金屬晶體：金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

金屬晶體第八章金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)金屬晶體在100多種化學(xué)元素中,金屬約占80%。金屬的特性不透明

且有金屬光澤；高的導(dǎo)電性和傳熱性；高的機(jī)械強(qiáng)度和延展性。金屬的特性是金屬內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)的外在反映。金屬鍵——金屬原子間形成的較強(qiáng)的作用。金屬晶體

§8.1金屬鍵8.1.1金屬鍵的自由電子模型自由電子模型完全忽略電子間的相互作用,也忽略了原子實(shí)形成的周期勢場對自由電子的作用,處理結(jié)果當(dāng)然與真實(shí)金屬有差距,后來發(fā)展了“近自由電子模型”。電子由局限某個原子周圍運(yùn)動擴(kuò)展到整個金屬運(yùn)動,能量降低。金屬鍵的本質(zhì)

金屬晶體8.1.2金屬鍵的能帶理論

能帶理論可以看成是多原子分子軌道理論的極限情況。將整塊金屬當(dāng)作一個巨大的超分子體系，晶體中N個原子的每一種能量相等的原子軌道，通過線性組合，得到N個分子軌道。它是擴(kuò)展到整塊金屬的離域軌道。由于N的數(shù)值很大（～1023數(shù)量級）,得到的分子軌道間的能級間隔極小，形成一個能帶。金屬晶體

每個能帶在固定的能量范圍,內(nèi)層原子軌道形成的能帶較窄,外層原子軌道形成的能帶較寬,各個能帶按能級高低排列起來。滿帶——已填滿電子的能帶；空帶——無填充電子的能帶；導(dǎo)帶——有電子但未填滿的能帶。能帶結(jié)構(gòu)

金屬晶體能帶—允許電子存在的區(qū)域；禁帶—能帶的間隔，電子不能存在的區(qū)域。導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征

導(dǎo)體具有導(dǎo)帶；絕緣體只有滿帶和空帶,且二者之間的禁帶較寬(ΔE≥5eV)。半導(dǎo)體也是只有滿帶和空帶,但二者之間的禁帶較窄(ΔE<3eV）。金屬晶體

導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)特征

導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體金屬晶體§8.2密置層和最密堆積8.2.1密置層若將金屬鍵看作原子間各向同性的相互作用，金屬原子在晶體中總是趨向于密堆積的結(jié)構(gòu)，即金屬晶體最常見的結(jié)構(gòu)型式是具有堆積密度大，原子配位數(shù)高，能充分利用空間的結(jié)構(gòu)。金屬晶體配位數(shù)6每個原子周圍的空隙數(shù)6對稱性正當(dāng)格子平面六方每個原子分得的空隙數(shù)2金屬晶體8.2.2密置雙層金屬晶體金屬晶體金屬晶體§8.3立方和六方最密堆積第三層球有兩種放法。其一每個球正對第一層：若第一層為A，第二層為B，以后的堆積按ABAB…重復(fù)。此堆積方式稱為六方最密堆積（或A3型）。金屬晶體

第二種放法,將第三層球放在第一層未被覆蓋的空隙上,形成C層,以后堆積按ABCABC…重復(fù)。此堆積方式為立方最密堆積(或A1型)。金屬晶體a.密置層堆積順序：ABABAB……8.3.1六方最密堆積(A3)金屬晶體b.配位數(shù)金屬晶體c.空間點(diǎn)陣形式：六方晶胞參數(shù)：a=b=2rc=1.633a等同點(diǎn)套數(shù)：2套結(jié)構(gòu)基元數(shù)：1結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：2個球球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：(0,0,0)(2/3,1/3,1/2)金屬晶體d.晶胞中空隙數(shù)及空隙中心坐標(biāo)正四面體空隙：4個正八面體空隙：2個球數(shù)：正八面體空隙：正四面體空隙=2：2：4=1：1：2金屬晶體e.晶胞空間利用率～A3型密堆積系數(shù)A3密置層為(001)面，晶胞內(nèi)有2個球代表2個金屬原子。(001)面接觸情況：a=2r=b,c/a=1.633金屬晶體f.對稱性c軸方向有：密置層與c軸垂直，只有在垂直于c軸方向易滑移金屬晶體8.3.2立方最密堆積(A1)a.堆積順序：ABCABCABC……金屬晶體b.配位數(shù)12金屬晶體c.空間點(diǎn)陣形式：立方面心等同點(diǎn)套數(shù)：1套結(jié)構(gòu)基元數(shù)：4結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：1個球球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：

(0,0,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,1/2)(1/2,1/2,0)金屬晶體金屬晶體d.晶胞中空隙數(shù)及空隙中心坐標(biāo)正四面體空隙：8個(頂角)正八面體空隙：4個(體心1個，棱心3個)球數(shù)：正八面體空隙：正四面體空隙=4：4：8=1：1：2金屬晶體e.晶胞空間利用率(100)金屬晶體f.特征對稱元素：4個3(111)八個頂點(diǎn)所對應(yīng)的與四個3垂直方向上都有密置層，所以易滑動金屬晶體A1A3堆積對比金屬晶體§8.4體心立方堆積和金剛石堆積8.4.1體心立方堆積(A2)

密堆積立方體心密堆積，不是最密堆積，只是立方體對角線方向上有密置列，已無密置層。a.點(diǎn)陣形式：立方體心

結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：

1個球結(jié)構(gòu)基元數(shù)：2個晶胞內(nèi)原子數(shù)：2個金屬晶體b.配位數(shù)：8+6金屬晶體c.空間利用率:

=68.02%(110)（晶胞內(nèi)有兩個原子）金屬晶體d.空隙及分布四面體空隙：12個(與八面體空隙共用)八面體空隙：6個(面上3個，棱上3個)金屬晶體8.4.2金剛石堆積(A4)a.點(diǎn)陣形式：立方面心

結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：2個球結(jié)構(gòu)基元數(shù)：4個晶胞內(nèi)原子數(shù)：8個b.配位數(shù)：

4金屬晶體c.空間利用率:

=34.01%(晶胞中有8個C原子)(110)金屬晶體金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)情況金屬晶體§8.5其它堆積方式A9石墨金屬晶體A16S金屬晶體§8.6金屬原子半徑

金屬晶體中緊鄰金屬原子的核間距一半為金屬原子半徑，也稱為接觸半徑。

確定金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)型式及晶胞參數(shù)后，就可求得金屬原子的半徑

r。金屬晶體

半徑r與晶胞參數(shù)a的關(guān)系如下：

A1型:

(100)A3型:

(001)A2型:

(110)A4型:

(110)金屬晶體金屬原子半徑：來源：X衍射，測量晶胞參數(shù)及點(diǎn)陣形式計算：把相互接觸的相同原子的平衡核間距對分即為原子半徑原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，主要是因?yàn)榕湮粩?shù)不同引起的，配位數(shù)越高，半徑越大金屬晶體原子半徑的計算舉例：已知：從X射線衍射得金屬晶體空間構(gòu)型為A1，晶胞參數(shù)為a，求：金屬原子半徑及密度。求原子半徑可直接根據(jù)晶胞參數(shù)，并找出一個原子相互接觸的晶面，對A1,100面金屬晶體本章總結(jié)一、掌握A1、A3最密堆積和A2密堆積

5.配位數(shù)

2.正當(dāng)晶胞

3.晶胞內(nèi)含有原子的個數(shù)、空隙的種類及球數(shù)、空隙數(shù)比4.半徑與晶胞參數(shù)的關(guān)系

1.堆積方式

二、了解金剛石堆積習(xí)題填空題：在過渡金屬化合物中，由于Jahn-Teller效應(yīng)使構(gòu)型發(fā)生大畸變，若為強(qiáng)場配體，畸變發(fā)生在d7和d9，若為弱場配體，發(fā)生在

(d4,d9)2.配體CN-，NH3，X-在絡(luò)離子光譜化學(xué)序列中的順序、是：(X-<NH3<CN-)習(xí)題3.金屬Na具有立方體心點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其(110)面間距為

303pm，其(111)面間距則為()(247pm)4.()是反映晶體結(jié)構(gòu)周期性的幾何形式，()則是反映晶體結(jié)構(gòu)周期性的代數(shù)形式。(點(diǎn)陣，平移群的表達(dá)式)習(xí)題在A3型堆積中，球數(shù)：正四面體空隙數(shù)：正八面體空隙數(shù)=()(1:2:1)6.金屬Ca為A1型結(jié)構(gòu)，每個Ca原子的配位數(shù)為(),

晶胞中有()個四面體空隙和()個八面體空隙，密置層方向?yàn)椋ǎ?12，8，4，垂直于3次軸方向)習(xí)題選擇題：按晶體場（配位場）理論，在Oh場中沒有高低自旋絡(luò)合物之分的組態(tài)是A.d3B.d4C.d5D.d6A2.在90%乙醇水溶液的質(zhì)子磁共振譜圖中，-OH,-CH2--CH3中質(zhì)子所產(chǎn)生的三組峰中的小峰數(shù)分別為：1,3,4B.

3,8,3C.3,3,8D.1,4,3D習(xí)題3.下列質(zhì)子的化學(xué)位移值的大小順序?yàn)椋?1)醛基質(zhì)子(2)烯烴質(zhì)子(3)炔烴質(zhì)子1>2>3B.1>3>2C.3>2>1D.2>3>1A4.異丙苯中，質(zhì)子種類數(shù)及各類質(zhì)子的峰的分裂數(shù)：5;2,7,2,4,3

B.6;4,4,7,2,2,2C.5;2,7,4,4,4D.6;4,4,7,2,4,3A習(xí)題5.有一AB晶胞，其中A和B原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)為A(0,0,0)B(1/2,1/2,1/2),屬于：

立方體心點(diǎn)陣B.立方面心C.立方底心D.立方簡單D6.LiCl晶體(NaCl晶型)的晶胞邊長為a,假定陰離子之間接觸，則Cl-的半徑為：D習(xí)題7.(211)晶面表示了晶面在晶軸上的截距為()2a,b,cB.a,2b,2c

C.2a,b,2c

D.2a,2b,cB8.X-射線產(chǎn)生是由于()

原子內(nèi)層電子能級間的躍遷原子的價電子能級間的躍遷分子軌道能級的躍遷

分子轉(zhuǎn)動能級的躍遷A習(xí)題9.對于立方面心點(diǎn)陣形式，下列衍射發(fā)生系統(tǒng)消光的

是()(112)B.(246)

C.(200)

D.(123)A,D10.根據(jù)正當(dāng)單位選取規(guī)則，下列哪個平面格子屬于正當(dāng)格子()正方及正方帶心B.六方及六方帶心C.平行四邊形及其帶心D.矩形及其帶心D1.已知金屬Pt為A1密堆積,晶胞參數(shù)a=3.923

?,原子量為M=195。

(1)指出正當(dāng)晶胞的型式，所屬晶系和晶胞參數(shù);(2)晶胞內(nèi)有幾個Pt原子，寫出各原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo);(3)求出空間占有率和密度。解：(1)立方面心立方晶系：習(xí)題計算題(2)含有4個Pt原子:(000),(1/21/20),(1/201/2),(01/21/2)(3)習(xí)題(2)含有4個Pt原子:(000),(1/21/20),(