晶体的堆积模型
高中化学_堆积魔法——晶体结构的堆积模型教学课件设计
活动·探究
（1）将等径圆球在一列/行上的最紧密排列有几种？如何排列？
只有一种,即所有的圆球都在一条直线上排列
（2）等径圆球在同一平面上的堆积方式是唯一的吗？ 最紧密堆积有几种排列？在最紧密堆积方式中每个等径圆球与周围 几个球相接触？
1.金属晶体属于等径圆球的密堆积方式
在一个平面上的密堆积排列： 请你比较
C B A
小结
堆积模型
金属晶体原子的堆积模型
非密置层
密置层
简单立方
体心立方
六方堆积A3
面心立方A1
典型代表
Po（钋）
碱金属、铁等 镁、锌、钛 金、银、铜、铝
配位数
6
8
12
12
空间利用率
52%
68%
74%
74%
金属采取哪种堆积方式可以通过X射线衍射实验证实。大部分金属最密堆积方式，只有少 数金属采用非密堆积的方式。因为密堆积方式空间利用率高，能量低，稳定。
第一层(A层)：密置型排列 第二层(B层) ：将球对准1，3，5 位。——密置双层
12
6
3
54
12
6
3
54
若对准 2，4，6 位，其情形是一样的吗?
密置双层只有一种
认真观察两层球形成的空隙种类。
2
AB
1
活动·探究
（4）将球扩展到三层有几种堆积方式？ 最紧密的堆积方式是几种？寻找重复性排列的规律。 在最紧密堆积方式中每个等径积方式
大多数分子晶体尽可能采取紧密堆积的方式， 但受到分子形状的影响。 例如：干冰采用A1型紧密堆积方式
干冰
而冰中水分子的堆积受到 氢键 的影响， 非紧密堆积
原子晶体堆积方式－不服从紧密堆积方式
金属晶体堆积模型及计算公式课件
第四页，共28页幻灯片
4、金属晶体基本构型
（1）.简单立方堆积：
非最紧密堆积，每个晶胞含 1个原子,配位
数是
个6.
只有金属（Po）采取这种堆积方式
第五页，共28页幻灯片
空间利用率的计算
(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
堆积方式晶胞类型空间利用率配位数实例面心立方最密堆积简单立方堆积体心立方堆积密堆积面心立方体心立方简单立方747468521212cuagaumgzntinakfepo遵循设计文件施工规范和质量验收标准的原则
关于金属晶体堆积模 型及计算公式
第一页，共28页幻灯片
一、金属晶体的原子堆积模型
1、理论基础
7
1 9
6
5
8 2
3 4
12
10
11
这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数为
，许1多2金属（如Cu、Ag、Au等）采取这种堆积方式
。
第十九页，共28页幻灯片
铜型
第二十页，共28页幻灯片
第二十一页，共28页幻灯片
第二十二页，共28页幻灯片
第二十三页，共28页幻灯片
12
6
3
54
第二十四页，共28页幻灯片
5
8 2
3 4
10
11
12
这种堆积晶胞属于最密置层堆集，配位数为
12 ，许多金属（如Mg、Zn、Ti等）采取这种堆积方式
。
第十四页，共28页幻灯片
1200
平行六面体
每个晶胞含 2 个原子
第十五页，共28页幻灯片
六方最密堆积的空间利用率计算
《晶体结构的堆积模型》
配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子 或离子数目。
NaCl： 子先以A1型紧 ＋ Na 密堆积， 离 子再填充到空 隙中。
ZnS： 先以A1型紧密 堆积， Zn2＋ 离 子再填充到空 隙中。
S2－ 离子
Cl－离
分子晶体属非等径圆球密堆积方式：
第一层:密置型排列 第二层:将球对准 1，3，5 位。
6 5
1
1 2 3 6 5
2
3 4
4
对准 2，4，6 位，其情形是一样的 吗？
密置双层只有一种
思考
取A、B两个密置层，将B层放 在A层的上面，有几种堆积方式？ 最紧密的堆积方式是哪种？它有 何特点？
2
A B 1
再思
如果将密置层C放在刚才堆成 的密置双层的上面，有几种最密 堆积方式？如何堆积？
第一种排列
A
1 6 5 4
2
3
B
A B A
于是每两层形成一个 周期，即 AB AB 堆 A3型紧密堆积
积方式。
1
C
第二种排列
A 1 6 5 4
2
3
C B
A C
于是每三层形成一个
周期，即 ABC ABC
B
A
堆积方式。
A1型密堆积
2
D
C
迁移应用
1. 等径圆球在同一平面上有几种最 紧密排列型式？ 2. 同一密置层内与同一球紧密接触 的球有几个？
3. 等径圆球的密置双层有几种型式？
4. 在密置双层上再加一密置层，有几 种最密堆积方式？ 5. A3型最密堆积的周期性如何体现？ A1型最密堆积的周期性如何体现？
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。
3.3金属晶体 堆积模型
堆积方式一： 简单立方堆积 ------钋型 只有金属钋（Po）采取这种堆积方式
配位数？ 晶胞？ 空间利用率？
每个晶胞含原子数?
晶胞的抽取
简单立方晶胞的空间利用率计算：
边长为a
a=2r
V晶胞=Байду номын сангаас3
V球=4πr3/3 4πr3/3 空间利用率= a3 ≈52% ×100%
(2) 密置层在三维空间堆积
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 )
1 6 5 4 2 3 6 5 4
1
2
3
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。
堆积方式一： 将球对准第一层的球。
1 6 5 4 下图是此种六方 紧密堆积的前视图
Mg 、Zn 、Ti采用这种堆积方式
配位数？ 晶胞？ 空间利用率？
每个晶胞含原子数?
堆积方式二：
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 1 6 5 4
2
3
的 2，4，6 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
第四层再排 A，于是形 成 ABC ABC 三层一个周
1、金属原子在平面上堆积模型
围剩余空隙最小？
（a）非密置层
（b）密置层 配位数：6
配位数：4
金属晶体可以看成金属原子在三 维空间中堆积而成.那么,非密置层 和密置层在三维空间里堆积有分别 有几种方式？请比较不同方式堆积 时金属晶体的配位数、原子的空间 利用率、晶胞的区别。
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。
晶体堆积模型
认识晶体第二课时三、晶体结构堆积模型(金属键、离子键、范德华力均没有方向性，所以组成金属晶体、离子晶体、分子晶体的微粒服从紧密堆积堆积原理，降低体系能量，使晶体变得比较稳定)1、等径圆球的密堆积①等径圆球在一列上紧密堆积的方式只有一种，所有的圆球都在一条直线上排列②等径圆球在一个平面上最紧密堆积的方式只有一种，每个等径圆球与周围其它6个球接触，形成层称为密置层③类型：金属晶体结构为等径原子密堆积 A3型最密堆积（六方最密堆积）ABABA1型最密堆积（面心立方最密堆积）ABCABCA2型密堆积（体心立方密堆积）配位数：在密堆积中，一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目A3型最密堆积配位数12 同层6 上下层各3A1型最密堆积配位数12 同层6 上下层各32、非等径圆球的密堆积①离子晶体可视作非等径圆球密堆积，大球先按一定方式做等径圆球密堆积，小球再填充在大球所形成的空隙中。
NaCl、ZnS是A1型最密堆积②分子晶体，原子以共价键形成分子，分子再以分子间作用力形成晶体，由于范德华力没有方向性和饱和性，故此分子尽可能采取紧密堆积，但分子的排列方式与分子的形状有关③原子晶体堆积方式：不服从紧密堆积方式原因：共价键具有方向性和饱和性，因此就决定了一个原子周围的其它原子数目不仅是有限的而且堆积方向是一定的，所有不是密堆积晶体的特性和晶体结构的堆积模型1．下列关于晶体和非晶体的本质区别的叙述中正确的是( )A．是否具有规则几何外形的固体 B．是否具有固定组成的物质C．是否具有美观对称的外形 D．内部基本构成微粒是否按一定规律做周期性重复排列2．下列说法错误的是( )A．同一物质有时可以是晶体，有时可以是非晶体B．区分晶体和非晶体最可靠的科学方法是确定有没有固定熔点C．雪花是水蒸气凝华得到的晶体D．溶质从溶液中析出可以得到晶体3．关于晶体的自范性，下列叙述正确的是( )A．破损的晶体能够在固态时自动变成规则的多面体B．缺角的氯化钠晶体在饱和NaCl溶液中慢慢变为完美的立方体块C．圆形容器中结出的冰是圆形的体现了晶体的自范性D．由玻璃制成规则的玻璃球体现了晶体的自范性4．下列途径不能得到晶体的是( )A．熔融态SiO2快速冷却 B．熔融态SiO2热液缓慢冷却C．FeCl3蒸气冷凝 D．CuSO4饱和溶液蒸发浓缩后冷却5．将晶体分为离子晶体、金属晶体、原子晶体和分子晶体的本质标准是( )A．基本构成的微粒种类 B．晶体中最小重复结构单元的种类C．微观粒子的密堆积种类 D．晶体内部微粒的种类及微粒间相互作用的种类6．下列叙述正确的是( )A．任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子 B．离子晶体中可能含有共价键C．离子晶体中只含有离子键不含有共价键 D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键7．金属原子在二维空间里的放置有下图所示的两种方式，下列说法不正确的是( )A．图a为密置 B．图b为非密置层 C．图a配位数为6 D．图b配位数为68．(2019·邢台一中月考)(1)在下列物质中，__________(填序号，下同)是晶体，______________是非晶体。
金属晶体结构密堆积的几种常见形式ppt课件
12
Ⅲ.六方密堆积
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
1
2
B
6
3
54
A
B
于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆
A
积方式，形成六方紧密堆积。
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
上图是此种六方 紧密堆积的前视图
13
金属晶体的原子空间堆积模型3 • 六方密堆积（镁型）
9
(2).非密置层的堆积方式 b、体心立方堆积
②体心立方堆积
将上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，并使非密置层的原子稍稍分离。 这种堆积方式所得的晶胞是一个含有两个原子的立方体，一个原子在立方体的 ________，另一个原子在立方体的__________，其空间的利用率比简单立方堆积 _______，碱金属和Fe属于这种堆积方式。
中心 高
顶角
68%
10
(1).密置层在三维空间堆积 b、六方最密堆积
第一层 ：
11
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 6
5
2 3
4
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。
14
当由 格密若 子置把 为层每 平抽个 面出球 六一作 方个为 格平一 子面个 。六结
方构 点基 阵元 ，， 正可
图2：等径圆球的密置层
4
金属晶体的原子堆积模型 1．二维空间模型 (1)非密置层 配位数为___，如图所示：
金属晶体的原子堆积模型
4、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气
态团簇分子，如下图所示，顶角和面心的原子
是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，
它的化学式是
。
解析：由于本题团簇分子指的 是一个分子的具体结构，并不 是晶体中的最小的一个重复单 位，不能采用均摊法分析，所 以只需数出该结构内两种原子 的数目就可以了。答案为：
3
54
12
6
3
54
12
6Байду номын сангаас
3
54
，
AB
思考：对第一、二层来说，第 三层可以最紧密的堆积方式有 几种？
一种是将球对准 第一层的球。
12
6
3
54
另一种排列方式，是 将球对准第一层的 2 ，4，6 位
12
6
3
54
六方最密堆积
一种是将球对准 第一层的球。
12
6
3
54
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。
一、金属键
1.金属晶体： 金属单质形成的固体。
2.金属晶体的物性
导电，导热，延展性，金属光泽。熔沸 点差异大
3.金属键
（1） 定义：金属阳离子和自由电子之间的较强的相互作用
（2） 构成粒子： 金属阳离子和自由电子
（3）.“电子气”理论 金属原子脱落下来的价电子形成遍
布整块晶体的“电子气”，被所有 原子共用，从而把所有的原子维系 在一起。
反馈练习
为什么碱金属单质的熔沸点从上到下逐渐降 低，而卤素单质的熔沸点从上到下却升高？
返回
二、 金属晶体的原子堆积模型
三、金属晶体的原子堆积模型
1、几个概念
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
晶体构型的堆积模型
离子晶体的堆积方式（ 离子晶体的堆积方式（P72、 P80） 、 ） 大球先按一定方式做等径圆球的密堆积， 大球先按一定方式做等径圆球的密堆积，小球再 填充在大球所形成的空隙中。 填充在大球所形成的空隙中。
N（Cs+）=1 （ N（Cl—）=1 （
NaCl晶体 晶体
CsCl晶体 晶体
N（Na+）=4 （ N（Cl—）=4 （
3、最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇 分子，如图所示，则它的化学式为： 分子，如图所示，则它的化学式为： Ti14C13 ______________。 ______________。
4、科学家发现的钇钡铜氧化合物在90K具有超导性， 科学家发现的钇钡铜氧化合物在90K具有超导性， 90K具有超导性 若该化合物晶体的晶胞结构如图所示，则该化合物的 若该化合物晶体的晶胞结构如图所示， 化学式可能是（ 化学式可能是（ C ） A、 YBa2Cu3O4 B 、YBa2Cu2O5 C、YBa2Cu3O5 D、YBaCu4O4
N（Cs+）=8 （ N（Cl—）=8 （
思考： 思考：离子 化合物化学 式的意义？ 式的意义？
NaCl晶体结构示意图 晶体结构示意图
Na+Cl-
正八面体
一个Na 周围有6个 一个 +周围有 个Cl— 有12个Na+ 个 一个Cl 周围有6个 一个 —周围有 个Na+ 有12个Cl— 个
CsCl晶体 晶体
二、金属晶体的堆积方式—等径圆球的密堆积 金属晶体的堆积方式 等径圆球的密堆积 ）、金属原子堆积方式 （一）、金属原子堆积方式 1、一维堆积 2、二维堆积
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
金属晶体的堆积模型
精品课件
金属晶体原子平面排列方式有几种？
探究
2 1A3
4
2
1
3
A
6
4
5
配位数为4 非密置层
精品课件
配位数为6 密置层
非密置层层层堆积情况1： 相邻层原子在同一直线上的堆积
金属晶体的堆积方式──简单立方堆积
精品课件
简单立方堆积
配位数：6 晶胞含金属原子数 1
例： （Po） 精品课件
精品课件
2）.立方面心结构 立方面心结构的配位数＝12（即每个圆球有12个最
近的邻居，同一层有六个，上一层三个，下一层三 个）。立方密堆积中可以取出一个立方面心的单位 来，每个单位中有四个圆球，球心的位置是000；0 1/2 1/2；1/2 0 1/2；1/2 1/2 0。
等径圆球的最紧密堆积方式，在维持每个球的周围 的情况等同的条件下，就只有上述两种，它们的空 间利用率最高（74．05％）。
精品课件
立方体边长=a'；
立方体对角线＝
a'；
四面体边长=
a'；
精品课件
精品课件
设圆半径为R，晶胞棱长为a，晶胞面对角
线长
则
晶胞体
积
立方面心晶胞中含4个圆球，每个球体积
为:
立方最密堆积虽晶胞大小不同，每个晶胞中 含球数不同。但计算得到空间占有率相同。
精品课件
而体心立方堆积（bcp）则空间占有率低一些。 体对角线长为 晶胞体积 体心立方晶胞含2个球
精品课件
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。
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探究1: 什么是密堆积原理？
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。
探究2: 什么是密堆积？ 有限的原子、离子或分子
尽量占取较小的空间的堆积。
什么是配位数？
一个球周围最邻近的圆球的数目。
探究3: 什么是空间利用率？
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。
第2课时
【学习目标】
• 认识等径堆积模型的A1、A2、 A3堆积模型。
• 认识不等径堆积模型。
探究1：晶体的类别、构成微粒、微粒 间的作用及形成晶体的原理
无方向性和 饱和性
金属晶体——金属键 离子晶体——离子键 分子晶体——范德华力
密堆 积原 理：
有方向性 和饱和性
原子晶体——共价键 混合型晶体——共价键和范德华力
（2）、金属原子非密置层堆积2：
立方体的8个顶点 各一个，立方体的 中心独占有1个。
体心立方堆积 K型
A2型
金属晶体的密堆积模型分析
12
6
3
54
面心立方 最密堆积
（Cu型）
A B C A
配位数
12
面心立方最密堆（Cu型） A1型
A1，又叫面心立方密堆 积，又称ABCABC…… 型堆积，即每三层重复一 次。 形成的是立方体晶 胞，8个顶点，6个面心 有Cu，观察堆积时，沿 着体对角线可以看到 ABC三层。
空间利用率 =
球体积 100% 晶胞体积
探究4:什么是晶胞?它和晶体有什么关系？
（1）晶体结构中最小的重复单元 （2）是从晶体结构中截取下来的大小、
形状完全相同的平行六面体
（3）将一个个晶胞上下左右前后并置 起来，就构成整个晶体结构
探究5: 四类晶体各采用何种堆积模型？ 金属晶体 等径圆球的密堆积模型 离子晶体 不等径圆球的堆积模型 分子晶体 干冰符合A1型密堆积 原子晶体 不符合紧密堆积原理
探究6: 等径圆球的密堆积模型
1、一维堆积
探究6: 等径圆球的密堆积模型
2、二维堆积
非密置层
密置层 哪种排列更紧密？
金属晶体的非密堆积模型分析
（1）、金属原子非密置层堆积1：
简单立方堆积：
配位数 6
非最紧密堆积， 空间利用率低
（2）、金属原子非密置层堆积2：
A 型 体心立方堆积（K型）
2
配位数 8
【小结】
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 A2型
六方紧密堆积：
12 A3型
面心立方紧密堆积： 12 A1型
12
6
3
54
六方最 密堆积
（Mg型）
B AA
B A
A3型
配位数
12
六方最密堆积（Mg型） A3型
配位数 12
A3，又叫六方密堆积，又ABABAB…… 型堆积，即每两层重复。 形成的是六方 晶胞
非等径堆积模型
离子晶体属于非等径堆积 模型，留待离子晶体一节探讨。
原子晶体和分子晶体比较 复杂，留待以后专题研究。