第2节 金属晶体(第1课时).ppt
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1、导入问题:晶体的特性导入问题:晶体的特性1.晶体与非晶体晶体与非晶体(1)晶体:内部微粒(原子、离子或分晶体:内部微粒(原子、离子或分子)在空间按一定规律做周期性重复子)在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质。排列构成的固体物质。(2)非晶体:内部原子或分子的排列非晶体:内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态。呈现杂乱无章的分布状态。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。3.晶体的特性晶体的特性(1)具有规则的几何
2、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4.晶体的种类晶体的种类根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用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:不同,将晶体分为:离子晶体、金属晶体、原子晶体、分子晶离子晶体、金属晶体、原子晶体、分子晶体。体。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。下图是下图是A3型六方型六方紧密
3、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面心立方紧密堆积的前视图面心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 三层一个周三层一个周期。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)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这两种堆积都是最紧密堆积,空间利用率为空间利用率为 74.05%。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,
4、空间利用率为,空间利用率为 68.02%。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。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
5、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。2.常见三种密堆积的晶胞六方晶胞六方晶胞-A3型型面心立方晶胞面心立方晶胞-A1型型体心立方晶胞体心立方晶胞-A2型型顶点:顶点:棱边:棱边:面心:面心:体心:体心: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 -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
6、2个晶胞共有。微粒数为:81/8+61/2=4 (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=2u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:1/4AB练习练习1:根据离子晶体的晶胞结构,判断下根据离子晶体的晶胞结构,判断下列离子晶体的化学式:(列离子晶体的化学式:(A表示阳离子)表示阳离子)化学式:化学式:AB练习练习2:根
7、据离子晶体的晶根据离子晶体的晶胞胞结构,判断下结构,判断下列列离子晶体离子晶体的化学式:(的化学式:(A表示阳离子)表示阳离子)AB化学式:化学式:A2BAB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)ABB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)CABC3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
8、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 6.最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成最近科学家发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子,如右图所示。顶角和面心的的气态团簇分子,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原于是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,则它的分子式是子,则它的分子式是 ()ATiC BTi4C4,CTi14C13 DTi13C147、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
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