营口开发区第一高级中学2013-2014学年度高二化学下学期导学案 课题： 选修3 第三章《晶体结构与性质》 使用时间： 2014.4.24 编码：9
高山不爬不能到顶，竞走不跑不能取胜，永恒的幸福不争取不能获得。 第三节 金属晶体
一、金属键
1、金属键定义：
和 之间的强烈的相互作用。
2、成键微粒： 和 。
3、成键本质：
4、金属键特征：
二．“电子气理论”及其解释金属的物理通性
金属原子脱落下来的 形成遍布整块晶体的“ ”，被所有原子共用，从而把所有的金属原子维系在一起。
(1) 对导电性的解释
金属晶体中的自由电子在外电场作用下__________形成电流。
(2) 对导热性的解释
自由电子在运动时会与金属离子碰撞，引起能量交换，能量从温度高的部分传到温度低的部分，使整块金属达到相同的温度。热导率随温度升高而降低。
(3) 对金属延展性的解释
当金属受到外力作用时，晶体中的各离子层就会发生___________，但金属离子与自由电子仍保持相互作用，金属形变但不会断键。而且弥漫在金属原子之间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用，从而使金属具有良好的延展性。
(4)颜色、光泽：可见光照射到金属表面上时，自由电子能够吸收所有频率的光，并很快放出这些光。金属粉末晶面取向杂乱，吸光后辐射不出去，所以暗灰色、黑色。
(5)硬度和熔沸点：金属晶体多数熔点高，差异很大。高的如W、Pt，低的如Hg、Cs
这与金属键的强弱有关。金属键越强，硬度就越 ，熔沸点就越 。
一般规律：原子半径越小、金属键就越 ；即阳离子的的电荷）越 ，金属键就越 。
第二章 晶体缺陷
P2
问题 空位形成应该遵循物质守恒，即内部原子跑到表面上。空位形成整体是膨胀过程，但具体机制较复杂。一方面，缺少了原子会造成整体收缩；另一方面，跑到表面的原子使体积增加，综合效果是形成一个空位导致半个原子体积的增加。相关问题有：1.如果测量产生空位的晶体，其点阵常数是增大还是缩小？2.将点阵常数测量结果与晶体整体膨胀的事实做对比，能够发现什么与空位浓度相关的规律？提示：由简到繁是惯用的方法，故可以考虑一维晶体。
答：① 增大
② 随着晶体整体膨胀的增加，空位浓度增加。
——详见潘金生《材料科学基础》P213空位的测量
（点阵常数+膨胀率+空位浓度三者之间的关系）
问题 图2－2中的置换原子(黑色)的尺寸画得有些随意。假定(b)图中黑原子半径比白的小10％，而(c)图中大10％，问哪种情况下基体内的应变能更大些？为什么？
答：（b）图中应变能更大。
①应变能是由附近白原子点阵常数的变化引起的结合能的改变量。
②由结合能的图像可知，在平衡位置r0左右，曲线并非对称(形变大时非弹性成分的存在)。产生相同且较大(与0.01%对比着看)的形变时，压缩引起的应变能更大。
P4
问题 Al2O3溶入MgO(具有NaCl结构)中，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置，还是相反？ 答：Al2O3溶入MgO晶体，由于Al离子是+3价，，而Mg离子是+2价，所以当两个铝离子取代两个镁离子的位置后，附近的一个镁离子必须空出，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置。
问题 图2－3(a)的画法有些问题。更好的画法是将图中的大小方块画在一起，即正负离子空位成对出现(参见余永宁“材料科学基础”图6－5)。为什么成对的画法更好些？
答：因为①正、负电中心成对出现的时候，满足局部电中性。
②正、负电中心有相互吸引作用，离得越远，系统能量越高。因此，正负离子空位成对出现时，使系统自由能降低，是自发过程。
P7
问题 如何理解STUG中的负号？
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P2
问题 空位形成应该遵循物质守恒，即内部原子跑到表面上。空位形成整体是膨胀过程，但具体机制较复杂。一方面，缺少了原子会造成整体收缩；另一方面，跑到表面的原子使体积增加，综合效果是形成一个空位导致半个原子体积的增加。相关问题有：1.如果测量产生空位的晶体，其点阵常数是增大还是缩小？2.将点阵常数测量结果与晶体整体膨胀的事实做对比，能够发现什么与空位浓度相关的规律？提示：由简到繁是惯用的方法，故可以考虑一维晶体。个人收集整理 勿做商业用途
答：① 增大
② 随着晶体整体膨胀的增加，空位浓度增加。
-——详见潘金生《材料科学基础》P213空位的测量
问题 溶质原子尽管造成局部的排列偏离，但并不把它算为点缺陷，为什么？
答：由对“置换原子”与“空位”的比较及“间隙溶质”与“自间隙原子”的比较可知，溶质原子的加入所产生的对于标准态的偏离比较小，因此不把它算为点缺陷。个人收集整理 勿做商业用途
问题 图2－2中的置换原子(黑色)的尺寸画得有些随意。假定(b)图中黑原子半径比白的小5％，而(c)图中大5％，问那种情况下基体内的应变能更大些？为什么？个人收集整理 勿做商业用途
答：（b）图中应变能更大。
①（a）图中，周围白原子点阵常数变大，呈现拉伸状态。（b）图中，周围白原子点阵常数变小，呈现压缩状态。个人收集整理 勿做商业用途
②由右结合能的图像可知，在平衡位置r0左右，曲线并非对称。产生相同的形变，压缩引起的应变能更大。
所以(b)图中应变能更大。 P4 个人收集整理 仅供参考学习
2 / 19 问题 Al2O3溶入MgO(具有NaCl结构)中，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置，还是相反？
答：Al2O3溶入MgO晶体，由于Al离子是+3价，，而Mg离子是+2价，所以当两个铝离子取代两个镁离子的位置后，附近的一个镁离子必须空出，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置。个人收集整理 勿做商业用途
第二章晶体缺陷
固体在热力学上最稳定的状态是处于0K温度时的完整晶体状态，此时，其内部能量最低。晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于0K的任何温度下，都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。结构缺陷的存在及其运动规律，对固体的一系列性质和性能有着密切的关系，尤其是新型陶瓷性能的调节和应用功能的开发常常取决于对晶体缺陷类型和缺陷浓度的控制，因此掌握晶体缺陷的知识是掌握材料科学的基础。
晶体缺陷从形成的几何形态上可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。其中点缺陷按形成原因又可分为热缺陷、组成缺陷（固溶体）和非化学计量化合物缺陷，点缺陷对材料的动力性质具有重要影响。本章对点缺陷进行重点研究，对线缺陷的类型和基本运动规律进行简要的介绍，面缺陷的内容放在表面和界面一章中讲解。
第一节热缺陷
一.热缺陷定义
当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热振动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷。由于质点热运动产生的缺陷称为热缺陷。
二.热缺陷产生的原因
当温度高于绝对温度时，晶格中原子热振动，温度是原子平均动能的度量，部分原子的能量较高，大于周围质点的约束力时就可离开其平衡位置，形成缺陷。
三.热缺陷的基本类型
1.肖特基缺陷
如果表面正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置但并未离开晶体，仅迁移到晶体表面外新表面的一个位置上，在原表面格点上留下空位。原子的迁移相当于空位的反向迁移，表面的空位移至晶体的内部。显然，在产生肖特基缺陷晶体会增大体积。
为了维持晶体的电中性，正、负离子空位同时按化学式关系成比例产生。
2.弗伦克尔缺陷
晶格热振动时，一些原子离开平衡位置后挤到晶格的间隙位置中形成间隙原子，而原来的结点形成空位。此过程中，间隙原子与空位成对产生，晶体体积不发生变化。
四 .缺陷化学
1.缺陷表示方法
在克劳格.明克符号系统中，用一个主要符号来表明缺陷的种类，用一个下标来表示缺陷的位置，缺陷的有效电荷在符号的上标表示，如“·”表示正电，“’”表示负电，“×”表示中性。
