第2节 金属晶体第1课时精选文档.ppt

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1、第2节金属晶体第1课时本讲稿第一页，共五十二页2、晶体形成的一段途径：、晶体形成的一段途径：（1）熔融态物质凝固；）熔融态物质凝固；（2）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）气态物质冷却不经液态直接凝固（凝华）（3）溶质从溶液中析出。）溶质从溶液中析出。本讲稿第二页，共五十二页3.晶体的特性晶体的特性（1）具有规则的几何外形。）具有规则的几何外形。（2）自范性：）自范性：（3）各向异性：）各向异性：（4）对称性：）对称性：（5）有固定的熔点）有固定的熔点（6）均一性）均一性（7）最小的内能）最小的内能（8）稳定性）稳定性本讲稿第三页，共五十二页4.晶体的种类晶体的种类根据内部微粒的种类和微粒间

2、的相互作用不同，根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同，将晶体分为：将晶体分为：离子晶体、金属晶体、原子晶体、分子晶体。离子晶体、金属晶体、原子晶体、分子晶体。本讲稿第四页，共五十二页二、晶体结构的堆积模型二、晶体结构的堆积模型都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围，并以密堆积的方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。本讲稿第五页，共五十二页 下图是下图是A3型六方型六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各，上下层各 3)1.等径圆球的密堆积等径圆球的密堆积本讲稿第六页，共五十二页面心立方紧密堆积的前视图面心立方紧密堆积的前视

3、图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A，于是形，于是形成成 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A1型型。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)本讲稿第七页，共五十二页BCA面心立方堆积面心立方堆积 这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为这两种堆积都是最紧密堆积，空间利用率为 74.05%。本讲稿第八页，共五十二页 金属钾金属钾 K 的的立方体心堆积立方体心堆积 立方体心堆积：配位数立方体心堆积：配位数 8，空间利用率为，空间利用率为 68.02%。本讲稿第九页，共五十二页2.非等径圆球的密堆积由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密

4、堆积，即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等径圆球的密堆积。小球再填充在大球所形成的空隙中。配位数：一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目。如NaCl配位数为6，即每个Na+离子周围直接连有6个CI-，反之亦然。本讲稿第十页，共五十二页三、晶体结构的基本单元-晶胞1.晶胞(1)晶胞：从晶体中“截取”出来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。(2)晶胞一定是一个平行六面体，其三条边的长度不一定相等也不一定互相垂内；晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定，晶胞不能是八面体或六方柱体等其他形状。(3)整个晶体就是晶胞按其周期性在二维空间重复排列而成的。这种排列必

5、须是晶胞的并置堆砌。所谓并置堆砌是指平行六面体之间没有任何空隙，同时，相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接。本讲稿第十一页，共五十二页2.常见三种密堆积的晶胞六方晶胞六方晶胞-A3型型本讲稿第十二页，共五十二页面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型型本讲稿第十三页，共五十二页体心立方晶胞体心立方晶胞-A2型型本讲稿第十四页，共五十二页顶点：顶点：本讲稿第十五页，共五十二页棱边：棱边：本讲稿第十六页，共五十二页面心：面心：本讲稿第十七页，共五十二页体心：体心：本讲稿第十八页，共五十二页长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶顶-1/8 -1/8 棱棱-1/4

6、-1/4 面面-1/2 -1/2 心心-1-13.晶胞中微粒数的计算（1）面心立方：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本讲稿第十九页，共五十二页(3)六方晶胞：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(2)体心立方：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本讲稿第二十页，共五十二页u小结：晶胞中原子个数的计算小结：晶胞中原子个数的计算体心：体心：1面心：面心：1/2顶点：顶点：1/8棱边：棱边：1/4本讲

7、稿第二十一页，共五十二页AB练习练习1：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）化学式：化学式：AB本讲稿第二十二页，共五十二页练习练习2：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（离子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）AB化学式：化学式：A2B本讲稿第二十三页，共五十二页AB化学式：化学式：练习练习3：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）AB本讲稿第二十四页，

8、共五十二页B化学式：化学式：A练习练习4：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离：根据离子晶体的晶胞结构，判断下列离子晶体的化学式：（子晶体的化学式：（A表示阳离子）表示阳离子）CABC3本讲稿第二十五页，共五十二页练练习习5 5：下下图为高温超导领域的一种化合物钙钛矿晶体结构，该结构是具有代表性的最小重复单元。1）在该物质的晶体中，每个钛离子周围与它最接近且距离相等的钛离子共有 个2）该晶体结构单元中，氧、钛、钙离子的个数比是 。63 3 1 1 1 1TiOCaO：121/43Ti:8 1/81Ca：1 本讲稿第二十六页，共五十二页6.最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的最近科学家发现一种

9、由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右图所示。顶角和面心的原于气态团簇分子，如右图所示。顶角和面心的原于是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则是钛原子，棱的中心和体心的原子是碳原子，则它的分子式是它的分子式是 ()ATiC BTi4C4，CTi14C13 DTi13C14本讲稿第二十七页，共五十二页7、现有甲、乙、丙、丁四种晶胞（如图2-8所示），可推知：甲晶体中A与B的离子个数比为；乙晶体的化学式为；丙晶体的化学式为_；丁晶体的化学式为_。本讲稿第二十八页，共五十二页金属晶体：通过金属键作用形成的金属晶体：通过金属键作用形成的单质晶体单质晶体3-1-2金金 属属 晶晶 体体本讲稿第二十

10、九页，共五十二页 一、一、金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构思考：思考：金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？金属原子在形成晶体时有几种堆积方式？二、二、金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构本讲稿第三十页，共五十二页金属晶体的原子平面堆积模型金属晶体的原子平面堆积模型 （a）非密置层（b）密置层哪种排列方式圆哪种排列方式圆球周围剩余空隙球周围剩余空隙最小？最小？本讲稿第三十一页，共五十二页简单立方堆积（简单立方堆积（PoPo）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型1 1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 晶胞的形状是什晶胞的形状是什么？排列方式怎

11、么？排列方式怎样？样？本讲稿第三十二页，共五十二页体心立方堆积（体心立方堆积（IA，VB，VIB）金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型2 2金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型配位数配位数8本讲稿第三十三页，共五十二页三维堆积三维堆积由非密置层堆积的两种方式由非密置层堆积的两种方式 简简单单立立方方堆堆积积钾型钾型体体心立心立方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本讲稿第三十四页，共五十二页金属晶体的最密金属晶体的最密置层置层堆积方式堆积方式三维堆积三维堆积由最密置层堆积的两种方式由最密置层堆积的两种方式本讲稿第三十五页，共五十二页123456 第二层

12、第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对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)123456AB，关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。的堆积方式。本讲稿第三十六页，共五十二页 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 于是于是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，形成六方紧密堆堆积方式，形成六

13、方紧密堆积。积。配位数配位数 12。(同层同层 6，上下层各，上下层各 3)本讲稿第三十七页，共五十二页六方密堆积六方密堆积本讲稿第三十八页，共五十二页 第三层的另一种排列第三层的另一种排列方式，是将球对准第一层方式，是将球对准第一层的的 2，4，6 位位，不同于，不同于 AB 两层的位置，这是两层的位置，这是 C 层。层。123456123456123456本讲稿第三十九页，共五十二页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，于是形，于是形成成 ABC ABC 三层一个周期。三层一个周期。得到得到面心立方堆积面心立方堆积。配位数配位

14、数 12。(同层同层 6，上下层各上下层各 3)本讲稿第四十页，共五十二页镁型镁型铜型铜型金属晶体的两种最密堆积方式金属晶体的两种最密堆积方式六方密堆积六方密堆积立方面心堆积立方面心堆积本讲稿第四十一页，共五十二页四种堆积方式四种堆积方式,最常见的堆积为三种最常见的堆积为三种.立方体心堆积、立方面心堆积、立方体心堆积、立方面心堆积、六方堆积六方堆积。金属晶体的密堆积结构金属晶体的密堆积结构体心立方体心立方简单立方简单立方面心立方面心立方如如;三种常见的立方晶体结构三种常见的立方晶体结构本讲稿第四十二页，共五十二页金属晶体的四中堆积模型对比金属晶体的四中堆积模型对比本讲稿第四十三页，共五十二页思

15、考：金属晶体中晶胞粒子数的计算思考：金属晶体中晶胞粒子数的计算本讲稿第四十四页，共五十二页三、晶体中晶胞粒子数的计算三、晶体中晶胞粒子数的计算（1 1）顶端原子一般只计算）顶端原子一般只计算 1/81/8 棱边原子一般只计棱边原子一般只计算算 1/4 1/4 面上原子一般只计算面上原子一般只计算 1/21/2 内部原子一内部原子一般计算成般计算成 1 1（2 2）晶胞内含的原子数晶胞内含的原子数=a*1/8+b*1/4+c*1/2+d=a*1/8+b*1/4+c*1/2+d a a位于顶点的原子或离子数；位于顶点的原子或离子数；b b为位于棱边的原子或离子为位于棱边的原子或离子数；数；c c为

16、位于面上的原子或离子数；为位于面上的原子或离子数；d d为位于晶胞内的原为位于晶胞内的原子或离子数子或离子数立方晶体中立方晶体中本讲稿第四十五页，共五十二页【思考】钠的晶胞里，含多少原子？【思考】钠的晶胞里，含多少原子？2 2钠晶体的晶胞本讲稿第四十六页，共五十二页2 2、若如右图六棱柱状晶胞，、若如右图六棱柱状晶胞，顶端原子一般只计算顶端原子一般只计算 1/6 1/6 棱边原子一般只计算棱边原子一般只计算 1/4 1/4 面上原子一般只计算面上原子一般只计算 1/2 1/2 内部原子一般计算成内部原子一般计算成 1 1 若此晶胞所有原子相同，若此晶胞所有原子相同，则此晶胞中含6个原子。本讲稿

17、第四十七页，共五十二页1、在在金金属属晶晶体体中中最最常常见见的的三三种种堆堆积积方方式式有有：（1）配位数为）配位数为8的的堆积，堆积，（2）配配位位数数为为的的立立方方面面心心堆堆积积，（3）配配位位数数为为的的堆堆积积。其其中中以以ABAB方方式式堆堆积积的的 和和以以ABCABC方方式式堆堆积积的的 空空间间利利用用率率相相等等，就就的的堆堆积积层层来来看看，二二者者的的区别是在区别是在第第层。层。能力训练能力训练1立方体心121212六方密堆积六方密堆积立方面心堆积立方面心堆积六方密堆积六方密堆积三本讲稿第四十八页，共五十二页2 2、1183 K1183 K以下纯铁晶体的基本结构单元

18、如图以下纯铁晶体的基本结构单元如图1 1所示，所示，1183 K1183 K以上转变为图以上转变为图2 2所示结构的基本结构单元，所示结构的基本结构单元，在在两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同两种晶体中最邻近的铁原子间距离相同（1 1）在）在1183 K1183 K以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原以下的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为子数为_个；在个；在1183 K1183 K以上的纯铁晶体中，与以上的纯铁晶体中，与铁原子等距离且最近的铁原子数为铁原子等距离且最近的铁原子数为_；812本讲稿第四十九页，共五十二页（2 2）纯铁晶体在晶型转变前后，二者基本结构单）纯铁晶体

19、在晶型转变前后，二者基本结构单元的边长之比为（元的边长之比为（1183 K1183 K以下与以下与1183K1183K以上之比）以上之比）_。（3）转变温度前后两者的密度比（）转变温度前后两者的密度比（1183 K以以下与下与1183 K以上之比）以上之比）_。本讲稿第五十页，共五十二页【课堂小结】【课堂小结】1 1、金属晶体、金属晶体中原子的堆积中原子的堆积方式方式 非密置层非密置层简单立方堆积简单立方堆积体心立方堆积体心立方堆积密置层密置层六方密堆积六方密堆积 面心立方堆积三种最常见三种最常见堆积方式堆积方式本讲稿第五十一页，共五十二页2 2、晶体中晶胞粒子数的计算、晶体中晶胞粒子数的计算 体心：体心：1面心面心:1/2顶点顶点:1/8棱边棱边:1/4本讲稿第五十二页，共五十二页