金属晶体(2)
第一章-金属的晶体结构(共118张PPT)可修改全文
B面：
(1) 该面与z轴平行，因此x=1，y=2， z=∞； (2) 1/x=1，1/y=1/2，1/z=0； (3) 最小整数化1/x=2，1/y=1，1/z=0； (4) 〔2 1 0〕
C面：
(1) 该面过原点，必须沿y轴进行移动，因此x= ∞ ，y=-1，z=∞ (2) 1/x=0，1/y=-1，1/z=0； (3) 不需最小整数化；(4) 〔0 1 0〕
晶胞在三维空间的重复构成点阵
〔4〕晶格常数
在晶胞中建立三维坐标体系， 描述出晶胞的形状与大小
晶胞参数- 晶格常数:a、b、c 棱间夹角:α、β、γ
2 晶系与布拉菲点阵
依据点阵参数 的不同特点划分为七种晶系
(1) 三斜晶系
α≠β≠γ≠90° a≠ b≠ c
复杂单胞 底心单斜
(2) 单斜晶系
α=γ=90°≠β a≠ b≠ c
3 原子半径： r 2 a
4 配位数= 12
4
5 致密度= nv/V=(4×3πr3/4)/a3=0.74
γ－Fe(912~1394℃)、Cu、Ni、Al、Ag 等
——塑性较高
面心立方晶胞中原子半径与晶 格常数的关系
a
r 2a 4
(三)密排六方结构〔 h.c.p〕 〔 了解〕
金属：Zn、Mg、Be、α-Ti、α-Co等
具有光泽：吸收了能量从被激发态回到基态时所 产生的幅射；
良好的塑性：在固态金属中，电子云好似是 一种流动的万能胶，把所有的正离子都结合 在一起，所以金属键并不挑选结合对象，也 无方向性。当一块金属的两局部发生相对位 移时，金属正离子始终“浸泡〞在电子云中， 因而仍保持着金属键结合。这样金属便能经 受较大的变形而不断裂。
化学金属晶体知识点总结
化学金属晶体知识点总结一、金属晶体的基本概念金属晶体是由金属原子以一定规律排列组成的固体结构。
金属晶体具有一些特点，如具有金属典型的电性能、热性能和光学性能，同时还具有良好的延展性、韧性和导电性。
二、金属晶体的结构金属晶体的结构是由金属原子通过化学键相互连接而形成的。
金属晶体的结构有多种类型，其中最常见的是面心立方晶体结构和体心立方晶体结构。
金属晶体的结构对金属的性能具有重要影响，比如面心立方晶体结构使得金属具有优良的导电性和导热性，而体心立方晶体结构使得金属具有良好的韧性和延展性。
三、金属晶体的性能1. 导电性：金属晶体中的自由电子能够在晶体结构中自由传导，因此金属具有良好的导电性能。
2. 导热性：金属晶体中的自由电子能够在晶体结构中迅速传递热量，因此金属具有良好的导热性能。
3. 延展性：金属晶体中的金属原子之间的化学键相对较弱，因此金属具有良好的延展性能，可以被拉伸成细丝或者铺展成薄片。
4. 韧性：金属晶体中的金属原子之间的化学键相对较强，因此金属具有良好的韧性能，可以经受一定的外力而不易断裂。
5. 耐腐蚀性：金属晶体中的化学键特点使得金属具有一定的抗腐蚀性能，可以抵御外界腐蚀物质的侵蚀。
四、金属晶体的制备金属晶体的制备方法有多种，常见的包括熔融法、沉淀法、溶胶-凝胶法等。
熔融法是通过将金属加热至熔点后冷却凝固成固体晶体；沉淀法是通过将金属盐溶液中加入适量还原剂使金属物质析出，然后经过洗涤、干燥等处理制备金属晶体；溶胶-凝胶法是通过将金属盐加入溶液中形成凝胶后再经过热处理的方法制备金属晶体。
五、金属晶体的应用金属晶体广泛应用于工业生产中，主要包括金属材料、金属合金、金属催化剂等。
金属材料广泛用于航空航天、汽车制造、机械加工等领域；金属合金具有优异的物理性能和化学性能，用于制备高强度、高耐热、高耐腐蚀的材料；金属催化剂广泛用于化工生产中的有机合成、空气净化等领域。
总的来说，金属晶体是由金属原子组成的固体结构，在工业生产和科研领域有重要应用。
金属的晶体结构讲解
2020年9月28日
2020年9月28日
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3、密排六方晶格
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，有六个呈长方形的侧面 和两个呈六边形的底面所组成。因此，要用两个晶格常数表示。 一个是柱体的高度c，另一个是六边形的边长，在晶胞的每个角 上和上、下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中间还有三 个原子。
密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶胞所共有，上、 下底面中心的原子为两个原子所共有，晶胞中三个原子为该晶胞 独有。所以，密排六方晶胞中原子数为12×1／6＋2×1／2＋3＝ 6（个）。具有密排六方晶格的金属有Mg 、Zn 。
3、晶格常数
在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿 其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z，并称之为晶轴，而 且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之
为反方向，并以棱边长度 a、 b、 c和棱面夹角
、 、 r 来表示晶胞的形状和大小 。
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（三）、金属中常见晶格
由于金属键结合力较强，是金属原子总趋于紧密排列 的倾向，故大多数金属属于以下三种晶格类型。
晶向指数：通过原点直线上某点的坐标，用方括 号顺序表示。 [x y z] 晶向族: <x y z>
密排面： 密排方向：
Fig 铁的单晶体（晶胞）及其各方
向上弹性模量（E）示意图
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二、实际金属的晶体结构
（一）、金属材料都是多晶体
我们把晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体。
单晶体只有经过特殊制作才能获得。实际上，常使用 的金属材料，由于受结晶条件和其它都不同
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（四）、晶体结构的致密度
晶体结构的致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之
金属的晶体结构
面心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：
③原子半径
面心立方晶格示意图
具有面心立方晶格 的金属有铝、铜、镍、 金、银、γ-铁等。
④致密度：0.74(74%)
第一节 金属的晶体结构
(2)密排六方晶格(胞)
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。 面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。
体心立方晶胞特征： ①晶格常数：a=b=c,α=β=γ=90° ②晶胞原子数：一个体心立方晶胞所 含的原子数为2个。
体心立方晶格示意图 具有体心立方晶格
的金属有钼、钨、钒、 α-铁等。
第一节 金属的晶体结构
(1)体心立方晶格(胞)
体心立方晶胞特征： ③原子半径：晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半,或晶胞中原子 密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。
1.增大金属的过冷度 原理：一定体积的液态金属中,若成核速率N越大,则结晶后的晶粒
越多,晶粒就越细小;晶体长大速度G越快,则晶粒越粗。 随着过冷度的增加,形核速率和长大速度均会增大。但当过冷度超
过一定值后，成核速率和长大速度都会下降。对于液体金属，一般不会 得到如此大的过冷度，通常处于曲线的左边上升部分。所以,随着过冷 度的增大，成核速率和长大速度都增大，但前者的增大更快，因而比值 N/G也增大,结果使晶粒细化。
二、纯金属的晶体结构
晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。 这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
晶体
晶格
第一节 金属的晶体结构
二、纯金属的晶体结构
金属晶体__第2课时_导学案
高山不爬不能到顶，竞走不跑不能取胜，永恒的幸福不争取不能获得。
想成为一名成功者，先必须做一名奋斗者。
《选修三第三章第三节 金属晶体》导学案（第2课时）高二 班 第 组 姓名 组内评价 教师评价_______【课标要求】1、能列举金属晶体的基本堆积模型2、了解金属晶体性质的一般特点3、理解金属晶体的类型与性质的关系 【重点难点】1、金属晶体的堆积方式 【新课导学】 二、金属晶体 1、金属晶体：（1）定义： 和 通过 形成的晶体。
（2）构成微粒： 。
（3）微粒间相互作用： 。
2、金属晶体的原子堆积模型Ⅰ、概念 ①紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽可能地相互接近，使它们占有最小的空间 ②空间利用率：空间被晶格质点占满的百分数。
用来表示紧密堆积的程度 ③配位数：在晶体中，与离子直接相连的带异电荷的离子数称为配位数 Ⅱ、金属晶体的原子堆积模型（1） 金属原子在二维平面里有两种方式为非密置层和密置层__层，配位数为 _______层，配位数为 （2）金属原子在三维空间里有四种堆积方式①简单立方体堆积，非密置层排列的金属原子，在空间内可能的排列。
这种堆积方式形成的晶胞是一个 ，每个晶胞含 个原子，被称为 堆积。
这种堆积方式的空间利用率 ，只有金属钋采取这种堆积方式。
②体心立方（A 2型）堆积----钾型如果是非密置层上层金属原子填入下层的金属原子形成的凹穴中，每层均照此堆积，如下图：这种堆积方式所得的晶胞是一个含 个原子的立方体，一个原子在立方体的 ，另一个在立方体的 ，称为体心立方堆积，这种堆积方式的空间利用率（ ）显然比简单立方堆积的 多了，许多金属是这种堆积方式，如碱金属，简称为钾型。
③六方最密堆积（A 3)型和面心立方（A 1型）最密堆积对于密置层的原子按钾型堆积方式堆积，会得到两种基本堆积方式---- 和 ，即：镁型和铜型。
六方最密堆积如下图左侧，按 的方式堆积; 面心立方最密堆积如图右侧,按 的方式堆积.这两种堆积方式都是金属晶体的 堆积,配位数均为 ,空间利用率均为 ,但所得的晶胞的形式不同。
第三章 第三节 金属晶体第二课时习题
第三节第二课时金属晶体的原子堆积模型1.下列金属晶体的配位数为8的是()。
A.PoB.FeC.MgD.Au2.下列金属的密堆积方式与对应晶胞正确的是()。
A.Na面心立方B.Mg六方C.Cu六方D.Au体心立方3.已知某金属(如碱金属)晶体中原子堆积方式如图所示,则该堆积方式是()。
A.简单立方堆积B.体心立方堆积C.六方最密堆积D.面心立方最密堆积4.下列晶体的熔点按照由低到高的顺序排列的是()。
A.Li、Na、KB.Na、Mg、AlC.Na、Rb、CaD.铁、铁铝合金5.金属晶体中金属原子有三种常见的堆积方式:六方堆积、面心立方堆积和体心立方堆积,如图(a)(b)(c)分别代表这三种晶胞的结构,其晶胞内金属原子个数比为()。
A.3∶2∶1B.11∶8∶4C.9∶8∶4D.21∶14∶96.铁有多种同素异形体,如图是δ、γ、α三种晶体的转化关系。
下列说法正确的是()。
δ-Feγ-Feα-FeA.三种晶体的构成粒子相同,故性质相同B.γ-Fe晶体中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个C.α-Fe晶体中与每个铁原子距离最近且相等的铁原子有6个D.将铁加热到1500 ℃分别急速冷却和缓慢冷却,得到的晶体类型相同7.某金属晶体的部分结构示意图如图所示,则该金属原子的堆积方式为()。
A.六方最密堆积B.面心立方最密堆积C.简单立方堆积D.体心立方堆积8.金属晶体的面心立方最密堆积形成的晶胞示意图如图所示,在密堆积中处于同一密置层上的原子组合是()。
A.④⑤⑥⑩B.②③④⑤⑥⑦C.①④⑤⑥⑧D.①②⑧⑤9.现有如下物质:四氯化硅、氖、硼、钨、锑,将物质名称和晶体类型填在表格中。
编号信息物质名称晶体类型(1) 熔点:120.5 ℃,沸点:271.5 ℃,易水解(2) 熔点:630.74 ℃,沸点:1750 ℃,导电(3) 由分子间作用力结合而成,熔点很低,化学性质稳定(4)由共价键结合成空间网状结构的晶体,熔点:2300 ℃,沸点:2550 ℃,硬度大(5) 熔点:3410 ℃,沸点:5927 ℃,硬度大,能导电10.如图为金属铜的一个晶胞,请回答下列问题: (1)该晶胞“实际”拥有的铜原子数是 个。
金属晶体结构及结晶
亚晶界示意图
Cu-Ni 合金中的亚结构
金属的晶体结构
①使实际金属的强度远远小于理想金属 ②晶界处位错密度高，使其局部强度 强度 硬度 塑性 韧性 硬度
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
把晶体中每个原子抽象成一个点，用直线连接，构成的空
间格架称为晶格。
组成晶格的最小几何组成单元是晶胞。a、b、c是晶格常 数，单位是10-10m(Å)； 晶胞各边夹角以a、b及g表示。
Z
b g X ba a源自c Y原子排列模型晶
格
晶
胞
简单立方晶体
金属的晶体结构
（二）晶体学基础
物质由原子组成。原子的结 合方式和排列方式决定了物 质的性能。 原子、离子、分子之间的结 合力称为结合键。它们的具 体组合状态称为结构。 自然界中的固态物质按其原 子（或分子、离子）的聚集 状态可分为晶体和非晶体两 大类。
C60
金属的晶体结构
晶体：原子（原子团或离子）在三维空间按一定规则 周期性重复排列的固体。如固态金属、钻石、冰等。 晶体具有各向异性。 非晶体：原子（原子团或离子）在三维空间中无规则 排列的物质，也称为玻璃态。如松香、玻璃、塑料等。
[111]方向上，弹性模量E=290000Mpa ；[001]方向上，弹性模量E=135000Mpa
金属的晶体结构
（五）单晶体的各向异性 单晶体具有各向异性的特征。但工业上 实际应用的金属材料，因为属于多晶体，一
般不具有各向异性的特征。如工业纯铁在任
何方向上其弹性模量E均为2.1×105MPa。
第二章 金属晶体的缺陷
2.1 点缺陷 2.2 位错的基本概念 2.3 位错的运动 2.4 位错的弹性性质 2.5 实际晶体结构中的位错 2.6 位错源和位错增殖 2.7 位错的实际观测 2.8 金属界面
引言
实际晶体中，或多或少地存在偏离理想结构 的区域， 此即为：晶体缺陷。
1.点缺陷：空位、间隙原子、溶质原子。 2.线缺陷：位错。 3.面缺陷：晶界、相界 、孪晶界、堆垛层错。
N N n
C
n
u S f
e kT k
u
Ae kT
N
Sf
式中 A e k 是由振动熵决定的系数，一般估计在1~10之间。
对于间隙原子也可用同样方法求得类似公式。
应用时需求出空位或间隙原子的形成能。
点缺陷的形成能包括电子能（缺陷对晶体中电 子状态的影响）和畸变能。
空位形成能中，电子能是主要的；间隙原子， 则畸变能使主要的。
用统计热力学方法计算平衡条件下的空位浓度。
由热力学知道自由能 F U TS
F nuv T (nS f Sc )
（2-1）
Sc k ln N(N 1)...(N n 2)(N n 1) N !
n!
(N n)!n!
SC
k
ln
(N
N! n)!n!
代入（2-1）得：
N! F nuv nTS f kT ln (N n)!n!
图2-8 图2-9
2）螺型位错：当螺型位错移过整个晶体后，在晶体表面 形成的滑移台阶宽度也等于柏氏矢量，其结果与刃型 位错是完全一样的。但它不像刃型位错那样有确定的 滑移面，而可以在通过位错线的任何原子平面上滑移。
图2-10
3）混合型位错
图2-11
图2-12
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g· cm－3。
探究高考
明确考向
4.[2017·新课标全国卷Ⅰ]
35.[化学——选修3：物质结构与性质]（15分） 钾和碘的相关化合物在化工、医药、材料等领域有着广泛的应用。回答下列问题： （1）元素K的焰色反应呈紫红色，其中紫色对应的辐射波长为_______nm（填标 号）。 A.404.4 B. 553.5 C.589.2 D.670.8 E.766.5 （2）基态K原子中，核外电子占据的最高能层的符号是_________，占据该能层电子 的电子云轮廓图形状为___________。K和Cr属于同一周期，且核外最外层电子构型 相同，但金属K的熔点、沸点等都比金属Cr低，原因是 ___________________________。 （3）X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的几何构型为 _____________，中心原子的杂化类型为________________。 （4）KIO3晶体是一种性能良好的非线性光学材料，具有钙钛矿型的立体结构，边长 为a=0.446nm，晶胞中K、I、O分别处于顶角、体心、面心位置，如图所示。K与O间 的最短距离为______nm，与K紧邻的O个数为__________。 （5）在KIO3晶胞结构的另一种表示中，I处于各顶角位置， 则K处于______位置，O处于______位置。
①配位数：
8
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 ×8 + 1 = 2 8
（4）简单立方晶胞空间占有率：
三、ABCABC…堆积方式 引导探究3
探究高考
明确考向
2.[2014· 四川理综， 8(3)]Z 基态原子
的 M 层与 K 层电子数相等，它与某元
素形成的化合物的晶胞如图所示，晶
胞中阴离子和阳离子的个数之比是 2∶1 。 _______
探究高考
明确考向
3.[2014· 新课标全国卷 Ⅰ ， 37(3)(4)]Cu2O 为半导体材料，
强化补清
完成对应课时作业
强化补请内容
在其立方晶胞内部有4个氧原子，其余氧原子位于面心和顶
16 个铜原子。 Al 单质为面心立方晶 点，则该晶胞中有 ______ 体，其晶胞参数 a ＝ 0.405 nm ，晶胞中铝原子的配位数为 12 。 ______
4×27 23 －7 3 6.02×10 ×0.405×10 列式表示Al单质的密度________________________
Po
1
6
Na K Fe 2
8
68%
3 a=4r
Cu Ag Au Mg Zn Ti 6 12 a=2r 74%
4
12
2a = 4 r
74%
探究高考
明确考向
当堂诊学
1.[2014·江苏，21(A)—(5)]Cu2O在稀硫酸
中生成Cu和CuSO4。铜晶胞结构如图所 示，铜晶体中每个铜原子周围距离最近 12 的铜原子数目为__________。
a
a a a a
2a=4r
立方面心最密堆积的空间占有率 =74%
四、ABAB…堆积方式
—— 六方最密堆积 （镁）
引导探究4
①配位数： 12
同层 6，上下层各 3
1 9 5 2 8 3
7 6 1 6 2 3 4
4
5
10
12
11
金属原子的半径 r 与六棱柱的边长 a、高 h
的关系：
a
a=2r
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 ×8 = 1 8
（4）简单立方晶胞空间占有率：
二、体心立方堆积
（ K、Na、Fe ）
引导探究2
体 心 立 方 晶 胞
（2） ABCABC… 堆积方式
第三节 金属晶体
第二课时
金属晶体的基本堆积模型
目标引领
掌握金属晶体四种基本模式及其相关参数计算（ 边长和半径的关系；晶胞的密度；配位 数的数目；空间占有率等）
【独立自学】 1、阅读课本P74-75相关内容。
一、简单立方堆积 Po
引导探究1
简 单 立 方 晶 胞
课题导入
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
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
三维空间里密置层的 金属原子的堆积方式
（1） ABAB… 堆积方式
h
；
2 6 a h= 3
六方最密 堆积的晶胞
六方最密堆积的空间占有率 =74% 上下面为菱形 边长为半径的2倍 2r 高为2倍 正四面体的高
6 2 2r 3
目标升华
代表物质
金属晶体的四中堆积模型对比
原子个数
配位数
原子半径和 边长的关系
a=2r
空间占 有率
52%
晶体模型
简单立 方堆积 体心立 方堆积 六方最 密堆积 面心立方 最密堆积
——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
立方面心最密堆积的配位数 =12
②面心立方紧密堆积晶胞平均占有的原子数目：
1 1 ×8 + ×6 = 4 8 2
金属原子的半径r与正方体的边长a的关系：