金屬晶體金屬堆積方式

關(guān)于金屬晶體金屬堆積方式第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日Ti金屬樣品第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

1、金屬共同的物理性質(zhì)容易導(dǎo)電、導(dǎo)熱、有延展性、有金屬光澤等。金屬為什么具有這些共同性質(zhì)呢?2、金屬的結(jié)構(gòu)第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日（1）定義：

金屬離子和自由電子之間的相互作用。（2）成鍵微粒:

金屬陽離子和自由電子（3）鍵的存在:

金屬單質(zhì)和合金中（4）方向性:

無方向性（5）鍵的本質(zhì):

電子氣理論

金屬原子脫落下來的價(jià)電子形成遍布整晶體的“電子氣”，被所有原子所共用，從而把所有的金屬原子維系在一起。（6）鍵的強(qiáng)弱:陽離子半徑；所帶電荷陽離子所帶電荷多、半徑?。饘冁I強(qiáng)，熔沸點(diǎn)高㈠、金屬鍵第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日組成粒子：金屬陽離子和自由電子作用力：金屬鍵（電子氣理論）㈡、金屬晶體：概念：金屬陽離子和自由電子通過金屬鍵作用形成的晶體第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日【討論1】

金屬為什么易導(dǎo)電？在金屬晶體中，存在著許多自由電子，這些自由電子的運(yùn)動(dòng)是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下自由電子就會(huì)發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)，因而形成電流，所以金屬容易導(dǎo)電。3、金屬晶體的結(jié)構(gòu)與金屬性質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系⑴、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)電性的關(guān)系第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日【討論2】金屬為什么易導(dǎo)熱？

自由電子在運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常與金屬離子碰撞，引起兩者能量的交換。當(dāng)金屬某部分受熱時(shí)，那個(gè)區(qū)域里的自由電子能量增加，運(yùn)動(dòng)速度加快，通過碰撞，把能量傳給金屬離子。金屬容易導(dǎo)熱，是由于自由電子運(yùn)動(dòng)時(shí)與金屬離子碰撞把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達(dá)到相同的溫度。⑵、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬導(dǎo)熱性的關(guān)系第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日【討論3】金屬為什么具有較好的延展性？

原子晶體受外力作用時(shí)，原子間的位移必然導(dǎo)致共價(jià)鍵的斷裂，因而難以鍛壓成型，無延展性。而金屬晶體中由于金屬離子與自由電子間的相互作用沒有方向性，各原子層之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)以后，仍可保持這種相互作用，因而即使在外力作用下，發(fā)生形變也不易斷裂。⑶、金屬晶體結(jié)構(gòu)與金屬延展性的關(guān)系第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日⑷、金屬晶體結(jié)構(gòu)具有金屬光澤和顏色由于自由電子可吸收所有頻率的光，然后很快釋放出各種頻率的光，因此絕大多數(shù)金屬具有銀白色或鋼灰色光澤。而某些金屬（如銅、金、銫、鉛等）由于較易吸收某些頻率的光而呈現(xiàn)較為特殊的顏色。當(dāng)金屬成粉末狀時(shí)，金屬晶體的晶面取向雜亂、晶格排列不規(guī)則，吸收可見光后輻射不出去，所以成黑色。第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日4.金屬晶體熔點(diǎn)變化規(guī)律熔點(diǎn)最低的金屬：汞（常溫時(shí)成液態(tài)）熔點(diǎn)很高的金屬：鎢（3410℃）鐵的熔點(diǎn)：1535℃一般情況下，金屬晶體熔點(diǎn)由金屬鍵強(qiáng)弱決定：金屬陽離子半徑越小，所帶電荷越多，自由電子越多，金屬鍵越強(qiáng)，熔點(diǎn)就相應(yīng)越高，硬度也越大。如：

NaMgAlLiNaKRbCs第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日合金(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11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日(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。

低第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日二.金屬晶體的原子堆積模型第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日（2）金屬晶體的原子在二維平面堆積模型金屬晶體中的原子可看成直徑相等的小球。將等徑圓球在一平面上排列，有兩種排布方式，按左圖方式排列，剩余的空隙較大，稱為非密置層；按右圖方式排列，圓球周圍剩余空隙較小，稱為密置層

。

第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

二維平面堆積方式行列對(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配位數(shù)：4配位數(shù)：6第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

三維空間堆積方式Ⅰ.簡單立方堆積

非密置層的三維堆積方式第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日晶胞內(nèi)原子數(shù)：配位數(shù)：空間利用率：典型金屬：立方晶胞（釙）Po52％61第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日Na、K、Cr、Mo、W等屬于體心立方堆積。Ⅱ.體心立方堆積（鉀型）第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日這是非密置層另一種堆積方式，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。Ⅱ.體心立方堆積（鉀型）晶胞內(nèi)原子數(shù)：2配位數(shù)：8空間利用率：68％典型金屬：K、Na、Fe體心立方晶胞第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日第一層：

三維空間堆積方式密置層的三維堆積方式第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日123456

第二層：對(duì)第一層來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)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緊密的堆積方式。第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日兩

個(gè)

密

置

層

密

置

堆

積三

個(gè)

密

置

層

密

置

堆

積六方堆積面心立方堆積第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

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

于是每兩層形成一個(gè)周期，即ABAB堆積方式，形成六方堆積。

配位數(shù)12(同層6，上下層各3

)Ⅲ.六方堆積（鎂型）鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積

第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日六方最密堆積分解圖第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日鎂型（AB型六方最密堆積）BABABA鎂型晶胞的抽取BAB六方晶胞晶胞內(nèi)原子數(shù)：2配位數(shù)：12空間利用率：74％典型金屬：MgZnTi第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的1，3，5位，不同于AB兩層的位置，這是C層。123456123456123456第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日123456此種立方緊密堆積的前視圖ABCAABC

第四層再排A，于是形成ABCABC三層一個(gè)周期。這種堆積方式可劃分出面心立方晶胞。

配位數(shù)12

(同層6，上下層各3

)Ⅳ.面心立方堆積（銅型）金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積

第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日①簡單立方堆積配位數(shù)=6空間利用率=52.36%②體心立方堆積

——體心立方晶胞配位數(shù)=8空間利用率=68.02%③六方堆積

——六方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%④面心立方堆積——面心立方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%堆積方式及性質(zhì)小結(jié)第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日2.晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值)第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日頂點(diǎn)占1/8棱上占1/4面心占1/2體心占1第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日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：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：第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日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

.鈉晶體的晶胞練習(xí)8×1/8+1=212×1/6+2×1/2+3=6第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日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．B．MN

C．D．條件不夠，無法寫出化學(xué)式C練習(xí)第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日練習(xí)A3.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.無法確定第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期日

一種結(jié)晶形碳，有天然出產(chǎn)的礦物。鐵黑色至深鋼灰色。質(zhì)軟具滑膩感，可沾污手指成灰黑色。有金屬光澤。六方晶系，成葉片狀、鱗片狀和致密塊狀。密度2.25g/cm3，化學(xué)性質(zhì)不活潑。具有耐腐蝕性，在空氣或氧氣中強(qiáng)熱可以燃燒生成二氧化碳。石墨可用作潤滑劑，并用于制造坩鍋、電極、鉛筆芯等。知