(金属晶体中原子的基本堆积模型)
3.1金属原子的堆积方式
镁 型
… ABAB
2
Mg、Zn、 Ti
12
74%
铜 型
…AB CABC …
4
Cu、Ag、 Au、Pb
12
74%
合金是指由两种或两种以上的金属或 金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组 合而成并具有金属特性的物质 。
合金一般是将各组分熔合成均匀的 液体，再经冷凝而制得的。
合金的特性：
1)具有超导性质的合金，如Nb3Ge，Nb3Al， Nh3Sn，V3Si，NbN等
非密置层
配位数：4
密置层
配位数：6
二.金属原子在三维空间的堆积方式（4种）
简单立方：Po
体心立方：钠、钾、铬、钼、钨
面心立方（最密堆积）：金、银、铜、铅
六方堆积（最密堆积）：锌、钛、镁
简单立方堆积
体心立方堆积
面心立方最密堆积
六方最密堆积
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)
A
ABC ABC 形式的堆积，
为什么是面心立方堆积？
我们来加以说明。
C B A
堆积 模型
命 名
表示 符号
晶胞
每个晶 采纳这种堆积 胞所含 的典型金属 原子数
配 位 数
空间 利用 率
非 密 置 层
简单立 方堆积
—
Байду номын сангаас
—
1
Po
6
52%
体心立 方堆积
钾 型
—
2
Na、K、 Cr、Mo、W
8
68%
六方 堆积 密 置 层 面心立 方堆积
2)具有特殊电学性质的金属间化合物，如 InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半导体材料用 3)具有强磁性的合金物，如稀土元素（Ce， La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物，具有 特别优异的永磁性能
金属原子堆积的4种基本模式
金属原子堆积的4种基本模式
金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。
1、简单立方堆积：
不难理解，这种堆积方式形成的晶胞是一个立方体，每个晶胞含1个原子，被称为简单立方堆积。
这种堆积方式的空间利用率太低，只有金属钋(Po)采取这种堆积方式。
晶胞：一个立方体，1个原子，如金属钋。
2、钾型
非密置层的另一种堆积方式是将上层金属原子填人下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如图3—24所示。
与立方堆积相比空间利用率那一个高？
晶胞：体心立方，两个原子。
如碱金属。
动手：把非密置层的小球黏合在一起，再一层一层地堆积起来，使相邻层的球紧密接触。
试一试，除了上述两种堆积方式外，是否可能有第三种方式?
3、镁型和铜型
密置层的原子按上述钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式——镁型和铜型。
镁型如图3—25左所示，按ABABABAB……的方式堆积；铜型如图3—25右所示，按ABCADCABC……的方式堆积。
分别用代表性金属命名为镁型和铜型①，这两种堆积方式都是金属晶体的最密堆积，配位数均为12，空间利用率均为74％，但所得晶胞的形式不同。
金属晶体的两种堆积方式：
镁型：按ABABABAB……方式堆积；铜型：ABCADCABC……方式堆积；配位数均为12，空间利用率均为74％。
小结：金属晶体的四种模型对比：
堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数
简单立方Po52％6
钾型(bcp)Na、K、Fe68％8
镁型(hcp)Mg、Zn、Ti74％12
铜型(ccp)Cu、Ag、Au74％12。
金属晶体在二维空间的堆积方式
在二维空间中，金属晶体可以有多种堆积方式。
其中最常见的是平面堆积和平行堆积。
平面堆积是指金属原子在二维空间中按照一定的规律排列，形成平面结构。
这些平面结构可以相互叠加，形成三维的金属晶体。
平面堆积的方式包括密排面和间隙面两种。
密排面是指原子排列最紧密的平面，通常具有最高的堆垛密度。
间隙面则是指原子排列较为稀疏的平面，通常堆垛密度较低。
平行堆积是指金属原子在二维空间中按照一定的方向平行排列，形成一维的结构。
这些一维的结构可以相互连接，形成三维的金属晶体。
平行堆积的方式包括密排方向和间隙方向两种。
密排方向是指原子排列最紧密的方向，通常具有最高的堆垛密度。
间隙方向则是指原子排列较为稀疏的方向，通常堆垛密度较低。
除了平面堆积和平行堆积外，还有一些特殊的堆积方式，如三角堆积和四面体堆积等。
这些特殊的堆积方式通常在特定的条件下形成，如高温、高压等。
金属晶体的堆积方式对其物理性质和化学性质都有很大的影响。
例如，金属晶体的导电性和导热性会受到其堆积方式
的影响。
同时，金属晶体的稳定性也会受到其堆积方式的影响。
因此，研究金属晶体的堆积方式对于理解其性质和应用具有重要意义。
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体的四种堆积模型
金属晶体是由金属原子按照一定的排列构成的固体，它们具有规则的晶体结构，其中最常见的是四种堆积模型：面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型。
面心立方模型是最常见的金属晶体堆积模型，它由八个原子组成，每个原子都位于晶体的八个顶点上，形成一个立方体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他七个原子有相同的距离，因此它具有良好的稳定性。
面心六方模型是一种比面心立方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十二个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他五个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性。
空心六方模型是一种比面心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由十八个原子组成，每个原子都位于晶体的六个面上，形成一个空心六面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十一个原子有不同的距离，因此它具有较高的热稳定性和机械稳定性。
空心八方模型是一种比空心六方模型更复杂的晶体堆积模型，它由二十四个原子组成，每个原子都位于晶体的八个面上，形成一个空心八面体。
这种模型的特点是，每个原子都与其他十七个原子有不同的距离，同样具有较高的热稳定性和机械稳定性。
总之，金属晶体的四种堆积模型是面心立方模型、面心六方模型、空心六方模型和空心八方模型，它们各自具有不同的特点，可以满足不同的应用需求。
金属晶体模型
铜型 Cu, Ag, Au 74% 12 (ccp)
晶胞
能力训练
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是 A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧 化性 B．金属元素在化合物中一定显正价 C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同 D．金属单质的熔点总是高于分子晶体
3.3.2《金属晶体的原子 堆积模型》
金属晶体的原子堆积模型
一、几个概念 紧密堆积：微粒之间的作用力使微粒间尽
可能的相互接近，使它们占有最小的空间
配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数
空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积 百分数，用它来表示紧密堆积的程度
二、金属晶体的原子堆积模型
金属晶体中的原子可看成直径相等的小球。将等 径圆球在一平面上排列，有两种排布方式
3.六方堆积
镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球
A
12
6
3
B
54
A
B
于是每两层形成一个周
A
期，即 AB AB 堆积方式， 形成六方堆积。
上图是此种六方 堆积的前视图
配位数 12 ( 同层 6，上下层各 3 )
六方密堆积-镁型
六方堆积方式的金属晶体： Mg、Zn、Ti
第三层的另一种排列 方式，是将球对准第一层 的 2，4，6 位，不同于 AB 两层的位置，这是 C 层。
体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
思考：密置层的堆积方式有哪些？
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 )
12
金属晶体中原子堆积方式
(1)简单立方：在立方体顶点的微 粒为8个晶胞共享，
微粒数为：8×1/r)3
= 52.36%
（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：8×1/8 + 1 = 2
（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。
物质结构与性质
金属晶体的堆积方式
一、理论基础：
由于金属键没有方向性，每个金属原 子中的电子分布基本是球对称的，所以 可以把金属晶体看成是由直径相等的圆 球的三维空间堆积而成的。
二、金属堆积方式
（一）一维堆积
（二）二维堆积
I型
II 型
非密置层
行列对齐四球一 空 非最紧密排列
密置层
行列相错三球一 空最紧密排列
(3)六方紧密堆积
A B A B A
A
A
B
B
A
A
密 置 层
边长 = 2r
高 = 4 6r/3
(4)面心立方紧密堆积（A1）
12
6
3
54
12
6
3
54
A
12
6
3
B
54
C
(4)面心立方紧密堆积
A
C B A C B A
12
6
3
54
C B A
密置层
边长 = 2 2r
面对角线 = 4r
四、晶体中有关计算
（三）三维堆积
非密置层
密置层
三、金属晶体基本构型
1.简单立方堆积：
非最紧密堆积， 空间利用率低
边长 = 2r
金属堆积
，
1
2
两 个 密 置 层 密 置 堆 积
三 个 密 置 层 密 置 堆 积
六方堆积
面心立方 堆积
3.六方堆积（镁型）镁、锌、钛等属于六方堆积
第一种： 将第三层球对准第一层的球 A
1 6 5 4
2
3
B
A B
于是每两层形成一个 周期，即 AB AB 堆积方 式，形成六方堆积。
A
上图是此种六方 堆积的前视图
阅读课文Ｐ76《资料卡片》，并填写下表
堆积模型 简单立方 钾型( bcp ) 镁型(hcp) 铜型(ccp) 典型代表 空间利 用率 配位数 晶胞
金属晶体的四中堆积模型对比
能力训练
1．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是
A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧 化性 B．金属元素在化合物中一定显正价
A
C B A
1 6
2 3
5
4
C B
配位数 12 ( 同层 6， 上下层各 3 )
A 此种立方紧密堆积的前视图
铜型（面心立方最密堆积)
1 ABC铜型面心立方晶胞的抽取
C
B
B
A C B A
A C
B
晶胞内原子数：4
配位数：12 空间利用率： 74％ 典型金属：Cu Ag Au
三、金属晶体的四种堆积模型对比
第二节 金属晶体的原子 堆积模型
金属晶体的原子堆积模型
（1）几个概念 配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻的 微粒个数 空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积 百分数，用它来表示紧密堆积的程度
空间利用率= 球体积 晶胞体积 100%
一、 二维平面堆积方式
非密置层
行列对齐,四球一空 非最紧密排列 配位数：4
金属晶体的密堆积
晶胞是描述晶体结构 的基本单元，晶胞一 般选取平行六面体
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
1、简单立方堆积：
每个晶胞含 1 个原子 配位数是 6 ， 空间利用率低
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
空间利用率 构成晶体的原子、离子或分子在整个
晶体空间中所占有的体积百分比
简单立方堆积：
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
请快速阅读课本75至76页，完成以下任务
1.集体制作密置层在三维空间的最密堆积模型
2.对比分析两种最密堆积在三维空间堆积的异同
二、金属晶体的两种最密堆积方式
A
12
B
6
3
A
54
B
A
A
C
B
12
A
6
3
C
54
B
A
六方最 密堆积
面心立方 最密堆积
二、金属晶体的两种最密堆积方式
1、六方最密堆积 2、面心立方最密堆积 配位数为 12 ， 配位数为 12 ，
2、体心立方堆积：
学与问
体心立方堆积的晶胞是个立方体。想一想，如果 原来的非密置层上的原子保持紧密接触，立方体 中心能否容得下一个原子？
一、金属晶体的两种非最紧密堆积方式
2、体心立方堆积：
每个晶胞含 2 个原子，配位数为 8 ，
空间利用率不高，Na、K、Fe等金属采取这 种堆积方式。
金属原子在三维空间的堆积模型 小组探究2:密置层在空间的堆积方式
4
3
1
2
12
6
3
54
非密置层 球对球 行列对齐
四球一空
密置层
球对缝
行列交错 三球一空
金属原子在三维空间的堆积模型
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Po
简 单 立 方 晶 胞
①配位数： 6
同层4，上下层各1 6
2 1 4 3 1 4
2
3
5
（2）金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
a
a
a
a
a=2r
（3）简单立方晶胞平均占有的原子数目：
1 =1 × 8 8
（2）体心立方堆积 （碱金属）
体 心 立 方 晶 胞
①配位数： 8
金属原子尽可能地互相接近，尽量占据较小 的空间。 ——紧密堆积
活动与探究1： 平面上金属原子紧密排列的方式
从蓝色盒子里取出： 4组乒乓球（3个排成一条直线的）
将乒乓球放置在平面上，排成4排，使球面 紧密接触，有哪些排列方式？
平面上金属原子紧密排列的两种方式
2
2
3 4 5
1
4
3
1
A C B A
6
6
6
俯视图：
ABAB…堆积方式
ABCABC…堆积方式
（1）ABAB…堆积方式
—— 六方最密堆6，上下层各 3
1 9 5 2 8 3
7 6 1 6 2 3 4
4
5
10
12
11
②六方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：
1 1 × 12 × 2 + +3 6 2 =6
先将两组小球以非密置层的排列方式排列在 一个平面上：
在其上方再堆积一层非密置层排列的小球， 使相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方 式？
三维空间里非密置层的 金属原子的堆积方式
（1） 第二层小球的球心 正对着 第一层小球的球心
（2） 第二层小球的球心 正对着 第一层小球形成的空穴
（1）简单立方堆积
（1）ABAB…堆积方式
第三层小球对准第一层的小球。 每两层形成一个周期地紧密堆积。 前视图
2
A
3 4
1 6
B
5
A
B
A
（2）ABCABC…堆积方式
第三层小球对准第一层小球空穴的2、4、6位。 第四层同第一层。 前视图 每三层形成一个周期地紧密堆积。
A C
B
1 2 5 3 4 1 2 5 3 4 1 2 5 3 4
A
A
B
B
三维空间里密置层的 金属原子的堆积方式
（ 1） ABAB… 堆积方式
（ 2） ABCABC… 堆积方式
俯视图
1 6 2 3 4
1 6
2
3 4
5
5
A
B
第二层小球的球心对准第一层的 1、3、5 位 （▽）或对准 2、4、6 位（△）。 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。
思考题
（1）六方紧密堆积的晶胞中： 金属原子的半径r与六棱柱的边长a、高h有什 么关系？
（2）面心立方紧密堆积的晶胞中： 金属原子的半径r与正方体的边长a有什么关 系？
金属原子的半径 r 与六棱柱的边长 a、高 h 的关系：
a
a=2r
h
2 6 a h= 3
金属原子的半径r与正方体的边长a的关系：
5 8 1 4
上下层各4
6 7 2 3
（2）金属原子半径 r 与正方体边长 a 的关系：
b a
a a
2a
a
2a
b = 3a b = 4 r 3a=4r
（3）体心立方晶胞平均占有的原子数目：
1 + 1= 2 × 8 8
活动与探究3 三维空间里密置层金属原子的堆积方式
将密置层的小球在一个平面上黏合在一起， 再一层一层地堆积起来（至少堆4层），使 相邻层上的小球紧密接触，有哪些堆积方式？ 注意：堆积方式的周期性、稳定性
（2）ABCABC…堆积方式
——面心立方最密堆积（铜）
A B
C
①配位数： 12
同层 6，上下层各 3
7 1 6 2 5 3 4 6 5
1
2 8
9
4 12
3
10
11
②面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：
1 1 + ×6 = 4 × 8 8 2
阅读课文P76《资料卡片》 1. 金属晶体的四种堆积模型对比 2. 混合晶体
6
配位数为4
配位数为6
4个小球形成一个四边形空隙，一种空隙。 见“ ”。
3个小球形成一个三角形空隙，两种空隙。 一 种： △ 见“ ” 另一种：▽ 见“ ”
平面上金属原子紧密排列的两种方式
2
2
3 4 5
1
4
3
1
6
配位数为4 非密置层放置
配位数为6 密置层放置
活动与探究2 三维空间里非密置层金属原子的堆积方式
a
a a a a
2a=4r