美育融合《晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體》（陳麗華）

晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體Ti美育融合長(zhǎng)樂(lè)一中化學(xué)組陳麗華Ti金屬樣品黃鐵礦螢石水晶綠色魚(yú)眼石菱錳礦晶體1.晶體(1)定義:通過(guò)結(jié)晶過(guò)程形成的具有規(guī)則幾何外形的固體叫晶體。通常情況下，大多數(shù)金屬單質(zhì)及其合金也是晶體。閱讀教科書(shū)P34的化學(xué)史話

人類(lèi)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)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?結(jié)論：晶體具有規(guī)則的幾何外形的原因是構(gòu)成晶體的微粒有規(guī)則排列的結(jié)果.大膽猜想：化學(xué)史話——人類(lèi)對(duì)晶體的認(rèn)識(shí)

古人很早就注意到一些物質(zhì)具有規(guī)則的幾何外形。我國(guó)古代《演繁露》一書(shū)中曾寫(xiě)道：“鹽成鹵水，暴烈日中，即成方印，潔白可愛(ài)?！薄胺接　憋@然是指食鹽的幾何外形。

17世紀(jì)，物理學(xué)家惠更斯收藏了大量的礦石，他驚嘆礦石規(guī)則的外形，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期思索，提出晶體的規(guī)則幾何外形起因于構(gòu)成晶體的微粒有序排列的猜想。

X射線發(fā)現(xiàn)后，人類(lèi)對(duì)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)才獲得了重大突破。1912年，清晰的X射線衍射圖被拍攝到。根據(jù)衍射圖顯示的信息，科學(xué)家便能推知晶體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。（2）晶體與非晶體晶體:具有規(guī)則幾何外形的固體非晶體:沒(méi)有規(guī)則幾何外形的固體（3）晶體的特性1、有規(guī)則的幾何外形2、有固定的熔沸點(diǎn)3、各向異性(強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性質(zhì)等）2.晶胞什么是晶胞？晶體中能夠反映晶體結(jié)構(gòu)特征的基本重復(fù)單位

說(shuō)明：晶體的結(jié)構(gòu)是晶胞在空間連續(xù)重復(fù)延伸而形成的。晶胞與晶體的關(guān)系如同磚塊與墻的關(guān)系。平行六面體無(wú)隙并置金屬堆積理論基礎(chǔ)：

由于金屬鍵沒(méi)有方向性，每個(gè)金屬原子中的電子分布基本是球?qū)ΨQ(chēng)的，所以可以把金屬晶體看成是由直徑相等的圓球的三維空間堆積而成的。（一）一維堆積二、金屬堆積方式

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

三維空間堆積方式Ⅰ.簡(jiǎn)單立方堆積形成簡(jiǎn)單立方晶胞，金屬釙（Po）采取這種堆積方式。Ⅰ.簡(jiǎn)單立方堆積Ⅱ.體心立方堆積

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，如金屬K等。II.體心立方堆積123456

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)123456AB，

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。

上圖是此種六方緊密堆積的前視圖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，形成六方緊密堆積。Ⅲ.六方密堆積六方最密堆積分解圖Ⅲ.六方密堆積

第三層的另一種排列方式，是將球?qū)?zhǔn)第一層的

2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是

C層。123456123456123456123456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。

Ⅳ.面心立方密堆積123456

ABCABC形式的堆積，為什么是面心立方堆積？我們來(lái)加以說(shuō)明。BCA面心立方最密堆積分解圖1.晶胞中金屬原子數(shù)目的計(jì)算(平均值)頂點(diǎn)占1/8棱占1/4面心占1/2體心占1四、晶體中有關(guān)計(jì)算四、晶體中有關(guān)計(jì)算2.晶胞中微粒數(shù)的計(jì)算(1)簡(jiǎn)單立方：在立方體頂點(diǎn)的微粒為8個(gè)晶胞共享，空間利用率：(2r)34лr3/3=52.36%微粒數(shù)為：8×1/8=1邊長(zhǎng)=2r（2）體心立方：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體對(duì)角線=4r3邊長(zhǎng)=4r/3空間利用率：2×4лr3/33

（4r/3）3＝68.02％（3）面心立方：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空間利用率：(2×r)34×4лr3/3=74.05%面對(duì)角線=4r邊長(zhǎng)=2×r22

（4）六方晶胞：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邊長(zhǎng)：2r高：4r/36空間利用率：74.05％四、晶體中有關(guān)計(jì)算3.配位數(shù)的計(jì)算每個(gè)小球周?chē)嚯x最近的小球數(shù)叫配位數(shù)Ⅰ.簡(jiǎn)單立方堆積配位數(shù):6Ⅱ.體心立方堆積配位數(shù):8四、晶體中有關(guān)計(jì)算3.配位數(shù)的計(jì)算Ⅲ.六方密堆積配位數(shù):12四、晶體中有關(guān)計(jì)算3.配位數(shù)的計(jì)算四、晶體中有關(guān)計(jì)算3.配位數(shù)的計(jì)算配位數(shù):12Ⅳ.面心立方密堆積四、晶體中有關(guān)計(jì)算3.配位數(shù)的計(jì)算①簡(jiǎn)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%③六方密堆積

——六方晶胞配位數(shù)=12空間利用率=74.05%④面心立方密堆積——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)Po鉀型鎂型銅型5.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。低練習(xí)答案：A1.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