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3个原子。如用平行六面体坐标表示，其坐标为[1/3,2/3,1/2]或 [2/3,1/3,1/2]。在六方柱晶胞中，顶点的每个原子为6个晶胞所共有，
上下底面中心的原子为2个晶胞所共有，所以六方柱晶胞所包含的
原子数为：
1 1 12 2 3 6 6 2
2.金属中原子紧密堆积的化学基础
为什么可以紧密堆积？
由于金属元素的最外层电子构型多数属于 S型，而S型轨 道没有方向性，它可以与任何方向的相邻原子的 S 轨道重叠，
相邻原子的数目在空间几何因素允许的情况下并无严格的限制，
因此，金属键既没有方向性，也没有饱和性。当由数目众多的 S 轨道组成晶体时，金属原子只有按紧密的方式堆积起来，才 能使各个S轨道得到最大程度的重叠，使晶体结构最为稳定。
1 1 8 6 4 8 2
体心立方结构
常见体心立方的金属有-Fe、V、Mo等，晶格中 原子坐标为[0,0,0]，[1/2,1/2,1/2]。晶胞中原子数为：
1 8 1 2 8
密排六方结构
Zn、Mg、Li等是常见的密排六方结构的金属，原子分布除了
简单六方点阵的每个阵点[0,0,0]上有原子外，在六方棱柱体内还有
子进一步靠近时产生斥力，使原子不能进一步接近，因此，接触距离
较大的A1型结构就比较稳定。
A1和A3型最紧密堆积结构之间也有差异。在两种结构中每个 原子周围均有12个最近邻原子，其距离为r；有6个次近邻原子，其
距离为r；从第三层近邻起，两种堆积有一定差别。根据计算，这
种差别可以导致六方最紧密堆积的自由焓比面心立方最紧密堆积的 自由焓低0.01%左右。所以，有些金属常温下采用六方最紧密堆积， 而在高温下由于A1的无序性比A3大，即A1型比A3型具有更高的熵值， 所以由A3型转变到A1型时，熵变S0。温度升高，TS增大， G=H－TS0，因此，高温下A1型结构比较稳定。
动）。所以，晶体虽然变长，但晶体中原子间距仍然保持原来的周期 性而未改变。
晶体中的原子面在外力作用下能否顺利实现滑移，取决于晶体 中滑移系统（由一个滑移面和一个滑移方向构成一个滑移系统）的
多少。滑移系统越多，越容易产生塑性变形。反之，滑移系统越少，
材料的脆性越大。 典型的金属结构，由于结合力没有方向性和饱和性、配位数高、
如果某非金属元素的原子能以单键与其它原子共价
结合形成单质晶体，则每个原子周围共价单键的数目为 8减去元素所在周期表的族数（m），即共价单键数目为 8－m，亦称为8－m规则。
二、非金属元素单质的晶体结构
1.惰性气体元素的晶体
惰性气体在低温下形成的晶体为A1（面心立方）型或
A3（六方密堆）型结构。由于惰性气体原子外层为满电子
构型，它们之间并不形成化学键，低温时形成的晶体是靠 微弱的没有方向性的范德华力直接凝聚成最紧密堆积的A1 型或A3型分子晶体。
2.其它非金属元素单质的晶体结构 —休谟-偌瑟瑞（Hume-Rothery）规则
2.3 单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。
一、金属晶体的结构 二、非金属元素单质的晶体结构
一、金属晶体的结构
1.常见金属晶体结构
典型金属的晶体结构是最简单的百度文库体结构。由于金属键的性质， 使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。常见的典型金属晶
体是面心立方、体心立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构如图2-10
斥作用，使s电子重叠时不能进一步靠近，从而形成接触距离较大的A1 型结构。而A1型结构比A2、A3型结构和其它更复杂的结构有更多的滑移
系统。A1型金属具有12个滑移系统，即4个{111}面、3个滑移方向<110>，
故共有4×3=12个滑移系统。该面上原子堆积密度最大，相互平行的原 子面间距离也最大。非金属晶体，如刚玉（-Al2O3）只有1个滑移面 （001）和2个滑移方向，塑性变形受到严格限制，表现出脆性。
结构简单等原因，易产生滑移。共价晶体（如金刚石）结构，要使
滑移方向、键角方向、滑移周期都刚好一致是比较困难的。在离子 晶体中，虽然离子键也没有方向性和饱和性，但滑移过程中在许多 方向上有正负离子吸引、相邻同号离子排斥，使滑移过程难以进行。
在金属晶体中，其延展性也有差异。铜、银、金等金属的延展性
非常好，这是因为铜、银、金晶体中存在完整的d电子层，d电子层有互
3.金属原子形成晶体时结构上的差异
为什么有的金属形成A1型结构，而有的形成A2或A3型结构？ 周期表中IA族的碱金属原子最外层电子皆为ns1，为了实现最大 程度的重叠，原子之间相互靠近一些较为稳定，配位数为8的一圈其
键长比配位数为12的一圈之键长短一些，即A2型(体心堆积)结构。
IB族的铜、银、金在其最外层电子4s1、5s1、6s1内都有d10的电子 构型，即d轨道五个方向全被电子占满。这些不参与成键的d轨道在原
化合物 。
2) 金属或合金在力学性能上表现出良好的塑性和延展性
金属的范性变形起因于金属中的原子面在外力作用下沿某个特定 原子面的某个特定方向的滑移。实验发现，铝晶体受拉力作用后，晶 体变长，并不是原子间距离增大，而是晶体中各部分沿（111）晶面
在[110]方向上移动了原子间距的整数倍（详细情况请参阅位错的运
4.金属键的结构特征及金属的特性
1)金属或合金在组成上不遵守定比或倍比定律
金属键和离子键都没有方向性和饱和性。在离子晶体中， 为了保持电中性，正负离子在数目上具有一定比例，即离子晶 体中的正负离子在数目上符合化学中的定比或倍比定律。在金
属或合金中，电中性并不取决于各种原子的相对数目，因此，
金属往往很容易形成成分可变、不遵守定比或倍比定律的金属
所示。另外，有些金属由于其键的性质发生变化，常含有一定成分的 共价键，会呈现一些不常见的结构。锡是A4型结构（与金刚石相似），
锑是A7型结构等。
（a）面心立方 （A1型）
（b）体心立方 （A2型）
（c）密排六方 （A3型）
图2-10 常见金属晶体的晶胞结构
面心立方结构
常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等， 晶格结构中原子坐标分别为[0,0,0]，[0,1/2,1/2]， [1/2,0,1/2]，[1/2,1/2,0]。晶胞中所含原子数为4。
上下底面中心的原子为2个晶胞所共有，所以六方柱晶胞所包含的
原子数为：
1 1 12 2 3 6 6 2
2.金属中原子紧密堆积的化学基础
为什么可以紧密堆积？
由于金属元素的最外层电子构型多数属于 S型，而S型轨 道没有方向性，它可以与任何方向的相邻原子的 S 轨道重叠，
相邻原子的数目在空间几何因素允许的情况下并无严格的限制，
因此，金属键既没有方向性，也没有饱和性。当由数目众多的 S 轨道组成晶体时，金属原子只有按紧密的方式堆积起来，才 能使各个S轨道得到最大程度的重叠，使晶体结构最为稳定。
1 1 8 6 4 8 2
体心立方结构
常见体心立方的金属有-Fe、V、Mo等，晶格中 原子坐标为[0,0,0]，[1/2,1/2,1/2]。晶胞中原子数为：
1 8 1 2 8
密排六方结构
Zn、Mg、Li等是常见的密排六方结构的金属，原子分布除了
简单六方点阵的每个阵点[0,0,0]上有原子外，在六方棱柱体内还有
子进一步靠近时产生斥力，使原子不能进一步接近，因此，接触距离
较大的A1型结构就比较稳定。
A1和A3型最紧密堆积结构之间也有差异。在两种结构中每个 原子周围均有12个最近邻原子，其距离为r；有6个次近邻原子，其
距离为r；从第三层近邻起，两种堆积有一定差别。根据计算，这
种差别可以导致六方最紧密堆积的自由焓比面心立方最紧密堆积的 自由焓低0.01%左右。所以，有些金属常温下采用六方最紧密堆积， 而在高温下由于A1的无序性比A3大，即A1型比A3型具有更高的熵值， 所以由A3型转变到A1型时，熵变S0。温度升高，TS增大， G=H－TS0，因此，高温下A1型结构比较稳定。
动）。所以，晶体虽然变长，但晶体中原子间距仍然保持原来的周期 性而未改变。
晶体中的原子面在外力作用下能否顺利实现滑移，取决于晶体 中滑移系统（由一个滑移面和一个滑移方向构成一个滑移系统）的
多少。滑移系统越多，越容易产生塑性变形。反之，滑移系统越少，
材料的脆性越大。 典型的金属结构，由于结合力没有方向性和饱和性、配位数高、
如果某非金属元素的原子能以单键与其它原子共价
结合形成单质晶体，则每个原子周围共价单键的数目为 8减去元素所在周期表的族数（m），即共价单键数目为 8－m，亦称为8－m规则。
二、非金属元素单质的晶体结构
1.惰性气体元素的晶体
惰性气体在低温下形成的晶体为A1（面心立方）型或
A3（六方密堆）型结构。由于惰性气体原子外层为满电子
构型，它们之间并不形成化学键，低温时形成的晶体是靠 微弱的没有方向性的范德华力直接凝聚成最紧密堆积的A1 型或A3型分子晶体。
2.其它非金属元素单质的晶体结构 —休谟-偌瑟瑞（Hume-Rothery）规则
2.3 单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。
一、金属晶体的结构 二、非金属元素单质的晶体结构
一、金属晶体的结构
1.常见金属晶体结构
典型金属的晶体结构是最简单的百度文库体结构。由于金属键的性质， 使典型金属的晶体具有高对称性，高密度的特点。常见的典型金属晶
体是面心立方、体心立方和密排六方三种晶体，其晶胞结构如图2-10
斥作用，使s电子重叠时不能进一步靠近，从而形成接触距离较大的A1 型结构。而A1型结构比A2、A3型结构和其它更复杂的结构有更多的滑移
系统。A1型金属具有12个滑移系统，即4个{111}面、3个滑移方向<110>，
故共有4×3=12个滑移系统。该面上原子堆积密度最大，相互平行的原 子面间距离也最大。非金属晶体，如刚玉（-Al2O3）只有1个滑移面 （001）和2个滑移方向，塑性变形受到严格限制，表现出脆性。
结构简单等原因，易产生滑移。共价晶体（如金刚石）结构，要使
滑移方向、键角方向、滑移周期都刚好一致是比较困难的。在离子 晶体中，虽然离子键也没有方向性和饱和性，但滑移过程中在许多 方向上有正负离子吸引、相邻同号离子排斥，使滑移过程难以进行。
在金属晶体中，其延展性也有差异。铜、银、金等金属的延展性
非常好，这是因为铜、银、金晶体中存在完整的d电子层，d电子层有互
3.金属原子形成晶体时结构上的差异
为什么有的金属形成A1型结构，而有的形成A2或A3型结构？ 周期表中IA族的碱金属原子最外层电子皆为ns1，为了实现最大 程度的重叠，原子之间相互靠近一些较为稳定，配位数为8的一圈其
键长比配位数为12的一圈之键长短一些，即A2型(体心堆积)结构。
IB族的铜、银、金在其最外层电子4s1、5s1、6s1内都有d10的电子 构型，即d轨道五个方向全被电子占满。这些不参与成键的d轨道在原
化合物 。
2) 金属或合金在力学性能上表现出良好的塑性和延展性
金属的范性变形起因于金属中的原子面在外力作用下沿某个特定 原子面的某个特定方向的滑移。实验发现，铝晶体受拉力作用后，晶 体变长，并不是原子间距离增大，而是晶体中各部分沿（111）晶面
在[110]方向上移动了原子间距的整数倍（详细情况请参阅位错的运
4.金属键的结构特征及金属的特性
1)金属或合金在组成上不遵守定比或倍比定律
金属键和离子键都没有方向性和饱和性。在离子晶体中， 为了保持电中性，正负离子在数目上具有一定比例，即离子晶 体中的正负离子在数目上符合化学中的定比或倍比定律。在金
属或合金中，电中性并不取决于各种原子的相对数目，因此，
金属往往很容易形成成分可变、不遵守定比或倍比定律的金属
所示。另外，有些金属由于其键的性质发生变化，常含有一定成分的 共价键，会呈现一些不常见的结构。锡是A4型结构（与金刚石相似），
锑是A7型结构等。
（a）面心立方 （A1型）
（b）体心立方 （A2型）
（c）密排六方 （A3型）
图2-10 常见金属晶体的晶胞结构
面心立方结构
常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等， 晶格结构中原子坐标分别为[0,0,0]，[0,1/2,1/2]， [1/2,0,1/2]，[1/2,1/2,0]。晶胞中所含原子数为4。