文档介绍：第3章晶体结构
主要内容;
,晶胞基本概念及主要类型。
、金属健及金属晶体的堆积类型。
、离子健、离子晶体的基本类型及离子晶体结构模型。
。
重点难点:晶胞及晶体堆积类型
教学方法:讲授法
3-1 晶体
3-1-1晶体的宏观特征:
自范性:晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形。
对称性:晶体理想外形中常常呈现形状和大小相同的等同晶面。
均一性:质地均匀,具有确定的熔点。
各向异性:晶体的一些物理性质因晶体取向不同而异。
3-1-2晶体的微观特征:
平移对称性
3-2 晶胞
晶胞是晶体的代表,是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无隙并置起来,则得到晶体。
晶胞的本质属性:平移性
晶胞类型:体心晶胞符号I 特征:可作体心平移
面心晶胞 F 可作面心平移
底心晶胞可作底心平移
晶胞的代表性体现在以下两个方面:
一是代表晶体的化学组成;二是代表晶体的对称性,即与晶体具有相同的对称元素——对称轴,对称面和对称中心) 。
晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。
3-3 晶系
平行六面体晶胞中,表示三度的三个边长,称为三个晶轴,三个晶轴的长度分别用 a、b、c 表示;三个晶轴之间的夹角分别用、、表示。 a、b 的夹角为; a、c 的夹角为;b、c 的夹角为。
按 a、b、c 之间的关系,以及、、之间的关系,晶体可以分成 7 种不同的晶系,称为七大晶系。立方晶系、四方晶系、正交晶系是这七类中的三类。
a = b = c , = = = 90° 立方晶系;
a = b ≠ c , = = = 90° 四方晶系;
a ≠ b ≠ c ,= = = 90° 正交晶系。
此外还有六方晶系,三方晶系,单斜晶系和三斜晶系。
3-4-1 金属键的电子气理论
金属键的形象说法是,失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中。
金属离子通过吸引自由电子联系在一起,形成金属晶体。这就是金属键。
3-4 金属晶体
金属键无方向性,无固定的键能,金属键的强弱和自由电子的多少有关,也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关, 很复杂。
金属键的强弱可以用金属原子化热等来衡量。金属原子化热是指 1 mol 金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热数值小时,其熔点低, 质地软;反之则熔点高,硬度大。
例如 Na Al
原子化热 kJ∙mol-1 kJ∙mol-1
. ℃ 660 ℃
. 880 ℃ 1800 ℃
金属可以吸收波长范围极广的光,并重新反射出,故金属晶体不透明,且有金属光泽。
金属受外力发生变形时,金属键不被破坏,故金属有很好的延展性,与离子晶体的情况相反。
在外电压的作用下,自由电子可以定向移动,故有导电性。受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞,传递能量。故金属是热的良导体。
3-4-2 金属晶体的密堆积结构
金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的。下面用等径刚性球模型来讨论堆积方式。
在一个层中,最紧密的堆积方式,是一个球与周围 6 个球相
切,在中心的周围形成 6 个凹位,将其算为第一层。
自由电子
+
金属离子
金属原子
位错
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
2
3
4
5
6
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)
1
2
3
4
5
6
A
B
,
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。
下图是此种六方
紧密堆积的前视图
A
B
A
B
A
第一种是将球对准第一层的球。
1
2
3
4
5
6
于是每两层形成一个周期,即 AB AB 堆积方式,形成六方紧密堆积。
配位数 12 。( 同层 6,上下层各 3 )