金属晶体的密堆积结构优秀课件

离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接 18
1、NaCl型结构
——立方晶系
（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； 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
19
（2）质点坐标：
Cl : 000, 1 1 0, 1 0 1 ,0 1 1 22 2 2 22
Cl : 000
Cl : 1 1 1
或
222
Cs : 1 1 1
Cs : 000
222
（3）配位数与配位多面体：
r 0.174 nm 0.96 0.732 r 0.181nm
CN 8,立方体配位
CsCl型：CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl……
23
3、闪锌矿型结构（-ZnS） ——立方晶系
晶胞的3个棱边长度（a、b、c）与原子半径r 之间的关系，可由简单的几何知识求出。
面心立方结构（a=b=c）：
a2 a2 2r 2r2
a 2 2r
4
（6）配位数：
CN=12
（7）致密度（堆垛密度）： K=0.74
（8）密度：
密度
＝
原子数 晶胞原子量 晶胞体积 阿佛加德罗常数
a4 3r 3
9
（6）配位数： CN=8
（7）致密度（堆垛密度）： 致密度：K=0.68
A2型结构：-Fe、铬、钨、结构（A3型）
（1）密堆积情况： 原子以ABAB……的方式堆积，
六方紧密堆积， （0001）面为密排面。
（2）原子分布：
12个原子分布在六方晶胞的 顶点、2个原子处于上下底心、3 个原子在六方晶胞体内。

A
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？

位错：晶体中某处有一列或假设干列原子发生了有规律错排 的现象
正刃型位错
负刃型位错
15
螺位错
空位 如果间隙原子是其它元素就称为 〔2〕面心立方晶格 fcc 原子〔离子〕的刚球模型 四、实际金属中的晶体缺陷 〔2〕线缺陷 —— 刃位错与螺位错 〔2〕面心立方晶格 fcc 晶格常数：a=b=c； 位错：晶体中某处有一列或假设干列原子发生了有规律错排的现象 〔2〕线缺陷 —— 刃位错与螺位错 〔2〕面心立方晶格fcc 〔1〕点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 〔1〕体心立方晶格 bcc 〔2〕面心立方晶格 fcc 晶格常数：a=b=c；
b
Y
a
X
晶格常数
a，b，c
4
三种常见的金属晶体结构
〔1〕体心立方晶格bcc 〔2〕面心立方晶格fcc
〔3〕密排六方晶格hcp
5
〔1〕体心立方晶格 bcc -Fe、W、V、Mo 等
6
体心立方晶胞
Z
c
a
a 2r
a
bY
X
晶格常数：a=b=c； ===90
晶胞原子数： 2 原子半径r：
致密度=Va /Vc，其中
16
〔3〕面缺陷Байду номын сангаас晶界、亚晶界
〔3〕密排六方晶格hcp 三、金属的同素异构转变〔P71〕 异类原子 〔杂质原子〕 实际金属晶体结构与理想结构的偏离 晶格常数：a=b=c； 〔1〕体心立方晶格 bcc 〔3〕密排六方晶格hcp 〔1〕体心立方晶格 bcc 原子〔离子〕的刚球模型 如果间隙原子是其它元素就称为 非晶体 ： 蜂蜡、玻璃 等。 〔3〕密排六方晶格hcp 空位 晶格常数：a=b=c； 金刚石、NaCl、冰 等。
一、晶体与非晶体

晶胞是描述晶体结构 的基本单元，晶胞一 般选取平行六面体
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
1、简单立方堆积：
每个晶胞含 1 个原子 配位数是 6 ， 空间利用率低
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
空间利用率 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
简单立方堆积：
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
请快速阅读课本75至76页，完成以下任务
1.集体制作密置层在三维空间的最密堆积模型
2.对比分析两种最密堆积在三维空间堆积的异同
二、金属晶体的两种最密堆积方式
A
12
B
6
3
A
54
B
A
A
C
B
12
A
6
3
C
54
B
A
六方最 密堆积
面心立方 最密堆积
二、金属晶体的两种最密堆积方式
1、六方最密堆积 2、面心立方最密堆积 配位数为 12 ， 配位数为 12 ，
2、体心立方堆积：
学与问
体心立方堆积的晶胞是个立方体。想一想，如果 原来的非密置层上的原子保持紧密接触，立方体 中心能否容得下一个原子？
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
2、体心立方堆积：
每个晶胞含 2 个原子，配位数为 8 ，
空间利用率不高，Na、K、Fe等金属采取这 种堆积方式。
金属原子在三维空间的堆积模型 小组探究2:密置层在空间的堆积方式
4
3
1
2
12
6
3
54
非密置层 球对球 行列对齐
四球一空
密置层
球对缝
行列交错 三球一空
金属原子在三维空间的堆积模型

S a a 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
20
V晶胞
3 a2 2 6 a
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%
21
22
23
隙上方，其排列方式与第一层相同，但与第
二层错开，形成ABAB…堆积。这种堆积方式
可以从中划出一个六方单位来，所以称为六
方最密堆积（A3）。
9
三维等径圆球的堆积(A3)
能量较低 密置层
A B A B A
B
A
10
A3最密堆积形成的六方晶胞
A3最密堆积形成后, 从中可以划分 出什么晶胞? 六方晶胞.
11
47
(4)六方ZnS晶胞图
48
六方ZnS
（1）六方晶系，简单六方晶胞 （2）Z=1 （3）Zn2+和S2- 六方最密堆积周期|AaBb|。 （4）配位数4：4。 （6）2s：0 0 0，2/3 1/3 1/2；
2Zn：0 0 5/8，2/3 1/3 1/8。
49
(5) CsCl型:
（1）立方晶系，简单立方晶胞。 （2）Z=1。 （3）Cs+，Cl-，离子键。 （4）配位数8：8。 （5） Cs+离子位于简单立方点阵的阵点上
3 30
A2型密堆积图片
31
金刚石型堆积（A4）
配位数为4，空间利用率为
34.01%，不是密堆积。这
种堆积方式的存在因为原
子间存在着有方向性的共

苏教版选修3பைடு நூலகம்
物质结构与性质
金属晶体的堆积方式
大家好
1
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
大家好
2
（二）二维堆积
I型
II 型
非密置层
密置层
行列对齐四球一 空 非最紧密排列
= 52.36%
(2r)3
大家好
16
（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 大+家好2×1/2 + 3 = 6
17
（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
= 74.05%
(2×1.414r)3大家好
18
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
6
3
54
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。
大家好
7
(3)六方紧密堆积
A
B A
B A
大家好

=4
则：
16
V球 =
πr3 3
C B
B
C CC C A
A BBB B C
立方F
8个顶角
n1
=
8×
1 8
=1
6个面心
n2
=
6×
1 2
=3
⑵立方面心晶胞的体积
V晶 = a3
c
C B
B
C CC C A
b a A BBB B C
立方F
每层采取最紧 密堆积
a
A
B
a
D
C
(100)晶面
∵⊿ABC是直角三角形。根据勾股定律得有：
……
第4层 A 第2层 C 第2层 B 第1层 A
A1型最紧密堆积
2.A1型堆积的晶胞类型
根据晶胞划分的规则，我们可从金属的 A1 型最紧密堆积中抽取出立方 面心晶胞。
第4层 A 第2层 C 第2层 B 第1层 A
抽取出
A1型最紧密堆积
BCCC A
B
CC
A BB B堆积 C C堆积
B 堆积和 C 堆积——（111）晶面 c
b a
3.立方面心晶胞的正八面体空隙
立方面心晶胞
立方面心晶胞内 的正八面体空隙
3个晶胞共有的正八面 体空隙
即，立方面心晶胞有两种八
面体空隙。
3个晶胞共用 顶点
⑴6各面心“点”构成的晶
晶胞1、3的 面心
胞内八面体空隙。 ⑵3个晶胞共同拥有的八面
体空隙（共用1条棱边） 。
二、A3型最紧密堆积及其晶胞
The A3 type is most close to pile up and its crystal lattice

Ａ3型堆积可抽出六方晶胞，晶胞中心两个球的分数坐标01）。（如图4（b）（c））
（b）
六 方 晶 胞
a
b
1b 3
2a
3
(C)六方晶胞中的圆球位置
金属晶体及晶体结构的能带理论
由下面的(d)、(e)图我们可清楚看出A3型堆积 中的四面体空隙和八面体空隙 在立方面心晶胞中，有8个四面体空隙，4个八面体空隙，见图5 (e)、(f)
图3（a）
金属晶体及晶体结构的能带理论
在密置双层中可形成两种空隙：即四面体空隙（ 3个相邻的 A球+1个B球或3B+A）和八面体空隙（由3个A球和3个B球结合 而成，两层球的投影位置相互错开60º，连接这六个球的球心得 到一个正八面体3A+3B)。 如下图所示
(b)正四面体空隙
(c)正八面体空隙
金属晶体及晶体结构的能带理论
图2：等径圆球的密置层 2、密置列、密置层和密置双层 （图如2：图等2）径在圆密球置的层密中置每层个球都与周围六个球紧密接触，配位数为6，三个球形成一个三角形空隙，因此每个球分摊两个三角形空隙。 二（、如金 图属2）晶在体密结置构层密中堆每积个的球几都种与常周见围形六式个球紧密接触，配位数为6，三个球形成一个三角形空隙，因此每个球分摊两个三角形空隙。 面晶心胞立 中方球最的密配堆位积数（为A121，）球型的半径r与晶胞参数a的关系为 图4、2： 面等心径立圆方球最的密密堆置积层（A1)型 在（立如方 图面4（心b晶）胞（中c），）有8个四面体空隙，4个八面体空隙，见图5 (e)、(f) （这d种）自晶由胞电参子数我与们圆用球三半维径势的箱关模系型和电子能带理论进行处理。 4本、节面课心我立们方专最门密讨堆论积怎（样A用1)等型径圆球的密堆积模型来形成这种骨架。 叠以合后过 第程四为、：五将、第六二层层的球投的影球位心置投分影别到与第一层、中二由、三个层球重所合围。成的三角形空隙的中心上，及上、下两层密置层相互接触并平行地互相 错4、开面。心立方最密堆积（A1)型 二、金属晶体结构密堆积的几种常见 形式 2、密金置属列的、晶密体置结层构和，密除置A1双、层A3型外，还有体心立方堆积A2型。 二以、后金 第属四晶、体五结、构六密层堆的积投的影几位种置常分见别形与式第一、二、三层重合。 这在种由自 无由方电向子的我金们属用键三力维、势离箱子模键型力和电范子德能华带力理等论化进学行键处力理结。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，能充分 晶利胞用中 空球间的配堆位积数密为度大12的，那球些的结半构径。r与晶胞参数a的关系为 叠合过程为：将第二层球的球心投影到第一层中由三个球所围成的三角形空隙的中心上，及上、下两层密置层相互接触并平行地互相 错开。 （d）晶胞参数与圆球半径的关系

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 ℃
--
12
资
金属之最
料
熔点最低的金属是-------- 汞
熔点最高的金属是-------- 钨
密度最小的金属是-------- 锂
密度最大的金属是-------- 锇
硬度最小的金属是-------- 铯
硬度最大的金属是-------- 铬
4.下列有关金属键的叙述错误的是 ( )B A.金属键没有方向性 B.金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强 烈的静电吸引作用
C.金属键中的电子属于整块金属 D.金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关
--
15
5.下列有关金属元素特性的叙述正确的是
B
A. 金属原子只有还原性,金属离子只有氧化性
B. 金属元素在化合物中一定显正化合价
--
9
金属的延展性
外力
自由电子
金属离子
--
10
⑷、金属晶体结构具有金属光泽和颜 色
• 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。
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
29
Ⅲ.六方堆积（镁型） 镁、锌、钛等属于六方堆积

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：

§3.3 金 属 晶 体
1
教学目标
1、了解金属的性质和形成原因 2、掌握金属键的本质——“电子气理论” 3、能用电子气理论和金属晶体的有关知
识解释金属的性质 4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型
2
金属样品 Ti
3
一、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?
15
【练习】
1、金属晶体的形成是因为晶体中存在
C
（） A. 金属离子间的相互作用 B．金属原子间的相互作用 C. 金属离子与自由电子间的相互作用 D. 金属原子与自由电子间的相互作用
16
2．金属能导电的原因是
（B ）
A. 金属晶体中金属阳离子与自由电子间的
相互作用较弱
B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下
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。
10
【讨论3】金属为什么具有较好的延展性？
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。
45
知识拓展－石墨
石 墨 晶 体 结 构
46
石墨是层状结构的混合型晶体
47
48
石墨
• 1、石墨为什么很软？ 石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合， 容易滑动，所以石墨很软。
• 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？ 石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在 很强的共价键（大π键），故熔沸点很高。
不含有其他化学键
18
二 、金属晶体的原子堆积模 型