金屬晶體課件

金屬晶體一、晶體1、定義：具有規(guī)那么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)晶體構(gòu)造的認(rèn)識(shí)第一頁，共37頁。3、晶胞：〔1〕定義：晶胞是可以反映晶體構(gòu)造特征的根本重復(fù)單位?！?〕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第二頁，共37頁。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：金屬原子通過金屬鍵形成的晶體稱為金屬晶體。第三頁，共37頁。金屬晶體4、晶胞：從晶體中“截取〞出來具有代表性的最小部分。是可以反映晶體構(gòu)造特征的根本重復(fù)單位。因此，研究晶體構(gòu)造只需研究其晶胞的構(gòu)造。第四頁，共37頁?！?〕密堆積的定義:由無方向性的金屬鍵、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互相配位數(shù)高，能充分利用空間的堆積密度最大的那些構(gòu)造。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，而構(gòu)造穩(wěn)定。在金屬晶體中，由于金屬鍵沒有方向性，金屬原子如同半徑相等的小球一樣，彼此相切、嚴(yán)密堆積成晶體。金屬晶體中金屬原子的嚴(yán)密堆積是有一定規(guī)律的。第五頁，共37頁。〔2〕二維平面堆積方式I型II型行列對(duì)齊四球一空非最嚴(yán)密排列行列相錯(cuò)三球一空最嚴(yán)密排列密置層非密置層等徑圓球的密堆積第六頁，共37頁。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)原子嚴(yán)密接觸的原子數(shù)

非密置層密置層2134213645第七頁，共37頁。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：▽

第八頁，共37頁。金屬晶體金屬原子自由電子等徑圓球的密堆積第九頁，共37頁。(3)三維空間堆積方式Ⅰ.簡(jiǎn)單立方堆積第十頁，共37頁。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。第十一頁，共37頁。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：aaaaa=2r教科書P36圖3-10第十二頁，共37頁。Na、K、Cr、Mo、W等Ⅱ.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第十三頁，共37頁。aaaaa=4r3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%。234578第十四頁，共37頁。體心立方堆積鉀型配位數(shù)：8空間占有率：68.02%第十五頁，共37頁。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：▽

第十六頁，共37頁。第一層：密置堆積第十七頁，共37頁。123456第二層:對(duì)第一層來講最嚴(yán)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)123456AB，關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來說，第三層可以有兩種最嚴(yán)密的堆積方式。第十八頁，共37頁。上圖是此種六方堆積的前視圖ABABA

第一種：將第三層球?qū)?zhǔn)第一層的球123456

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、鈦等第十九頁，共37頁。六方最密堆積分解圖

配位數(shù)12(同層6，上下層各3

)第二十頁，共37頁。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)周期地嚴(yán)密堆積。123456123456ABABCA123456前視圖CIV.

ABCABC…堆積方式第二十一頁，共37頁。此種立方嚴(yán)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ABC第二十二頁，共37頁。面心立方BCA第二十三頁，共37頁。面心立方最密堆積分解圖第二十四頁，共37頁。堆積模型采納這種堆積的典型代表晶胞非密置層簡(jiǎn)單立方堆積Po(釙)體心立方堆積Na、K、Cr、Mo、W6、金屬晶體的堆積方式和對(duì)應(yīng)的晶胞第二十五頁，共37頁。堆積模型采納這種堆積的典型代表晶胞密置層六方最密堆積Mg、Zn、Ti面心立方最密堆積Cu、Ag、AuPb第二十六頁，共37頁。7.晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值)第二十七頁，共37頁。頂點(diǎn)占1/8棱上占1/4面心占1/2體心占1〔1〕：第二十八頁，共37頁?！?〕.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：12×1/6+2×1/2+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：8×1/8+6×1/2=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：8×1/8+1=2長(zhǎng)方體晶胞中不同位置的粒子對(duì)晶胞的奉獻(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：第二十九頁，共37頁。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。第三十頁，共37頁。(2)合金的特性

①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；)②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拓展視野第三十一頁，共37頁。1.右圖是鈉晶體的晶胞構(gòu)造，那么晶胞中的原子數(shù)是.如某晶體是右圖六棱柱狀晶胞，那么晶胞中的原子數(shù)是.鈉晶體的晶胞練習(xí)8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+3=6第三十二頁，共37頁。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，如下圖．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．B．MN

C．D．條件不夠，無法寫出化學(xué)式C練習(xí)第三十三頁，共37頁。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.無法確定練習(xí)A第三十四頁，共37頁。2.某些金屬晶體(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式嚴(yán)密堆積，即在晶體構(gòu)造中可以劃出一塊正立方體的構(gòu)造單元，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。第三十五頁，共37頁。

3.金屬銅為面心立方晶體，如下圖，