08 金属的结构和性质.ppt

2020 2 2 1 第八章金属的结构和性质 在100多种化学元素中 金属约占80 金属的特性 金属的特性是金属内部电子结构及晶体结构的外在反映 金属键 金属原子间形成的较强的作用 2020 2 2 2 第八章金属的结构和性质 8 1金属键 一 金属键的自由电子模型 根据自由电子模型 金属中的电子类似于三维势箱中运动的粒子 其方程为 自由电子模型 2020 2 2 3 第八章金属的结构和性质 2020 2 2 4 第八章金属的结构和性质 自由电子模型完全忽略电子间的相互作用 也忽略了原子实形成的周期势场对自由电子的作用 处理结果当然与真实金属有差距 后来发展了 近自由电子模型 2020 2 2 5 第八章金属的结构和性质 二 金属键的能带理论 能带理论可以看成是多原子分子轨道理论的极限情况 将整块金属当作一个巨大的超分子体系 晶体中N个原子的每一种能量相等的原子轨道 通过线性组合 得到N个分子轨道 它是扩展到整块金属的离域轨道 由于N的数值很大 1023数量级 得到的分子轨道间的能级间隔极小 形成一个能带 2020 2 2 6 第八章金属的结构和性质 每个能带在固定的能量范围 内层原子轨道形成的能带较窄 外层原子轨道形成的能带较宽 各个能带按能级高低排列起来 满带 已填满电子的能带 空带 无填充电子的能带 导带 有电子但未填满的能带 能带结构 2020 2 2 7 第八章金属的结构和性质 能带 允许电子存在的区域 禁带 能带的间隔 电子不能存在的区域 导体 绝缘体和半导体的能带结构特征 导体具有导带 绝缘只有满带和空带 且二者之间的禁带较宽 E 5eV 半导体也是只有满带和空带 但二者之间的禁带较窄 E 3eV 2020 2 2 8 第八章金属的结构和性质 导体 绝缘体和半导体的能带结构特征 2020 2 2 9 第八章金属的结构和性质 8 2等径圆球的密堆积和金属单质的结构 若将金属键看作原子间各向同性的相互作用 金属原子在晶体中总是趋向于密堆积的结构 即金属晶体最常见的结构型式是具有堆积密度大 原子配位数高 能充分利用空间的结构 一 等径圆球的密堆积 2020 2 2 10 第八章金属的结构和性质 等径圆球平铺成最密的一层只有一种形式 即每个球都与6个球相切 等径球密置单层 2020 2 2 11 第八章金属的结构和性质 等径球密置双层 第二层球堆上去 为了保持最密堆积 应放在第一层的空隙上 每个球周围有6个空隙 只可能有3个空隙被第二层球占用 2020 2 2 12 第八章金属的结构和性质 等径球密置三层 第三层球有两种放法 其一每个球正对第一层 若第一层为A 第二层为B 以后的堆积按ABAB 重复 此堆积方式称为六方最密堆积 或A3型 2020 2 2 13 第八章金属的结构和性质 第二种放法 将第三层球放在第一层未被覆盖的空隙上 形成C层 以后堆积按ABCABC 重复 此堆积方式为立方最密堆积 或A1型 2020 2 2 14 第八章金属的结构和性质 正八面体空隙 a 和正四面体 b a b 2020 2 2 15 第八章金属的结构和性质 在等径圆球的两种堆积方式中 每个球在同一层与6个球相切 上下层各与3个球接触 配位数均为12 ABCABC ABAB 2020 2 2 16 第八章金属的结构和性质 a b a 立方最密堆积侧视图 b A1堆积的立方晶胞 ABCABC 2020 2 2 17 第八章金属的结构和性质 体对角线方向 111面 为密置层法线方向 晶胞内有四个球代表四个金属原子 A1密堆积正当晶胞 原子分数坐标 顶点 0 0 0 2020 2 2 18 第八章金属的结构和性质 晶胞参数 配位数 设球的半径为r 晶胞棱长为a 则 1 1 2 2020 2 2 19 第八章金属的结构和性质 六方晶胞中的圆球位置 2020 2 2 20 第八章金属的结构和性质 A3密置层为 001 面 晶胞内有2个球代表2个金属原子 原子分数坐标 顶点 0 0 0 侧体心 2 3 1 3 1 2 晶胞参数 配位数 2020 2 2 21 第八章金属的结构和性质 2020 2 2 22 第八章金属的结构和性质 立方体心密堆积 不是最密堆积 只是立方体对角线方向上有密置列 已无密置层 原子分数坐标 顶点 0 0 0 体心 1 2 1 2 1 2 晶胞内有两个原子 2020 2 2 23 第八章金属的结构和性质 配位数 晶胞参数 2020 2 2 24 第八章金属的结构和性质 按四面体堆积在一起 无密置层 也无密置列 立方面心复晶胞 2020 2 2 25 第八章金属的结构和性质 0 0 0 1 2 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1 2 1 2 1 4 1 4 1 4 3 4 3 4 1 4 1 4 3 4 3 4 3 4 1 4 3 4 配位数 2020 2 2 26 第八章金属的结构和性质 二 金属单质的结构情况 2020 2 2 27 第八章金属的结构和性质 三 金属原子的半径 金属晶体中紧邻金属原子的核间距一半为金属原子半径 也称为接触半径 确定金属单质的结构型式及晶胞参数后 就可求得金属原子的半径r 2020 2 2 28 第八章金属的结构和性质 A1型 A3型 A2型 A4型 面对角线 半径r与晶胞参数a的关系如下 体对角线 体对角线 2020 2 2 29 第八章金属的结构和性质 金属原子半径r与配位数关系 金属原子半径与堆积形式有关 CN越大 r越大 A1 A3型最密堆积中 CN 12 所以金属原子半径以A1 A3结构为标准 对于配位数低于12的类型 若求其标准半径 相当于CN 12 需要进行系数转换 2020 2 2 30 第八章金属的结构和性质 解 1 立方面心复晶胞 立方晶系 2 含有4个Pt原子 2020 2 2 31 第八章金属的结构和性质 000 1 21 20 1 20