《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=2r,教科書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ABAB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(),ABMNCD條件不夠，無(wú)法寫出化學(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,