3.3.2堆积模型

1、教学目标教学目标1、了解金属的性质和形成原因、了解金属的性质和形成原因2、掌握金属键的本质、掌握金属键的本质“电子气理论电子气理论”3、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释、能用电子气理论和金属晶体的有关知识解释金属的性质金属的性质4、掌握金属晶体的四种原子堆积模型、掌握金属晶体的四种原子堆积模型晶体类型晶体类型电解质电解质金属晶体金属晶体 导电时的状态导电时的状态导电粒子导电粒子导电时发生的变化导电时发生的变化导电能力随温度的导电能力随温度的变化变化水溶液或水溶液或熔融状态下熔融状态下思考：思考：电解质在熔化状态或溶于水能导电解质在熔化状态或溶于水能导电，这与金属导电的本质是否相同？电，这

2、与金属导电的本质是否相同？导电性最强的三种金属是：导电性最强的三种金属是：Ag、Cu、Al 不同的金属在某些性质方面，如不同的金属在某些性质方面，如密度密度、硬硬度度、熔点熔点等又表现出很大差别。这与金属原等又表现出很大差别。这与金属原子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。子本身、晶体中原子的排列方式等因素有关。 四、四、金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构理论基础： 由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的

3、。球的三维空间堆积而成的。堆积原理： 组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向性，排列大都遵循紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互微粒之间的作用力使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。接近，使它们占有最小的空间。空间利用率：晶体

4、的空间被微粒占满的体积百分数，晶体的空间被微粒占满的体积百分数，用来表示紧密堆积的程度。用来表示紧密堆积的程度。配位数：在晶体中，一个粒子周围等距且最近的微粒在晶体中，一个粒子周围等距且最近的微粒数目。数目。1.几个概念 四、四、金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构I 型II 型配位数为4配位数为6密置层非密置层12341234562.金属晶体的原子在二维平面堆积模型 金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等径圆球在一平金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等径圆球在一平面上排列，有两种排布方式，按面上排列，有两种排布方式，按()()型方式排列，剩余的空隙较大，型方式排列，剩余的空隙较

5、大，称为非密置层；按称为非密置层；按()()型方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为型方式排列，圆球周围剩余空隙最小，称为密置层。密置层。（1 1）、简单立方堆积（）、简单立方堆积（PoPo）金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式简单立方堆积简单立方堆积 3.金属晶体的原子在三维空间堆积模型（1 1）. .简单立方堆积：简单立方堆积：金属晶体基本构型金属晶体基本构型 只有金属（只有金属（PoPo）采取这种堆积方式）采取这种堆积方式 简单立方堆积，属于非密置层堆积，每个晶胞含_个原子，配位数为 ，空间利用率_1652%简单立方堆积raa=2r（2 2）、体心立方堆积（钾型）、体心立方堆积（钾型）金属

6、晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型 这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每这种堆积晶胞是一个体心立方，每个晶胞每个晶胞含个晶胞含 个原子，空间利用率不高个原子，空间利用率不高（68%68%），属于非密置层堆积，配位数为），属于非密置层堆积，配位数为 ，许多金属（如许多金属（如NaNa、K K、FeFe等）等）采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。1234567828体心立方堆积racb 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体心体心立方立方由由非非密密置置层层一一层层一一层层堆堆积积而而成成123456123456思考：密置层的堆积方式有哪些？ 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对

7、准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准 1，3，5 位。位。 ( 或对准或对准 2，4，6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的 ) 关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。密的堆积方式。 下图是此种六方下图是此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA 第一种是将球对准第一层的球。第一种是将球对准第一层的球。123456 每两层形成一个周期每两层形成一个周期，即，即 AB AB 堆积方式，形成六方紧堆积方式，形成六方紧密堆积。密堆积。 配位数配位数 12 。 ( 同层同层 6，上下层各，上下层各 3 )（3

8、 3）、）、六方六方最最密堆积密堆积（镁型镁型）每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：2 2镁型（六方最密堆积）镁型（六方最密堆积）123456789101112 这种堆积晶胞空间利用率高（这种堆积晶胞空间利用率高（74%74%），属于），属于最密置层堆集，配位数为最密置层堆集，配位数为 ，许多金属（如许多金属（如MgMg、ZnZn、TiTi等）等）采取这种堆积方式。采取这种堆积方式。12 第三层的另一种第三层的另一种排列方式，是将球对排列方式，是将球对准第一层的准第一层的 2，4，6 位位，不同于，不同于 AB 两层两层的位置，这是的位置，这是 C 层。层。123456123456123456

9、123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，形成，形成 ABC ABC 三层一个周期。三层一个周期。 得到面心立方堆积。得到面心立方堆积。 配位数配位数 12 。( 同层同层 6， 上下层各上下层各 3 ) 铜型（面心立方最密堆积)BAACCB1 ABC铜型面心立方晶胞的抽取BBACBCA(4)(4)面心立方最密堆积（铜型）面心立方最密堆积（铜型） 面心立方最密堆积，属于密置层堆积，每个晶胞面心立方最密堆积，属于密置层堆积，每个晶胞含含_个原子，配位数为个原子，配位数为 ，空间利用率，空间利用率_，许多金属采取这种堆积方式许多金属采取这种堆积方式（如（如CuCu、AgAg、AuAu、NiNi、PbPb、CaCa）41274%例：求面心立方晶胞的空间利用率.解：晶胞边长为a，原子半径为r.由勾股定理： a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r每个面心立方晶胞含原子数目： 8 1/8 + 6 = 4 = (4 4/3 r 3) / a 3 = (4 4/3 r 3) / (2.83 r ) 3 100 % = 74 %金属晶体的两种最密堆积方式镁型铜型堆积方式堆积方式 晶胞类型晶胞类型空间利空间利用率用率配位数配位数实例实例面心立方面心立方最密堆积