《金属晶体》课件.ppt

1、1.2金属晶体金属晶体一、一、晶体晶体1 1、定义：、定义：具有具有规则几何外形规则几何外形的的固体固体叫晶体。叫晶体。2、类型、类型（根据（根据构成微粒种类构成微粒种类及及微粒间作用力微粒间作用力不同）：不同）：金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子晶体金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子晶体阅读教科书阅读教科书P34 【化学史话化学史话】：人类对晶体结构的认识人类对晶体结构的认识3、晶胞：、晶胞：（1）定义：）定义：晶胞是能够反映晶体结构特征的晶胞是能够反映晶体结构特征的基本重复单位基本重复单位。（2）与晶体的关系：）与晶体的关系：晶体是由一个个的晶胞在空间晶体是由一个个的晶胞在空间连续重复延伸

2、连续重复延伸而而构成的。构成的。晶胞晶胞与与晶体晶体砖块砖块与与墙墙二、金属晶体：二、金属晶体：通常情况下，大多数通常情况下，大多数金属单质金属单质及及其合金其合金也是晶体。也是晶体。2、构成微粒：、构成微粒：金属原子金属原子3、晶体中的作用力：、晶体中的作用力：金属键金属键1、定义：、定义：金属原子金属原子通过通过金属键金属键形成的晶体称为金属晶形成的晶体称为金属晶体。体。4 4、晶胞：、晶胞：从晶体中从晶体中“截取截取”出来具有代表性的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最小部分。是能够反映晶体结构特征的基本重复单位。复单位。因此，研究晶体结构只需研究其晶胞的结构。因此

3、，研究晶体结构只需研究其晶胞的结构。（1）密堆积的定义）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合的晶体中，原子、离子或分子等微观粒子总是趋趋向于向于相互相互配位数高配位数高，能充分利用空间的堆积密度最，能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。大的那些结构。密堆积方式因密堆积方式因充分利用了空间充分利用了空间，而使体系的，而使体系的势能尽势能尽可能降低，而结构稳定可能降低，而结构稳定。在金属晶体中，在金属晶体中，由于金属键没有方向性，由于金属键没有方向性，金属原子金属原子如同半径相等的小如同半径相等

4、的小球一样，球一样，彼此相切、紧密堆积成晶体彼此相切、紧密堆积成晶体。金属晶体中金属原子的。金属晶体中金属原子的紧密堆积是有紧密堆积是有一定规律的。一定规律的。（2）二维平面堆积方式）二维平面堆积方式I I 型型II II 型型行列对齐四球一空行列对齐四球一空 非最紧密排列非最紧密排列行列相错三球一行列相错三球一空最紧密排列空最紧密排列密置层密置层非密置层非密置层 展示两种排列方式并理解每一种方式的配位数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。及空间利用率。配位数配位数：一个原子紧密接触的原子数：一个原子紧密接触的原子数 非密置层非密置层 密置层密置层2134213645金属晶

5、体金属原子自由电子(3)三维空间堆积方式三维空间堆积方式.简单立方堆积简单立方堆积形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，配位数为，配位数为6 6，为，为非密置非密置堆积，空间利堆积，空间利用率较低，为用率较低，为5252 ，金属钋（，金属钋（PoPo）采取这种堆积方式。）采取这种堆积方式。形成简单形成简单立方晶胞立方晶胞，空间利用率较低，为，空间利用率较低，为5252 ，教科书教科书P36图图3-10NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等等.体心立方堆积体心立方堆积 非密置层的另一种堆积非密置层的另一种堆积是将上层金属原子填入是将上层金属原子填入下层的金属原子形成的下层的金属原子形成的凹穴

6、中凹穴中这是另一种这是另一种非密置非密置堆积方式，将上层金属填入下层金堆积方式，将上层金属填入下层金属原子形成的凹穴中属原子形成的凹穴中,得到的是得到的是体心立方堆积体心立方堆积。其配。其配位数为位数为8 8，空间利用率为，空间利用率为68.02%68.02%。体心立方堆积体心立方堆积 钾型钾型配位数：配位数：8空间占有率：空间占有率：68.02%第一层第一层 ：密置堆积密置堆积123456第二层第二层: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

7、，对第一、二层来说，第三层可以有关键是第三层，对第一、二层来说，第三层可以有两种最紧密的堆积方式。两种最紧密的堆积方式。上图是此种六方上图是此种六方堆积的前视图堆积的前视图ABABA 第一种：第一种：将第三层球对准第一层的球将第三层球对准第一层的球123456 于是每两层形成一个于是每两层形成一个周期，即周期，即 AB AB 堆积方堆积方式，形成六方堆积式，形成六方堆积。III.六方堆积六方堆积镁、锌、钛等镁、锌、钛等六方最密堆积分解图六方最密堆积分解图 配位数配位数 12 (同层同层 6，上下层各上下层各 3)123456123456ABABCA123456CIV.此种立方紧密堆积的前视图此

8、种立方紧密堆积的前视图 配位数配位数 12 12 (同层同层 6 6，上下层各上下层各 3 3 )面心立方堆积面心立方堆积金、银、铜、铅等金、银、铜、铅等面心立方面心立方 BCA面心立方最密堆积分解图堆积模型堆积模型采纳这种堆积采纳这种堆积的典型代表的典型代表晶胞晶胞非密非密置层置层简单立简单立方堆积方堆积Po(钋钋)体心立体心立方堆积方堆积Na、K、Cr、Mo、W6、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞、金属晶体的堆积方式和对应的晶胞堆积模型堆积模型采纳这种堆积采纳这种堆积的典型代表的典型代表晶胞晶胞密密置置层层六方最六方最密堆积密堆积Mg、Zn、Ti面心立面心立方最密方最密堆积堆积Cu、Ag、A

9、uPb7.晶胞中金属原子数目的计算晶胞中金属原子数目的计算(平均值平均值)顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2体心占体心占1（1）：）：（2）.晶胞中微粒数的计算晶胞中微粒数的计算在六方体顶点的微粒为在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。个晶胞共有，在体内的微粒全属于该晶胞。微粒数为：微粒数为：121/6+21/2+3=6 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有，在面心的个晶胞共有，在面心的为为2个晶胞共有。个晶胞共有。微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 在立方体顶点的微粒为在立方体顶点

10、的微粒为8个晶胞共享，处于体个晶胞共享，处于体心的金属原子全部属于该晶胞。心的金属原子全部属于该晶胞。微粒数为：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：长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献：顶点顶点-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 体心体心-1(1)(1)体心立方：体心立方：(2)(2)面心立方：面心立方：(3)(3)六方晶胞：六方晶胞：三、合金三、合金(1)定义：定义：把两种或两种以上的把两种或两种以上的金属金属(或金属与非或金属与非金属金属)熔合而成的具有金属特性的物质叫做合金。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（含铜例如，黄

11、铜是铜和锌的合金（含铜67%、锌、锌33%）；）；青铜是铜和锡的合金（含铜青铜是铜和锡的合金（含铜78%、锡、锡22%）；钢和生）；钢和生铁是铁与非金属碳的合金。故铁是铁与非金属碳的合金。故合金可以认为是具有金合金可以认为是具有金属特性的多种元素的混合物。属特性的多种元素的混合物。(2)(2)合金的特性合金的特性 合金的熔点比其成分中金属合金的熔点比其成分中金属 (低，低，高，高，介于两种成分金属的熔点之间；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、强度和机械具有比各成分金属更好的硬度、强度和机械加工性能。加工性能。低低教科书教科书P37 拓展视野拓展视野1.右图是钠晶体的晶胞

12、结构，右图是钠晶体的晶胞结构，则晶胞中的原子数是则晶胞中的原子数是 .如某晶体是右图六棱柱状晶胞，如某晶体是右图六棱柱状晶胞，则则晶胞中的原子数是晶胞中的原子数是 .钠晶体的晶胞钠晶体的晶胞练练 习习8 1/8+1=212 1/6+2 1/2+3=62.最近发现一种由某金属原子最近发现一种由某金属原子M和非金属原子和非金属原子N构成构成的气态团簇分子，如图所示顶角和面心的原子是的气态团簇分子，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原子，棱的中心和体心的原子是N原子，它的化学式原子，它的化学式为为()A BMNC D条件不够，无法写出化学式条件不够，无法写出化学式44NM131

13、4NMC练 习3.合金有许多特点合金有许多特点,如钠如钠-钾合金钾合金(含钾含钾50%80%)为液为液体，而钠钾的单质均为固体，据此推测生铁、纯铁、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，熔点最低的是碳三种物质中，熔点最低的是()A.生铁生铁 B.纯铁纯铁 C.碳碳 D.无法确定无法确定练 习A2.2.某些金属晶体某些金属晶体(Cu(Cu、AgAg、Au)Au)的原子按面心立方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

14、个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的顶点和六个侧面上，试计算这类金属晶体中原子的空间利用率。空间利用率。3.3.已知金属铜为面心立方晶体，如图所示，铜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的相对原子质量为63.5463.54，密度为，密度为8.936g/cm8.936g/cm3 3，试求试求（1 1）图中正方形边长）图中正方形边长 a a，（2 2）铜的金属半径）铜的金属半径 r raarrorr提示：提示：数出面心立方中的铜的个数：数出面心立方中的铜的个数：晶体的概念晶体的概念晶晶体：体：具有规则几何外形的固体。具有规则几何外形的固体。晶体为什么具有规则的几何外形呢晶体为什么具有规则的几何外形呢?构成晶体的微粒有规则排列的结果构成晶体的微粒有规则排列的结果.晶胞晶胞:反映晶体结构特征的基本重复单位反映晶体结构特征的基本重复单位.晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。晶胞在空间连续重复延伸而形成晶体。