《金屬晶體》課件.ppt

1.2金屬晶體,一、 晶體 1、定義： 具有規(guī)則幾何外形的固體叫晶體。,2、類型（根據(jù)構(gòu)成微粒種類及微粒間作用力不同）： 金屬晶體、離子晶體、原子晶體、分子晶體,閱讀教科書(shū)P34 【化學(xué)史話】：人類對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),3、晶胞： （1）定義： 晶胞是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。,（2）與晶體的關(guān)系： 晶體是由一個(gè)個(gè)的晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而構(gòu)成的。,晶胞與晶體 磚塊與墻,二、金屬晶體：,通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。,2、構(gòu)成微粒：金屬原子,3、晶體中的作用力：金屬鍵,1、定義：金屬原子通過(guò)金屬鍵形成的晶體稱為金屬晶體。,金屬晶體,4、晶胞：從晶體中“截取”出來(lái)具有代表性的最小部分。是能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位。,因此，研究晶體結(jié)構(gòu)只需研究其晶胞的結(jié)構(gòu)。,（1）密堆積的定義:,由無(wú)方向性的金屬鍵、離子鍵和范德華力等結(jié)合的晶體中，原子、離子或分子等微觀粒子總是趨向于相互配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些結(jié)構(gòu)。 密堆積方式因充分利用了空間，而使體系的勢(shì)能盡可能降低，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。,在金屬晶體中，由于金屬鍵沒(méi)有方向性，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、緊密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的緊密堆積是有一定規(guī)律的。,（2）二維平面堆積方式,I 型,II 型,行列對(duì)齊四球一空 非最緊密排列,行列相錯(cuò)三球一空最緊密排列,密置層,非密置層,等徑圓球的密堆積,展示兩種排列方式并理解每一種方式的配位數(shù) 及空間利用率。 配位數(shù)：一個(gè)原子緊密接觸的原子數(shù) 非密置層 密置層,5,密置層：3個(gè)小球形成一個(gè)三角形空隙，兩種空隙。 一種： 另一種： ,金屬晶體,金屬原子,自由電子,等徑圓球的密堆積,(3) 三維空間堆積方式,. 簡(jiǎn)單立方堆積,形成簡(jiǎn)單立方晶胞，配位數(shù)為6，為非密置堆積，空間利用率較低，為52 ，金屬釙（Po）采取這種堆積方式。,形成簡(jiǎn)單立方晶胞，空間利用率較低，為52 ，,討論： A、金屬原子半徑 r 與正方體邊長(zhǎng) a 的關(guān)系：,a = 2 r,教科書(shū)P36圖3-10,Na、K、Cr、Mo、W等,. 體心立方堆積,非密置層的另一種堆積 是將上層金屬原子填入 下層的金屬原子形成的 凹穴中,這是另一種非密置堆積方式，將上層金屬填入下層金屬原子形成的凹穴中,得到的是體心立方堆積。其配位數(shù)為8，空間利用率為68.02%。,體心立方堆積 鉀型,密置層：3個(gè)小球形成一個(gè)三角形空隙，兩種空隙。 一種： 另一種： ,第一層 ：,密置堆積,第二層 :對(duì)第一層來(lái)講最緊密的堆積方式是將球?qū)?zhǔn)1，3，5 位。 ( 或?qū)?zhǔn) 2，4，6 位，其情形是一樣的 ),關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式。,上圖是此種六方 堆積的前視圖,A,第一種： 將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球,于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即 AB AB 堆積方式，形成六方堆積。,III.六方堆積,鎂、鋅、鈦等,六方最密堆積分解圖,配位數(shù) 12 ( 同層 6，上下層各 3 ),第三層小球?qū)?zhǔn)第一層小球空穴的2、4、6位。 第四層同第一層。 每三層形成一個(gè)周期地緊密堆積。,A,B,A,B,C,A,C,IV. ABCABC堆積方式,此種立方緊密堆積的前視圖,配位數(shù) 12 ( 同層 6， 上下層各 3 ),面心立方堆積,金、銀、銅、鉛等,面心立方,面心立方最密堆積分解圖,6、金屬晶體的堆積方式和對(duì)應(yīng)的晶胞,7. 晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值),頂點(diǎn)占1/8,棱上占1/4,面心占1/2,體心占1,（1）：,（2）.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算,在六方體頂點(diǎn)的微粒為6個(gè)晶胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有，在體內(nèi)的微粒全屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：121/6 + 21/2 + 3 = 6,在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共有，在面心的為2個(gè)晶胞共有。 微粒數(shù)為：81/8 + 61/2 = 4,在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共享，處于體心的金屬原子全部屬于該晶胞。 微粒數(shù)為：81/8 + 1 = 2,長(zhǎng)方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的貢獻(xiàn)： 頂點(diǎn)-1/8 棱-1/4 面心-1/2 體心-1,(1)體心立方：,(2)面心立方：,(3)六方晶胞：,三、合金,(1)定義：把兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)叫做合金。,例如，黃銅是銅和鋅的合金（含銅67%、鋅33%）；青銅是銅和錫的合金（含銅78%、錫22%）；鋼和生鐵是鐵與非金屬碳的合金。故合金可以認(rèn)為是具有金屬特性的多種元素的混合物。,(2) 合金的特性 合金的熔點(diǎn)比其成分中金屬 (低， 高，介于兩種成分金屬的熔點(diǎn)之間；) 具有比各成分金屬更好的硬度、強(qiáng)度和機(jī)械加工性能。,低,教科書(shū)P37 拓展視野,1. 右圖是鈉晶體的晶胞結(jié)構(gòu)， 則晶胞中的原子數(shù)是 . 如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞， 則晶胞中的原子數(shù)是 .,練 習(xí),81/8 +1=2,121/6+21/2 + 3 = 6,2. 最近發(fā)現(xiàn)一種由某金屬原子M和非金屬原子N構(gòu)成的氣態(tài)團(tuán)簇分子，如圖所示頂角和面心的原子是M原子，棱的中心和體心的原子是N原子，它的化學(xué)式為( ),A BMN C D條件不夠，無(wú)法寫(xiě)出化學(xué)式,C,練 習(xí),3.合金有許多特點(diǎn),如鈉-鉀合金 ( 含鉀50% 80%)為液體，而鈉鉀的單質(zhì)均為固體，據(jù)此推測(cè)生鐵、純鐵、碳三種物質(zhì)中，熔點(diǎn)最低的是 ( ) A. 生鐵 B. 純鐵 C. 碳 D. 無(wú)法確定,練 習(xí),A,2. 某些金屬晶體(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式緊密堆積，即在晶體結(jié)構(gòu)中可以劃出一塊正立方體的結(jié)構(gòu)單元，金屬原子處于正立方體的八個(gè)頂點(diǎn)和六個(gè)側(cè)面上，試計(jì)算這類金屬晶體中原子的空間利用率。,3. 已知金屬銅為面心立方晶體，如圖所示，銅的相對(duì)原子質(zhì)量為63.54，密度為8.936g/cm3，試求 （1）圖中正方形邊長(zhǎng) a， （2）銅的金屬半徑 r,a,a,r,r,o,r,r,提示： 數(shù)出面心立方中的銅的個(gè)數(shù)：,晶體的概念,晶體：,具有規(guī)則幾何外形的固體。,晶體為什么具有規(guī)則的幾何外形呢?,構(gòu)成晶體的微粒有規(guī)則排列的結(jié)果.,晶胞:反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位.,晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成晶體。,