第8章金属晶体的结构.ppt

第八章 金属的结构和性质 由于金属原子间的结合力没有方向性，每个原子中电子的分布基本上是球形对称的，因此在金属单质中可以把金属原子看成是一个个半径相等的圆球，只要把金属正离子按最紧密的方式堆积起来，这样价电子云就能得到最大程度的重叠，达到最大程度降低金属体系的能量。可以把金属单质的结构形式问题归结为一个等径圆球的密堆积问题。 (1) A1型（立方最密堆积）: ABCABC… A1最密堆积形成立方面心(cF)晶胞 ABCABC……堆积怎么会形成立方面心晶胞? 请来个逆向思维: A3最密堆积形成后, 从中可以划分出什么晶胞? 六方晶胞. A2 空间利用率的计算 三、非最密堆积结构 非最密堆积方式中最重要的是立方体心堆积A2 , 还有A4和少数的A6、A7、A10、A11、A12等. A4 空间利用率的计算 (3) A2 型密堆积（体心立方密堆积 ） A2型每个金属原子最近邻有8个金属原子,次近邻有6个金属原子(距离较直接接触大15.5%),不是最密堆积。体心立方密堆积(body cubic packing, 简称bcp,或 A2)。 除了A1和A3两种最密堆积构型外，还有一种密堆积方式， 这种堆积是按正方形排列的，记为A2。 A2 型密堆积（体心立方密堆积 ）特点 （1）、晶胞：立方体心，晶胞中原子数 2 分数坐标（0，0，0），（1/2，1/2，1/2）。 （2）、配位数：8 。 每个球都与8个球心占据立方体顶角的球相接触，另外 还与距离比最近配位原子仅大15%的6个原子相接近， 所以实际配位数在8与14之间 。 （3）A2型堆积中, 存在三类空隙： 变形八面体, 变形四面体和三角形空隙. 球数：变形八面体空隙数：变形四面体空隙数 =2：6：12=1：3：6 （4）、空间占有率：68.02% 。 A4 金刚石型结构 A4 型堆积的配位数为 4，堆积密度只有34.01%，不属于密堆积结构. 晶胞中有 8 个C， 属立方面心点阵， 1 个结构基元代表 2个C。 键长: 所以, C原子的共价半径为154.4/2=77.2pm 小结: 几种典型的金属单质晶体结构 由于温度和压力等外界条件的改变，有些金属有多种同素异构体。 如α-Fe为A2，γ-Fe为A1。 第三节 金属原子的半径 确定金属单质的结构型式与晶胞参数后, 就可求得金属原子的半径 r. 半径r与晶胞参数a的关系如下: A1型: (体对角线); A3型: A2型: A4型: 例如: 对A1型 Cu, a = 361.4 pm (面对角线); (体对角线); (边线); 金属半径：金属单质中两个最邻近原子距离的一半。 配位数与半径的关系: 当配位数由12减小到4时, 实际上键型也由金属键过渡到共价键. 配位数降低, 金属原子的半径减小. 换算系数如下： 0.88 0.96 0.97 1.00 相对半径比 4 6 8 12 配位数 金属半径在周期表中变化趋势： （1）同一族中随原子序数的增加而增加； （2）同一周期中随原子序数的增加而下降； （3）“镧系收缩”效应： （4）同一周期过渡金属的半径变化不大。 由于镧系元素在随原子序数递增时，电子是在价电 子层中藏得较深的f轨道上填充，不能屏蔽全部所增加的 核电荷，因而半径不明显增长。 一方面当原子序数增加时由于核电荷增加而使半径下 降的因素，另一方面由于d电子的填充，增强了d电子对s 电子的屏蔽效应从而使半径增加的因素。这两个因素产生 的效应是相反的。 第四节 实际金属的结构 4.1多晶体 内部晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。理想的几何单晶体，在自然界中几乎是不存在的。 我们所应用的金属由于它们受结晶条件和许多其他因素的限制，其结构都是由许多尺寸很小的，各自结晶方位都不同的小单晶体组合在一起的多晶体构成。 由于其中每个小晶体的外形多为不规则的颗粒状，故通常称为晶粒(grain)。晶粒与晶粒之间的交界称为晶粒间界，简称晶界(grain boundary)。由多晶粒组成的晶体结构称为多晶体(poly crystal) 。 * * * * 在100多种化学元素中, 金属约占80%. 它们有着许多相似的性质：不透明, 有金属光