定的，为平行六面体）空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a，b，c，它们将点阵划分成并置的平行六面体单位，称为点阵单位。
知识总结—— 晶体结构
第七章 晶体结构第一节 晶体的基本概念一、晶体概述固态物质按其组成粒子(分子、原子或离子等)在空间排列是否长程有序分成晶体（Crystal ）和非晶体（又称为无定形体、玻璃体等）两类。
所谓长程有序，是指组成固态物质的粒子在三维空间按一定方式周期性的重复排列，从而使晶体成为长程有序结构。
长程有序体现了平移对称性等晶体的性质。
与晶体相反，非晶体（Non-crystal ）内部的粒子(分子、原子或离子等)在空间排列不是长程有序的，而是杂乱无章的排列。
例如橡胶、玻璃等都是非晶体。
晶体内部各部分的宏观性质相同，称为晶体性质的均匀性。
非晶体也有均匀性，尽管起因与晶体不同。
晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X 光衍射效应、晶体的缺陷等。
对于长程有序的晶体结构来说，若了解了其周期性重复单位的结构及排列方式，就了解了整个晶体的结构。
可见，周期性重复单位对认识晶体结构非常重要。
在长程有序的晶体结构中，周期性重复的单位（一般是平行六面体）有多种不同的选取方法。
按照对称性高、体积尽量小的原则选择的周期性重复单位（平面上的重复单位是平行四边形，空间中的重复单位是平行六面体），就是正当晶胞，一般称为晶胞（Crystal cell ）。
二、晶胞及以晶胞为基础的计算1. 晶胞的两个要素晶胞是代表晶体结构的最小单元，它有两个要素：一是晶胞的大小、型式，晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是指素晶胞或复晶胞。
二是晶胞的内容，是指晶胞中原子的种类和位置，表示原子位置要用分数坐标。
晶体可由三个不相平行的矢量a , b , c 划分成晶胞，适量a , b , c 的长度a , b , c 及其相互之间的夹角α, β, γ称为晶胞参数，其中α是矢量b 和c 之间的交角，β是矢量a 和c 之间的交角，γ是矢量a 和b 之间的交角。
素晶胞是指只包含一个重复单位的晶胞，复晶胞是指只包含一个以上重复单位的晶胞。
分数坐标是指原子在晶胞中的坐标参数(x , y , z )，坐标参数(x , y , z )是由晶胞原点指向原子的矢量r 用单位矢量a , b , c 表达，即r = x a + y b + z c如图所示晶体，小球和大球的分数坐标分别为 小球：)21,21,21( ),21,0,0( ),0,21,0( ),0,0,21( 大球：)21,21,0( ),21,0,21( ),0,21,21( ),0,0,0( 2. 以晶胞为基础的计算(1)根据晶体的化学式计算密度：D =ZM/N A V ，M 是晶体化学式的相对式量，Z 是一个晶胞中包含化学式的个数，V 是晶胞的体积，N A 是阿佛加德罗常数。
晶体结构与性质知识点
第三章晶体构造与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体① 晶体：是内部微粒〔原子、离子或分子〕在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。
② 非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。
2、晶体的特征〔1〕晶体的根本性质晶体的根本性质是由晶体的周期性构造决定的。
① 自范性：a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。
b．“自发〞过程的实现，需要一定的条件。
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。
② 均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各局部都是一样的。
③ 各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。
④ 对称性：晶体的外形与内部构造都具有特有的对称性。
在外形上，常有相等的对称性。
这种一样的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。
晶体的格子构造本身就是质点重复规律的表达。
⑤ 最小内能：在一样的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比拟，其内能最小。
⑥ 稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。
⑦ 有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。
⑧ 能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。
X射线的波长与晶体构造的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。
利用这种性质人们建立了测定晶体构造的重要试验方法。
非晶体物质没有周期性构造，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
〔2〕晶体SiO2与非晶体SiO2的区别① 晶体SiO2有规那么的几何外形，而非晶体SiO2无规那么的几何外形。
② 晶体SiO2的外形与内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO2内部质点排列无序。
③ 晶体SiO2具有固定的熔沸点，而非晶体SiO2无固定的熔沸点。
④ 晶体SiO2能使X射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性构造，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
金属晶体堆积方式
A B C A
重复ABC的堆积叫A1堆积，重复单位⃒ABC⃒。
CHENLI
5
A B A
重复AB的堆积叫A3堆积，重复单位⃒AB⃒方最密堆积 A3堆积： 抽出六方晶胞，又叫六方最密堆积(hexagonal
closest packing)简写为hcp 。
A B A
分数坐标： 配位数：12 空间利用率74% 晶胞内含有２个球。
chenli第三层球放在第二层球的空隙上有两种方式堆积重复单位abcaabbccaachenliaabbaa重复ab的堆积叫achenli抽出六方晶胞又叫六方最密堆积hexagonalclosestpacking简写为hcp堆积
第三节 金属晶体
CHENLI
1
1、简单立方堆积 -配位数：6
每个晶胞包含一个原子 空间利用率52%
1
4
2
3
6
1
4
2
3
5
CHENLI
2
2、钾型（体心立方堆积） -配位数：8
每个晶胞包含2个原子 空间利用率68%
5
6
8
7
1
2
4
3
CHENLI
3
密堆积原理：原子、离子、分子的排布总是 趋向于配位数高，空间利用率大的紧密堆 积结构方式，最紧密的堆积往往是最稳定 的结构。
CHENLI
4
密置堆：第三层球放在第二层球的空隙上有两种方式
CHENLI
7
4、面心立方最密堆积
A1堆积：
抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积 (cubic closest packing)简写为ccp 。
z
A
B
C
y
x
金属晶体的密堆积
B
A
分数坐标：
密置层为(001)
(,,), ( , , ) or( , , )
y x
1200
晶胞内含有２个球。
14
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论 ２个球为二套等同点 结构基元：２个球 点阵型式： 六方简单 配位数： 12
B AA
B A
15
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论
a 与r的关系： r a , r a
空间利用率
V球 %
V晶胞
(
a
a)
%
.%
总结：
பைடு நூலகம்
22
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论
二、金属晶体的堆积型式和金属的原子半径
1、金属晶体的堆积型式（P524表5-3.2） 绝大多数金属单质都是A1，A2，A3型，少数金属单 质具有A4型(如:Si,Ge,Sn)或其它特殊结构型式(Mn--x)。 2、金属原子半径 定义：金属晶体中紧邻原子间距离的一半。
由此可推测该晶体是：
（B）
(A) 立方P (B) 立方I (C) 立方F (D) 立方C
习题：4 、已知某金属晶体的结构属A3型堆积，其原 子半径为r，则它的边长b，c等于：（A）
( A)b r, c r (B)b r , c r
(C)b c r
(D)b c r
33
§5-3 金属晶体和晶体结构的能带理论 例5、CuSn合金属NiAs型结构，六方晶胞参数 a=419.8pm,c=509.6pm ，晶胞中原子的分数坐标为： Cu(,,)(,, ) Sn( , , ), ( , , ) （1）计算Cu-Cu间的最短距离 （2）Sn原子按什么型式堆积？ （3）Cu原子周围的原子围成什么多面体空隙？
1.6 密排与间隙
离子晶体：小于12，一般为4或6；
共价晶体：配位数较低，小于4。
2、配多面体
配位多面体：晶体结构中，与某一个阳
离子结成配位关系的各个阴离子的中心连线所 构成的多面体。
r 3、离子的配位数与 的关系 r
临界离子半径比（r+/r-）：
在紧密堆积的阴离子恰好相互接触，并与中
心阳离子也恰好接触的条件下，阳离子半径与
8n 4
2n个，八面体空隙数为
6n 6
n个。
4）空隙大小 四面体间隙大小：r=0.225R 八面体间隙大小：r=0.414R 例：计算FCC晶胞中八面体间隙和四面体间隙的数目。
4）致密度（堆垛密度、空间利用率、堆积系数）
一般采用空间利用率（原子堆积系数）来 表征密堆系统总空隙的大小。其定义为：晶胞 中原子体积与晶胞体积的比值。
变化时，晶体结构发生变化的一种特性，由
此产生的组成相同但结构不同的晶体，称为 同素异构体，用，，……表示。 例如：Fe有三种同素异构体 -Fe，-Fe，δ -Fe
同质多晶（多晶型性）： 化学组成相同的物质，在不同的热力学
条件下，结晶成为两种以上结构不同的晶体
的现象，称为同质多晶现象。由此而产生的 化学组成相同、结构不同的晶体称为变体。 例如：石英有七种变体， C有三种变体--金刚石、石墨、C60
4 3 n r V 3 K 3 V0 a
例：求面心立方紧密堆积时的致密度。
体心立方密堆积：
致密度：68.02％； 四、八面体空隙不等边； 空隙大小：分别为0.155R和0.291R； n个球作体心立方堆积时，存在3n个八面
体空隙、6n个四面体空隙，空隙较多。
不等径球体的堆积
大球按最紧密或近似最紧密堆积；
晶体的堆积方式(课堂PPT)
第五章 晶体的堆积方式
• 原子和离子都占有一定的空间，在某种程度上近似可将其视 为具有一定大小的球体。
四面体和八面体公用顶点、棱、面的情况
20
两个规则的MX4和两个规则的MX6连接时M-M间距离
21
Pauling 规则
第四规则
结构中存在多种正离子，高价和低配位数的正离子配位多 面体倾向于不公用几何元素。
CaO12
TiO6
22
Pauling 规则
第五规则 结构中实质上不同的原子种类数尽可能少。即相同的原子 尽可能处于相同的环境。 以石榴石为例，Ca3Al2Si3O12
• 原子或离子之间的相互结合，从几何的角度，在形式上可视 为球体间的堆积。
• 晶体具有最小的内能性，原子和离子相互结合时，相互间的 引力和斥力处于平衡状态，这就相当于球体间作紧密堆积。
球体紧密堆积原理
球体最紧密堆积的基本类型 ① 单一质点的等大球体最紧密堆积，如纯金属晶体。 ② 几种质点的不等大球体的紧密堆积，如离子晶体。
18
静电价计算
对于理想的CaTiO3结构 Ca2+与12个O2-配位，SCa= 2/12 = 1/6 Ti4+与6个O2-配位，STi= 4/6 = 2/3 O2-周围有4个Ca2+和2个Ti4+ ，ZO= 4 SCa + 2 STi= 2
19
Pauling 规则
第三规则（多面体连接规则） 在一个配位结构中，配位多面体公用棱，特别是公用面， 会使结构的稳定性降低；正离子的价数越高、配位数越小， 这一效应越显著；在正负离子半径比达到配位多面体的最 低极限，这一效应更为显著。
《六方最密堆积》课件
纳米技术
纳米技术是一种新兴的技术领域，它 涉及到纳米尺度上的材料、器件和系 统等，六方最密堆积在纳米技术中也 有着重要的应用。例如，在制造纳米 材料和纳米器件时，六方最密堆积可 以提高材料的结晶度和纯度，从而获 得更好的性能和稳定性。
稳定性
六方最密堆积的稳定性高于简单 立方堆积，因为它能更好地抵抗
外界压力和温度变化。
应用领域
简单立方堆积在某些塑料和合金 中有所应用，而六方最密堆积在 需要高强度和稳定性的材料中更
为常见。
与体心立方堆积的比较
原子排列
体心立方堆积的原子排列 较为紧密，但层间排列不 如六方最密堆积紧凑。
稳定性
六方最密堆积的稳定性略 高于体心立方堆积，因为 它具有更好的对称性和适 应性。
边形填充周围空间。
模型特点
该模型具有高度的对称性和规则性 ，展现出优美的几何形态。
模型应用
六方最密堆积的几何模型在材料科 学、晶体结构等领域有广泛应用。
空间填充方式
01
02
03
空间填充原理
六方最密堆积的空间填充 方式基于几何学原理，通 过合理排列大、小六边形 ，实现空间的高效利用。
填充规则
大六边形占据中心位置， 小六边形围绕大六边形紧 密排列，形成有序的结构 。
03
与其他堆积方式相比，六方最密堆积的空间利用率更高，这使
得它在材料科学等领域具有重要的应用价值。
03
六方最密堆积的应用
晶体结构
晶体结构是物质的基本排列方式，六方最密堆积在晶体结构 中有着广泛的应用。例如，在金属材料中，六方最密堆积是 一种常见的晶体结构，它可以提高材料的硬度和强度，从而 提高金属制品的耐磨性和耐腐蚀性。
《晶体结构分析》实验
实验一、晶体结构分析一一、实验目的掌握14种空间格子的几何特征与球体密堆积理论，了解配位多面体的配置。
二、实验仪器十四种空间点阵结构模型，球形模型三、实验内容1．了解14种空间格子的几何形态，分析空间格子类型；2．熟悉密堆积理论，注意观察球体堆积时，周围空隙的类型、位置与数量情况；3．了解几种配位多面体的配置情况。
四、实验方法1．观察14种空间格子模型表征14种空间格子，用晶格常数α、β、γ和a、b、c；并判断其所属晶系。
2．观察球体密堆积模型用球体模型进行面心立方紧密堆积、六方紧密堆积和体心立方近似密堆积，分析球体周围空隙的类型、数目和位置分布。
观察分析面心立方紧密堆积、六方紧密堆积和体心立方近似密堆积的单位晶胞，注意其四、八面体空隙分布，判断其数量。
3．观察配位多面体模型模型五、实验报告1．绘制14种空间格子的几何形态，并用注明晶格常数的形式表示出所有14种空间格子；2．分析三种常见的球体堆积情况，绘制出其单位晶胞，画出其（111）、（110）（100）晶面原子排布图[ 密排六方需画出（0001）晶面 ]；3．分析体心立方与面心立方单位晶胞中四、八面体空隙的位置分布与数量，并绘图；4．对不同配位多面体绘图，讨论其临界半径比。
（注：在预习报告中要将14种空间格子的几何图形画好）六、思考题面心立方结构中四面体空隙的数目有几个？他们都是如何分布的？八面体空隙有几个？如何分布？实验二、典型晶体结构分析一、实验目的掌握几种典型矿物的结构，了解晶胞的几何特征。
二、实验仪器晶体结构模型，球和短棒三、实验内容1．对照实际具体结构模型，熟悉金刚石、石墨、氯化钠、氯化铯、闪锌矿、纤锌矿、金红石、碘化镉、萤石、钙钛矿、尖晶石的晶体结构特征；2．观察层状和架状硅酸盐矿物的晶体结构模型的特点，注意观察高岭土、方石英的结构；3．标定萤石模型中所有质点的几何位置；4．组装一个晶体结构模型。
四、实验方法1．分析晶胞模型金刚石、石墨、氯化钠、氯化铯、闪锌矿、纤锌矿、金红石、碘化镉、萤石、钙钛矿、尖晶石均为一个单位晶胞，通过一个单位晶胞，分析晶胞所属空间格子类型及正负离子或原子所处的空间位置，对照模型，分析正负离子的配位数。
晶体密堆积原理
2
3
2a3 8 2r3
V球
2
4
3
r3
(晶胞中有2个球)
V球 V晶胞 100% 74.05%
A1型堆积方式的空间利用率计算
解：V晶胞
a3
32 2
r3
晶胞中含4个球 :
V球
4
4 3
r 3
空间利用率 V球 V晶胞 74.05%
2.体心立方密堆积（A2）
A2不是最密堆积。每个球有八个最近的配体 （处于边长为a的立方体的8个顶点）和6个稍远 的配体，分别处于和这个立方体晶胞相邻的六 个立方体中心。故其配体数可看成是14，空间 利用率为68.02%. 每个球与其8个相近的配体距离 d 3 a
的位移是体对角线底1/4。原子的坐标是： 4S：0 0 0，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2； 4Zn:1/4 1/4 1/4,3/4 3/4 1/4,3/4 1/4 3/4,1/4 3/4 3/4
六方ZnS
（1）六方晶系，简单六方晶胞。 （2）Z=2 （3）S2-六方最密堆积|AaBb|。 （4）配位数4：4。 （6）2s：0 0 0，2/3 1/3 1/2；
A1、A3的密堆积方向不同： A1：立方体的体对角线方向，共4条，故有4 个密堆积方向（111）（111）（1 11）（11 ）， 易向不1 同方向滑动，而具有良好的延展性。 如Cu. A3：只有一个方向，即六方晶胞的C轴方向， 延展性差，较脆，如Mg.
空间利用率的计算
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。
立方密堆积，面心
ABCABC…, 配为数 ： 12， 例: Al, Cu, Ag, Au
金 (gold, Au)
第二章晶体结构(紧密堆积2)
0.123+0.172=0.295 0.277 0.018 0.715 NaCl NaCl 6
极化包括：主极化和被极化 在离子晶体中，一般阴离子半径较大，易于变形 而被极化，而主极化能力较低。阳离子半径相对较小， 当电价较高时其主极化作用大，而被极化程度较低。
五、鲍林规则
（1）在正离子的周围形成一负离子配位多面体， 正离子、负离子间的距离取决于半径之和，而配 位数取决于半径比。
正离子多面体之间倾向于不公用几何元素。
（5）晶体中，本质不同的结构组元的种类，倾向于 为数最少。(节省规则）
在一晶体结构中，晶体化学性质相似的不同离子，将尽 可能采取相同的配位方式。
总结：
鲍林规则由离子晶体结构中归纳出来的，符合于大多数离
子晶体结构。对理想晶体结构有用。但它不完全适用于过
渡金属化合物的离子晶体，更不适用非离子晶体，对于这 些晶体的结构，还需用晶体场和配位场理论说明。
1.6 晶体场理论和配位场理论
一、晶体场理论基础
所谓晶体场就是指晶格中由阳离子周围的配位体—与阳离 子成配位关系的阴离子或负离子指向中心阳离子的偶极分 子——所构成的一个静电场。
图1－五个d轨道的空间分布
二、d轨道的晶体场分裂
图1－正八面体络合的d轨道
t=4/9 o
四面体和八面体配位中过渡金属离子d轨道的相对
3+
影响因素：
1.正、负离子半径比 2.温度 3.压力 4.离子极化
四、 离子极化
在离子晶体中，通常把离子视作刚性的小球，这是 一种近似处理，这种近似仅在典型的离子晶体中误差较
小。实际上，在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生
的电场，必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥 作用，使之发生变形，这种现象称为极化。
《金属晶体的原子堆积模型》课件
r
提示：
数出面心立方中的铜的个数：
r o
a
r
r
a
小结：三种晶体类型与性质的比较
晶体类型
概念
作用力
构成微粒 熔沸点
物 理 硬度 性 质 导电性
原子晶体
分子晶体
金属晶体
相邻原子之间以共价 键相结合而成具有空
间网状结构的晶体
分子间以范德 华力相结合而
成的晶体
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
空间利用率：晶胞中原子的总体积 × 100
晶胞的体积
晶体的空间被微粒所占的体积百分 数，用它来表示紧密堆积的程度。
﹪Leabharlann 1、二维空间金属原子的排列方式非密置层
2
1
3
4
密置层
23
1
4
65
行列对齐 四球一空
配位数： 4
行列相错 三球一空
6
2、三维空间中金属晶体的堆积方式 （非密置层）
（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
Po
简 单 立 方 晶 胞
①简单立方晶胞平均占有的原子数目：
1 8
×8
=
1
•②空间利用率：
【最新精选】六方最密堆积中正八面体空隙和正四面体空隙中心的分数坐标
密堆积中正八面体空隙和正四面体空隙晶体结构的密堆积原理密堆积结构是指在由无方向性的金属键,离子键和范德华力结合的晶体中,原子、分子或离子等微粒总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度大的那些结构。
密堆积方式由于充分利用了空间，从而可使体系的势能尽可能降低。
结构稳定。
最常见的密堆积型式有：面心立方最密堆积（A1），六方最密堆积（A3）和体心立方密堆积（A2）。
我们主要介绍面心立方密堆积和六方密堆积。
等径圆球紧密排列形成密置层，如图所示。
在密置层内，每个圆球周围有六个球与它相切。
相切的每三个球又围出一个三角形空隙。
仔细观察这些三角形空隙，一排尖向上，接着下面一排尖向下，交替排列。
而每个圆球与它周围的六个球围出的六个三角形空隙中，有三个尖向上，另外三个尖向下。
如图所示，我们在这里将尖向上的三角形空隙记为B，尖向下的三角形空隙记为C。
第二密置层的球放在B之上，第三密置层的球投影在C中，三层完成一个周期。
这样的最密堆积方式叫做立方最密堆积（ccp，记为 A1型），形成面心立方晶胞。
若第三密置层的球投影与第一密置层的球重合，两层完成一个周期。
这样的最密堆积方式叫做六方最密堆积（hcp ，记为A3型），形成六方晶胞，如图所示。
在这两种堆积方式中，任何四个相切的球围成一个正四面体空隙；另外，相切的三个球如果与另一密置层相切的三个球空隙对应，它们六个球将围成一个正八面体空隙。
也就是说，围成正八面体空隙的这六个球可以分为相邻的两层，每层的正三角形中心的连线垂直于正三角形所在的密置层，参看下图，黑色代表的不是球而是正八面体的中心。
在这两种最密堆积方式中，每个球与同一密置层的六个球相切，同时与上一层的三个球和下一层的三个球相切，即每个球与周围十二个球相切（配位数为12）。
中心这个球与周围的球围出八个正四面体空隙，平均分摊到每个正四面体空隙的是八分之一个球。
这样，每个正四面体空隙分摊到的球数是四个八分之一，即半个。
堆隙模型
堆隙模型与堆积填隙模型(1)晶体结构的密堆积原理密堆积结构是指在由无方向性的金属键,离子键和范德华力结合的晶体中,原子、分子或离子等微粒总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度大的那些结构。
密堆积方式由于充分利用了空间，从而可使体系的势能尽可能降低。
结构稳定。
最常见的密堆积型式有：面心立方最密堆积（A1），六方最密堆积（A3）和体心立方密堆积（A2）。
（2）几种堆积方式及其空隙面心立方最密堆积（A1）和六方最密堆积（A3）最密堆积的结构可用等径球的密堆积来描述。
一层等径球的最密堆积只有一种,如图2－2b所示。
每个球与六个球相邻接,并形成六个三角形空隙.从密置层中可划出六方格子，每个格子分摊到一个圆球和两个三角形空隙。
第二层等径球的最密堆积也只有一种,即一个密置层中圆球的凸出部位正好处于另一个密置层的凹陷部位.如图2－3.显然密置单层中的一半的三角形空隙在密置双层中转化成正四面体空隙（被四个球包围），另一半三角形空隙转化成正八面体空隙（被八个球包围）。
密置双层保持六重对称性。
由两层六方格子构成一个平行图2－3六面体，每个平行六面体分摊到一个圆球、两个正四体空隙和一个八面体空隙。
第三层等径中球的密堆积有两种方式：一种是第三层中球的位置落在密置双层的正四面体空隙之上,其投影位置与第二层球的位置错开但与第一层球的位置相同,即ABAB……堆积.这种堆积称六方紧堆积.它仍保持密置双层的对称性；另一种第三层中球的位置落在密置双层正八面体空隙之上,其投影位置既与第二层错开又与第一层错开,这种方式称为ABCABC……堆积.这种堆积称为面心紧密堆积.所谓A1堆积就是重复ABC堆积，记作︱ABC︱。
在密置层的垂直方向上有两种空隙相间分布，即以正四面体空隙、正八面体空隙、正四面体空隙为一个单位重复分布。
从A1堆积中可划出一个立方面心晶胞。
所谓A3堆积就是重复AB堆积，记作︱AB︱。
在密置层的垂直方向上空隙的分布要么始终是正四面体空隙, 要么始终是正八面体空隙.。
关于密堆积原理
关于密堆积原理高剑南﹙华东师范大学 200062﹚1. 从教材的一个改动说起某《化学》拓展型教材﹙试验本﹚p.48图2.17列了三种类型金属晶体的结构示意图﹙确切的表述是等径圆球的三种密堆积形式﹚，其中图⑴为体心立方堆积，图⑵为六方最密堆积，图⑶为立方最密堆积，文中第4行说“铝晶体中铝原子的堆积形式如图2.17⑵所示”。
在该教材试行本出版时，p.35图2.16除三种类型金属晶体的结构示意图由黑白图改为彩图，⑴⑵⑶分别改为﹙a ﹚﹙b ﹚﹙c ﹚外，重要的是p.34文中倒4行说“铝晶体中铝原子的堆积形式如图2.16﹙c ﹚所示”。
那么，铝晶体中铝原子的堆积形式究竟是六方最密堆积还是立方最密堆积？堆积形式与物质的性质又有什么关系？这些问题涉及到密堆积原理以及几种堆积方式。
2. 密堆积原理所谓密堆积原理是指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、离子和分子等微粒总是趋向于相互配位数高，堆积密度大，能充分利用空间，因而体系稳定的那些结构。
金属原子的电子云分布基本上是球对称的，可以把同一种金属晶体看成是由半径相等的圆球构成，因此金属晶体的结构可用等径圆球的密堆积模型来研究。
常见的堆积形式有：1A 、2A 、3A 和4A 等。
2.1 等径球的密置层和密置双层1A 和3A 堆积是等径球的密置层以两种不同方式堆积而成的最密堆积。
密置层的结构如图1所示，每个球与6个球紧密接触，形成6个三角形空隙，其中1、3、5三角形空隙的底边在下、顶点在上，2、4、6三角形空隙的底边在上、顶点在下。
图1 等径球的密置层在堆积第二层等径球时，这个密置层中圆球的凸出部位正好处于第一密置层的凹陷部位，也就是一个球同时与第一密置层的三个球接触，它可以占据1、3、5空隙，也可占据2、4、6空隙，但不会两者都占，也不会混合占据。
如果占据1、3、5空隙，第一密置层中的1、3、5三角形空隙转化成密置双层中的底面在下、顶点在上的正四面体空隙T +，见图2-（a ）。
晶体结构基本规则
2.
类型：
共价半径：同种元素的两个原子以共价单键 结合时，其核间距的一半称为该原子的共价 半径。 金属半径：金属单质晶格中，两相邻原子核 间距离的一半称为该原子的金属半径。 范德华半径：当两原子间未形成其他化学键 而仅存在范德华作用时，相邻两原子核间距 的一半称为范德华半径。
3.
规律
对于同种元素的原子半径而言，共价半径总小 于金属半径和范德华半径，且范德华半径存在 较大的可能变化的范围。
（2）晶体中组成质点大小不同，反映了离 子半径比值r+/r-不同，因而配位数和晶体结 构也不同。
（3）晶体中组成质点大的极化性能不同，反 映了各离子的极化率不同，则晶体的结构也 不相同。
离子的极化
离子极化------离子晶体中，每个离子都处在周 围离子所形成的电场作用下。在周围电场作用
下，离子的电子云发生变形，这一现象称为离
2r++2r -
a0 = 2r + 2r = 2(0.133) + 2(0.181) = 0.628 nm a0 = 0.363 nm 4 4 4 4 ( r )3 ( r )3 (0.133)3 (0.181)3 3 3 堆积系数 3 3 0.725 3 3 a0 (0.363)
Chapter2 Structure of Materials
18
四面体空隙和八面体空隙的数目与球体数目之间的关系（如图）
六方最紧密堆积--ABABAB
四面体空隙：Q与位于其下层的三个球；1-2-Q与下层的等大球； 3-4-Q与下层的等大球； 5-6-Q与下层的等大球；共形成4个四面 体空隙。如在第三层上再放一层，则总共是8个四面体空隙。