《金属晶体》PPT课件.ppt

1、1.2金属晶体,一、 晶体 1、定义： 具有规则几何外形的固体叫晶体。,2、类型（根据构成微粒种类及微粒间作用力不同）： 金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子晶体,阅读教科书P34 【化学史话】：人类对晶体结构的认识,1,3、晶胞： （1）定义： 晶胞是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。,（2）与晶体的关系： 晶体是由一个个的晶胞在空间连续重复延伸而构成的。,晶胞与晶体 砖块与墙,2,二、金属晶体：,通常情况下，大多数金属单质及其合金也是晶体。,2、构成微粒：金属原子,3、晶体中的作用力：金属键,1、定义：金属原子通过金属键形成的晶体称为金属晶体。,3,金属晶体,4、晶胞：从晶体中“截取”出来

2、具有代表性的最小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。,因此，研究晶体结构只需研究其晶胞的结构。,4,（1）密堆积的定义:,由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。 密堆积方式因充分利用了空间，而使体系的势能尽可能降低，而结构稳定。,在金属晶体中，由于金属键没有方向性，金属原子如同半径相等的小球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有一定规律的。,5,（2）二维平面堆积方式,I 型,II 型,行列对齐四球一空 非最紧密排列,行列相错三球一空最紧密排列,密置层,非密

3、置层,等径圆球的密堆积,6,展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数 及空间利用率。 配位数：一个原子紧密接触的原子数 非密置层 密置层,5,7,密置层：3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。 一种： 另一种： ,8,金属晶体,金属原子,自由电子,等径圆球的密堆积,9,(3) 三维空间堆积方式,. 简单立方堆积,10,形成简单立方晶胞，配位数为6，为非密置堆积，空间利用率较低，为52 ，金属钋（Po）采取这种堆积方式。,11,形成简单立方晶胞，空间利用率较低，为52 ，,讨论： A、金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：,a = 2 r,教科书P36图3-10,12,Na、K、Cr、Mo

4、、W等,. 体心立方堆积,非密置层的另一种堆积 是将上层金属原子填入 下层的金属原子形成的 凹穴中,13,这是另一种非密置堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中,得到的是体心立方堆积。其配位数为8，空间利用率为68.02%。,14,体心立方堆积 钾型,15,密置层：3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。 一种： 另一种： ,16,第一层 ：,密置堆积,17,第二层 :对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1，3，5 位。 ( 或对准 2，4，6 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密的堆积方式。,18,上图是此种六方 堆积的前视图,A,第一种：

5、 将第三层球对准第一层的球,于是每两层形成一个周期，即 AB AB 堆积方式，形成六方堆积。,III.六方堆积,镁、锌、钛等,19,六方最密堆积分解图,配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 ),20,第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。 第四层同第一层。 每三层形成一个周期地紧密堆积。,A,B,A,B,C,A,C,IV. ABCABC堆积方式,21,此种立方紧密堆积的前视图,配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 ),面心立方堆积,金、银、铜、铅等,22,面心立方,23,面心立方最密堆积分解图,24,6、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞,25,26,7. 晶胞中金属原子数目的计算

6、(平均值),27,顶点占1/8,棱上占1/4,面心占1/2,体心占1,（1）：,28,（2）.晶胞中微粒数的计算,在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。 微粒数为：121/6 + 21/2 + 3 = 6,在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的为2个晶胞共有。 微粒数为：81/8 + 61/2 = 4,在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。 微粒数为：81/8 + 1 = 2,长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶点-1/8 棱-1/4 面心-1/2 体心-1,(1)体心立方：,(2)面心立方：,(3)六方晶

7、胞：,29,三、合金,(1)定义：把两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。,例如，黄铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌33%）；青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡22%）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。,30,(2) 合金的特性 合金的熔点比其成分中金属 (低， 高，介于两种成分金属的熔点之间；) 具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。,低,教科书P37 拓展视野,31,1. 右图是钠晶体的晶胞结构， 则晶胞中的原子数是 . 如某晶体是右图六棱柱状晶胞， 则晶胞中的原子数是 .,练 习,81/8 +1

8、=2,121/6+21/2 + 3 = 6,32,2. 最近发现一种由某金属原子M和非金属原子N构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是M原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式为( ),A BMN C D条件不够，无法写出化学式,C,练 习,33,3.合金有许多特点,如钠-钾合金 ( 含钾50% 80%)为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、碳三种物质中，熔点最低的是 ( ) A. 生铁 B. 纯铁 C. 碳 D. 无法确定,练 习,A,34,2. 某些金属晶体(Cu、Ag、Au)的原子按面心立方的形式紧密堆积，即在晶体结构中可以划出一块正立方体的结构单元，金属原子处于正立方体的八个顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。,35,3. 已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜的相对原子质量为63.54，密度为8.936g/cm3，试求 （1）图中正方形边长 a， （2）铜的金属半径 r,a