金属的晶体构造与结晶

物质结构要点1、核外电子排布式外围核外电子排布式价电子排布式价电子定义：1、对于主族元素，最外层电子2、第四周期，包括3d与4S 电子电子排布图熟练记忆 Sc Fe Cr Cu2、S能级只有一个原子轨道向空间伸展方向只有1种球形P能级有三个原子轨道向空间伸展方向有3种纺锤形d能级有五个原子轨道向空间伸展方向有5种一个电子在空间就有一种运动状态例1：N 电子云在空间的伸展方向有4种N原子有5个原子轨道电子在空间的运动状态有7种未成对电子有3个 ------------------------结合核外电子排布式分析例23、区的划分按构造原理最后填入电子的能级符号如Cu最后填入3d与4s 故为ds区 Ti 最后填入能级为3d 故为d区4、第一电离能：同周期从左到右电离能逐渐增大趋势（反常情况：S2与P3 半满或全满较稳定，比后面一个元素电离能较大）例3、比较C、N、O、F第一电离能的大小 --------------- F ＞N＞O＞C例4、某元素的全部电离能(电子伏特)如下：回答下列各问：(1)I6到I7间，为什么有一个很大的差值?这能说明什么问题? _________________________(2)I4和I5间，电离能为什么有一个较大的差值_________________________________(3)此元素原子的电子层有 __________________层。

最外层电子构型为 ______________ 5、电负性：同周期从左到右电负性逐渐增大（无反常）------------F＞ O ＞N ＞C6、对角线规则：某些主族元素与右下方的主族元素的性质有些相似，被称为“对角线规则”如：锂和镁在空气中燃烧的产物，铍和铝的氢氧化物的酸碱性以及硼和硅的含氧酸酸性的强弱7、共价键：按原子轨道重叠形式分为：σ键和π键 (具有方向性和饱和性)单键 -------- 1个σ键双键------1个σ键和1个π键三键---------1个σ键和2个π键8、等电子体：原子总数相等，价电子总数相等----------具有相似的化学键特征例5、N2 CO CN-- C22-互为等电子体CO2 CS2 N2O SCN-- CNO-- N3- 互为等电子体从元素上下左右去找等电子体，左右找时及时加减电荷，保证价电子相等。

a = b = g = 90
a=b≠c a = b = 90 g = 120
三方晶系 及六方晶系
斜方晶系
单斜晶系
以互相垂直的L2或P的法线为X、Y、 Z轴
以L2或P的法线为Y轴，以垂直于Y轴 的主要晶棱方向为X、Z轴 以三个主要的晶棱方向为X、Y、Z轴
a≠b≠c
a = b = g = 90
a≠b≠c a = g = 90b > 90 a≠b≠c abg
单位晶面(在三个晶轴上所截得得截距比等于 该晶体的轴率的晶面。 )的选择必须符合晶 体的对称特点。
从上例可以看出， ①晶面在晶轴上的截距系属愈大，则在晶 面符号中与该轴相应的米氏符号指数则越 小； ②如果晶面平行于晶轴，则其米氏指数为0。 ③晶面与某一晶轴的负端相交时，即在某 晶轴的米氏指数上方加一“-” ④也就是说，单位面在三个晶轴上所截得 得截距比等于该晶体的轴率。
三斜晶系
各晶系的晶体几何常数特点
二、整数定律（有理指数定律或阿羽毛依定律， R.J. Hauy,1784） 如果以平行于三根不共面晶棱的直线作为坐标轴， 则晶体上任意二晶面在三个坐标轴上所截截距的比 值之比为一简单整数比。
晶体的整数定律是晶体定向理论基础和确定结 晶符号的依据。 晶体的整数定律是由晶体的格子构造决定的。
z
unknown face (A2B2C2) 2 reference face (A1B1C1) 1
C1
2 4 4 2
2 3 3 2
invert
C2
1 2
clear of fractions
A1
(1
4
3)
O
B2 B1
A2
x
y
bo

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。

(2) 晶体呈各向异性； (3) 晶体具有固定的熔点。
晶体概念的发展
英文crystal (晶体) 起源于希腊文“Krystallos” 原意是“洁净的水”。在中世纪，人们研究了许多 矿物晶体后形成一个初步的概念：晶体是具有多面 体外形的固体。
随着人们对晶体结构的理解，晶体的概念得到不 断的深化和完善。1812年R. J. Hauy发现，把方解 石晶体打碎，能形成无数立方体外形的小晶体，提 出了构造理论：晶体是由具有多面体外形的“分子” 构成的。 为现代晶格理论奠定了基础。
晶体缺陷与固体结构、组成、制备工艺和材料的 物理性质之间有着密不可分关系，因此对缺陷的 认识与研究是固态化学的重要.
非整比铜酸盐化合物与高温超导体 非整比钙钛矿锰酸盐的巨磁电阻效应
（4）色心 色心原来专指碱金属氯化物晶体中固有 的各类点缺陷的缔合体，现在已把其用于表示使绝 缘体着色的包括杂质在内的所有缺陷。
例如Fe1-xO，在这里Fe与O的原子数之比为一个分数。 常见的有氢化物，氧化物，碲化物，砷化物，硫化 物，硒化物以及各种三元化合物。
当其化学式中的原子数之比接近于整数比（其缺陷 浓度很低时），按点缺陷的研究方法处理；
缺陷浓度较高时，应把缺陷看作是晶体构造的一 部分，而不再看作是远远偏离理想晶体的某种不 完善性。
晶格: 有平行排列的点和线组成的反映接替结 构的周期性的格子
晶胞: 包括晶格节点上的微粒在内的平行六面体 晶体是晶胞在空间上的重复和堆砌
7 种晶系
立方 Cubic
a=b=c, ===90°
四方 Tetragonal
a=bc, ===90°
正交 Rhombic abc, ===90°
碱金属卤化物晶体中的导带能级和价带能级之 间带隙的典型值为9—10eV，具有适当能量的光子 可使卤离子释放出电子，同时产生空穴，并使一个 电子从价带移入导带。