金属晶体金属堆积方式
材料科学基础2.2金属的晶体结构
间隙原子与最近邻原子
间距离：
四面体边长：
a 3/4
a/ 2
112 1 4 4
8
fcc Octahedron 八面体间隙大小
r 2 1 0.414 R
2r
a 2 2R
体中心和棱的中间
Rr a 2
fcc
C
D
Tetrahedron 四面体间隙大小
rin
3 4
a
R
f cc ,
R fcc
2a 4
bcc 八面体间隙大小
4R 3a bcc
rin
a/4
Rbcc
a/2
1
23
r aR R R
2 in
bcc
3
bcc
bcc
rin 2 3 1 0.155
Rbcc
3
(3) A3: hcp
Octahedral sites:6个
a/ 2
C
hcp
Tetrahedral sites
2 6 2 1 2 3 12 3
2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙
1.密排面和密排向 晶体晶格中原子密度最大的晶面、晶向
密排六方结构A3(hcp) 0001和 1120
C
C
中间层相对底层错动
110 1 0
3
面心立方结构A1 (ABCABC…)
111和 110
1
8
9
7
3
2
6
4
5
密排面的堆积：(ABCABC…)
1
7 2
8 3
4 第二层相对于第一层错动
FCC
BCC HCP
三种典型晶体中的间隙
八面体间隙
金属晶体中原子堆积方式的周期性
金属晶体中原子堆积方式的周期性
金属晶体是由金属原子堆积构成的大规模晶体。
通常，金属晶体
的原子堆积方式有周期性，因此称为“周期结构”。
这种周期性是由
金属原子构成一个立方体状晶胞所决定的，即金属原子周期性堆积排列，两个晶胞之间可以通过任意空间中的相同位置上的原子之间建立
形成周期性的次结构。
从宏观上看，由金属原子的结构及其堆积方式而构成的金属晶体，它的空间结构是由金属原子组成的特殊立方体状原子网所确定的，每
个原子网由8个立方体构成，每个立方体是8个原子组成的，它们是
由原子之间的化学距离而决定的。
大致包括两种主要类型的金属晶体，即胞心立方体（BCC）和聚
集立方体（FCC）。
BCC晶体包括每个晶胞8个原子，每个原子分别处
于晶胞的8个顶点上，其周期性反映出每个原子仅与晶胞的八个角相邻，每个晶胞的六个边就形成一个长方体。
另外，FCC晶体由四个晶胞共同构成，每个晶胞有12个原子，每个原子分别处于晶胞的六个面上，它们周期性地处于晶胞的剩余6个面上，形成一个立方锥构造。
金属晶体中原子堆积方式的周期性决定了材料的性能，也决定了
材料的强度、硬度和抗拉强度等性能，因此能综合描述材料的实际性能。
在金属材料工程中，周期性结构也是用来分析晶体结构及其性质
的重要指标，比如金属的热学参数和物理性能等。
对金属晶体中原子
堆积方式的周期性研究及其它晶体结构的研究，都有助于更加全面、
准确地描述金属晶体的性质，甚至改善其特性，从而更好地应用到工
程实践中去。
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
添加标题
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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
金属晶体堆积记忆口诀
金属晶体堆积记忆口诀
、晶格结点上排列金属原子-离子时所构成的晶体。
2、金属中的原子-离子按金属键结合，因此金属晶体通常具有很高的导电性和导热性、很好的可塑性和机械强度，对光的反射系数大，呈现金属光泽，在酸中可替代氢形成正离子等特性。
3、主要的结构类型为立方面心密堆积、六方密堆积和立方体心密堆积三种（见金属原子密堆积）。
4、金属晶体的物理性质和结构特点都与金属原子之间主要靠金属键键合相关。
5、金属可以形成合金，是其主要性质之一。
6、由金属键形成的单质晶体。
7、金属单质及一些金属合金都属于金属晶体，例如镁、铝、铁和铜等。
8、金属晶体中存在金属离子(或金属原子)和自由电子[1]，金属离子(或金属原子)总是紧密地堆积在一起，金属离子和自由电子之间存在较强烈的金属键，自由电子在整个晶体中自由运动，金属具有共同的特性，如金属有光泽、不透明，是热和电的良导体，有良好的延展性和机械强度。
9、大多数金属具有较高的熔点和硬度，金属晶体中，金属离子排列越紧密，金属离子的半径越小、离子电荷越高，金属键越强，金属的熔、沸点越高。
10、例如周期系IA族金属由上而下，随着金属离子半径的增大，熔、沸点递减。
11、第三周期金属按Na、Mg、Al顺序，熔沸点递增。
12、根据中学阶段所学的知识。
13、金属晶体都是金属单质，构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子（也就是金属的价电子）。
金属原子堆积方式
金属原子堆积方式
金属原子堆积方式是指金属原子在固态结构中的排列方式。
金属原子大多具有较高的离子半径和较少的价电子，因此它们易于形成紧密堆积的晶体结构。
金属原子在晶体结构中的排列方式直接影响着金属的物理和化学性质，如密度、硬度、导电性、热传导性等。
金属原子的堆积方式主要有以下几种：
1. 立方密堆积：金属原子在面心立方晶体结构中按照ABCABC的顺序排列。
2. 六方密堆积：金属原子在六方晶体结构中按照ABABAB的顺序排列。
3. 面心立方密堆积：金属原子在面心立方晶体结构中按照ABCABC的顺序排列。
4. 体心立方密堆积：金属原子在体心立方晶体结构中按照ABCABC的顺序排列。
以上四种堆积方式是最常见的金属结构，但也有其他种类的金属结构，如针状晶体、板状晶体等。
不同的金属结构会影响金属的物理和化学性质，因此在材料科学和工程学中，对金属结构的研究是非常重要的。
- 1 -。
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。
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。
金属与合金的晶体结构
金属与合金的晶体结构一、引言金属与合金是一类重要的材料，它们具有优异的物理和化学性质，广泛应用于工业和科学领域。
金属与合金的晶体结构是影响其性能的重要因素之一。
本文将介绍金属与合金的晶体结构，包括晶体的组成、晶体的类型以及晶体的排列方式等。
二、金属晶体结构金属晶体结构由金属原子组成。
金属原子通常具有较大的离子半径和较小的电负性，因此它们倾向于形成金属键。
金属晶体结构可以分为以下几种类型：1. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是最常见的金属晶体结构之一。
在面心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点。
这种结构具有高度的对称性和密堆积性，因此具有较高的韧性和塑性。
2. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构。
在体心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及晶格的中心。
这种结构相对于面心立方结构来说，具有更高的密度和较低的韧性。
3. 密堆积六方结构（HCP）密堆积六方结构是一种较少见的金属晶体结构。
在密堆积六方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点，形成六边形的密堆积结构。
这种结构具有较高的密度和较低的韧性。
三、合金晶体结构合金是由两种或更多种金属元素组成的混合物。
合金晶体结构可以由金属元素的晶体结构类型以及原子比例决定。
1. 固溶体固溶体是最常见的合金晶体结构之一。
在固溶体中，主要金属元素和溶质金属元素形成固溶体溶解体，原子之间的排列方式与纯金属相似。
固溶体可以分为完全固溶体和部分固溶体两种类型。
完全固溶体中，溶质原子完全溶解在主要金属晶体中；而在部分固溶体中，溶质原子只能部分溶解在主要金属晶体中。
2. 亚稳相亚稳相是指在合金中形成的相对于平衡相来说具有较低稳定性的晶体结构。
在亚稳相中，原子之间的排列方式发生改变，导致晶体结构和性能发生变化。
亚稳相的形成主要受到合金元素的浓度和固溶度限制的影响。
3. 间隙化合物间隙化合物是指合金中形成的一种特殊结构，其中金属原子和非金属原子之间的排列方式具有较高的有序性。
金属晶体堆积方式
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
常见的晶体结构
晶胞分子数：Z=2；
晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；
（2）质点坐标：
111 Ti : 000, 222
4
1 1 1 1 1 1 O : uuo, 1 u 1 u 0, u u , u u 2 2 2 2 2 2
1、金刚石结构
——立方晶系
（1）金刚石是面心立方格子
（2）碳原子位于立方体的8个
顶点，6个面心及立方体内4个
小立方体的中心。 （3）单位晶胞原子数：n＝8
（4）晶胞内各原子的空间坐标： 000， ½ ½ 0， ½ 0 ½ ， 0 ½ ½ ， ¼ ¼ ¾ ， ¼ ¾ ¼， ¾ ¼ ¼ ， ¾ ¾ ¾
体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离 子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4 价”。
静电键强度
S=
正离子电荷数 Z ， 正离子配位数 n
Z Z Si i ni i i
则负离子电荷数
。
电价规则有两个用途： 其一，判断晶体是否稳定；
其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。
离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接
1、NaCl型结构
（1）密堆积情况： Cl- 离子面心立方堆积； Na+离子填充八面体空隙；
——立方晶系
晶胞分子数：Z=4；
晶胞中：4个八面体空隙
8个四面体空隙；
Na+离子填充全部八面体空隙
（2）质点坐标：
11 1 1 11 Cl : 000 , 0, 0 ,0 22 2 2 22
连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6]八面体
金属材料晶体结构特征
金属材料晶体结构特征
金属材料是一类重要的工程材料，其晶体结构特征对其性能和应用具有重要影响。
金属材料的晶体结构是由金属原子的排列方式决定的，其具有以下几个特征：
1. 金属原子的紧密堆积
金属原子的排列方式决定了金属材料的晶体结构。
在金属材料中，金属原子通常采用紧密堆积的方式排列，即原子之间的距离非常接近，形成了密集的晶体结构。
这种紧密堆积的方式使得金属材料具有高密度、高强度和高导电性等特点。
2. 金属原子的等间距排列
金属原子的等间距排列是金属材料晶体结构的另一个重要特征。
在金属材料中，金属原子之间的距离是相等的，这种等间距排列的方式使得金属材料具有均匀的结构和性能。
3. 金属原子的自由电子
金属材料的晶体结构中还存在着大量的自由电子。
这些自由电子可以在金属材料中自由移动，从而使得金属材料具有良好的导电性和导热性。
此外，这些自由电子还可以吸收和辐射光线，使得金属材料具有良好的反射性和吸收性。
4. 金属原子的晶格缺陷
金属材料的晶体结构中还存在着一些晶格缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷等。
这些晶格缺陷会影响金属材料的性能和应用，因此需要进行合理的控制和管理。
金属材料的晶体结构特征对其性能和应用具有重要影响。
了解金属材料的晶体结构特征，可以帮助我们更好地理解金属材料的性能和应用，从而为金属材料的设计和制造提供有力的支持。
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
金属晶体金属堆积方式
其他金属堆积方式
六方堆积：如 镁、锌等金属 的堆积方式， 原子密排程度 高，强度大，
塑性好。
面心立方堆积： 如铝、铜等金 属的堆积方式， 原子密排程度 较高，强度较 大，导电性好。
体心立方堆积： 如铁、铬等金 属的堆积方式， 原子密排程度 较低，强度较 小，导电性较
差。
简单立方堆积： 如铅、锡等金 属的堆积方式， 原子密排程度 低，强度小，
金属堆积方式的稳定性与其在高温 下的性能表现密切相关，稳定性较 高的堆积方式可以提高金属在高温 下的抗氧化性能和抗蠕变性能。
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紧密堆积方式可以提高金属晶体的 硬度和稳定性，而开放堆积方式则 有利于金属的塑性和延展性。
金属堆积方式的形成还受到原子间 相互作用力和晶体结构的影响，这 些因素可以影响金属的化学性质和 反应活性。
金属晶体的金属堆积方式
汇报人：XX
金属晶体的基本概念 金属晶体的金属堆积方式 金属堆积方式的形成与特点 金属堆积方式的实际应用 金属堆积方式的研究进展与展望
金属晶体的基本概念
金属晶体的定义
金属晶体是由金属原子或金属离子通过金属键结合而成的晶体。 金属晶体具有金属光泽和良好的导电、导热性能。 金属晶体的结构取决于金属原子的半径和堆积方式。 金属晶体的性质与金属键的强度和方向有关，受到温度、压力等因素的影响。
密排六方堆积
定义：密排六方 堆积是一种金属 晶体的堆积方式， 其中金属原子在 三维空间中以六 方最密堆积的方 式排列。
特点：具有高度 的空间利用率和 稳定性，是金属 晶体中最常见的 堆积方式之一。
应用：广泛存在 于各种金属晶体 中，如镁、锌、 镉等。
形成过程：金属 原子在结晶过程 中，首先形成二 维平面排列，然 后逐渐堆积形成 三维结构。
11金属晶体金属堆积方式
A 此种立方紧密堆积的前视图
堆积方式及性质小结
①简单立方堆积 配位数 = 6 空间利用率 = 52.36% ② 体心立方堆积 ——体心立方晶胞 ③ 六方堆积 ——六方晶胞 ④面心立方堆积 ——面心立方晶胞 配位数 = 8 空间利用率 = 68.02% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
体心立方晶胞
晶胞内原子数：2 配位数：8 空间利用率：68 ％ 典型金属： K 、Na、Fe
三维空间堆积方式
密置层的三维堆积方式 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 6
3 5 4 A B
2
3
的
1，3，5
位，不同
于 AB 两层的位置，这是 C 层。
1 6 5
2 3 4
1 6
5
2
3
4
Ⅳ.面心立方 堆积（铜型）
金、银、铜、铝等属于面心立方堆积
A C B A 3 C B
第四层再排 A，于是形成 ABC ABC 三层一个周期。 这种堆积方式可划分出面心 立方晶胞。
1 6
2
5
4
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
【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。
⑷、金属晶体结构具有金属光泽和颜 色
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Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
这是非密置层另一种堆积方 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。 体心立方晶胞
晶胞内原子数：2 配位数：8 空间利用率：68 ％ 典型金属： K 、Na、Fe
三维空间堆积方式
密置层的三维堆积方式 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 )
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。
⑶、金属晶体结构与金属延展性的关系
【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。
⑷、金属晶体结构具有金属光泽和颜 色
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 )
六方最密堆积分解图
镁型（AB型六方最密堆积）晶胞的抽取
六方晶胞
晶胞内原子数：2
B
配位数：12
A
空间利用率：74％
典型金属：Mg Zn Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 1，3，5 位，不同 于 AB 两层的位置，这是 C 层。
• 由于自由电子可吸收所有频率的光，然后 很快释放出各种频率的光，因此绝大多数 金属具有银白色或钢灰色光泽。而某些金 属（如铜、金、铯、铅等）由于较易吸收 某些频率的光而呈现较为特殊的颜色。
• 当金属成粉末状时，金属晶体的晶面取向 杂乱、晶格排列不规则，吸收可见光后辐 射不出去，所以成黑色。
4.金属晶体熔点变化规律
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
①简单立方堆积
配位数 = 6 空间利用率 = 52.36%
② 体心立方堆积 ——体心立方晶胞
配位数 = 8 空间利用率 = 68.02%
③ 六方堆积 ——六方晶胞
④面心立方堆积 ——面心立方晶胞
配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
2. 晶胞中金属原子数目的计算(平均值)
一般情况下，金属晶体熔点由金属键强弱决定：
金属阳离子半径越小，所带电荷越多，自由电子越多， 金属键越强，熔点就相应越高，硬度也越大。 如： Na Mg Al
Li Na K Rb Cs
熔点最低的金属：汞（常温时成液态） 熔点很高的金属：钨（3410℃） 铁的熔点：1535 ℃
合金
(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金
3、金属晶体的结构与金属性质的内在联系
⑴、金属晶体结构与金属导电性的关系
【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。
⑵、金属晶体结构与金属导热性的关系 【讨论2】金属为什么易导热？
，
12
6
3
54
12
6
3
54
AB
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。
两
三
个
个
密
密
置
置
层
层
密
密
置
置
堆
堆
积
积
六方堆积
面心立方 堆积
Ⅲ.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
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个
A
周期，即 AB AB 堆积方
金属原子脱落下来的价电子形成遍布整晶体 的“电子气”，被所有原子所共用，从而把所有 的金属原子维系在一起。
（6）键的强弱:阳离子半径；所带电荷
阳离子所带电荷多、半径小－－－－金属键 强，熔沸点高
㈡、金属晶体： 概念：金属阳离子和自由电子通过金属键作 用形成的晶体
组成粒子：金属阳离子和自由电子 作用力：金属键（电子气理论）
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：
②具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加 工性能。
二.金属晶体的原子堆积模型
（2）金属晶体的原子在二维平面堆积模型
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，按左图方式排列，剩余的空 隙较大，称为非密置层；按右图方式排列， 圆球周围剩余空隙较小，称为密置层 。
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
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
密置层
行列相错,三球一空 最紧密排列 配位数：6
三维空间堆积方式
非密置层的三维堆积方式
Ⅰ. 简单立方堆积
立方晶胞
晶胞内原子数： 1
配位数：
6
空间利用率： 52％
典型金属： （钋）Po
Ⅱ. 体心立方堆积（钾型）
Na、K、Cr、Mo、W等 属于体心立方堆积。
属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物 质叫做合金。
例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌 33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡 22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故 合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混 合物。
(2) 合金的特性
① 合金的熔点比其成分中金属 低 (低， 高，
介于两种成分金属的熔点之间；)