金属晶体
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。
金属晶体
延展性事实上是延性和展性的合称。 延性是指拉成细丝，展性是指轧成薄片。 不同的金属有不同的延展性，延展性最好 的是金。
说明：
1.金属的密度、硬度、熔点等物理性质， 主要与金属原子本身、金属晶体中金属原 子的堆积方式等因素有关，故没有一定的 规律。
金属晶体的熔沸点高低悬殊，硬度差异大，良好的导 电、导热性和延展性，一般不溶于水或与水反应。 但是一般情况下，对于同类型的金属晶体来说，金 属阳离子半径越小、所带电荷数越多，金属离子与自由 电子的作用就越强，金属的熔沸点就越高。 如熔点：Li>Na>K>Rb>Cs，Na<Mg<Al。
思考：离子化合物在熔融状态下的导电与金属的导 电是否相同？ 回答：不同。2金属晶体结构与金属导热性的关系
金属容易导热，实际上是由于自由电子 与金属离子之间发生了能量交换，即自由电子运 动时与金属离子碰撞把能量从温度高的部分传到 温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。 大多数金属有良好的导电性和导热性， 由于这两种性质都与自由电子有关，所以善于导 电的多数也善于导热。
2. 带正电荷的阳离子之间本应相互排斥，为何 还可以紧密的堆积在一起？电子到哪里去了呢？ (电子气理论） 在金属晶体里，金属原子所释出的价电子不专 属于某几个特定的金属离子，它们几乎均匀的分布 在整个晶体中并被许多金属离子所共有，这样的电 子我们把它称为——自由电子，这些自由电子也叫 自由电子气。 在金属晶体内部，金属原子脱落下来的价电子形成 遍布整块晶体的“电子气”，被所有原子所共用， 从而把所有的金属原子维系在一起，这种作用称为 金属键
常见的几种金属导电、导热能力由大到小 的顺序为：Ag、Cu、Au、Al、Zn、Pt、Sn、Fe、 Pb、Hg。
3.金属晶体结构与金属延展性的关系
金属晶体堆积方式
金属晶体堆积方式 的研究意义和展望
提高材料的力学性能，如强度、硬度、韧性等 优化材料的电学、热学和磁学性能 实现材料的功能化与智能化，如传感器、驱动器等 探索新型材料，推动科技进步和产业发展
金属晶体堆积方 式的研究有助于 深入理解物质结 构和性质
金属晶体堆积方 式的多样性是决 定金属材料性能 的重要因素
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
金属晶体的堆积方式会影响其物理 性质，如导电性、热导率等。
了解金属晶体的堆积方式对于材料 性能的优化和新型材料的开发具有 重要的意义。
特点：金属晶体堆积方式具有高度 的对称性和规则性，不同金属晶体 堆积方式的差异较大。
影响因素：金属晶体堆积方式受金 属原子半径、金属键类型等因素影 响。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
应用：金属晶体堆积方式对金属的 物理性质和化学性质有重要影响， 如导电性、耐腐蚀性等。
实验研究：通过X射线衍射、中子 衍射等实验手段研究金属晶体堆积 方式。
金属晶体堆积方式在材料科学中的应用 金属晶体堆积方式在电子器件制造中的应用 金属晶体堆积方式在航空航天领域的应用 金属晶体堆积方式在生物医学领域的应用
金属晶体堆积方式的形成原因 是为了实现空间利用率的最大 化。
通过合理的堆积方式，金属晶 体可以获得更高的密度和更强
的机械性能。
金属晶体堆积方式的形成还受 到金属原子间相互作用力的影
响。
金属晶体堆积方式 的特点和应用
金属晶体堆积方式的特点包括周期 性、对称性和密堆积等。
金属晶体的堆积方式在材料科学和 工程领域具有广泛的应用，如金属 材料、催化剂等。
热性能。
金属晶体的堆 积方式决定了 其物理和化学
金属晶体和离子晶体
离子晶体的晶格能 很大，因此离子晶 体具有较高的熔点 和硬度。
04
金属晶体和离子晶体的 性质比较
熔点比较
金属晶体熔点范围较广，受金属键影响较大 离子晶体熔点较高，主要受离子键影响 金属晶体熔点通常低于离子晶体 金属晶体和离子晶体熔点比较需综合考虑多种因素
导电性比较
金属晶体：自由电子导电 离子晶体：正负离子导电 导电性比较：金属晶体导电性好于离子晶体 应用领域：金属晶体用于电线、电缆等，离子晶体用于电池、显示器等
金属晶体和离子晶体 的比较
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录 /目录
01
点击此处添加 目录标题
04
金属晶体和离 子晶体的性质 比较
02
金属晶体和离 子晶体的定义
05
金属晶体和离 子晶体的应用 领域
03
金属晶体和离 子晶体的结构 特点
06
金属晶体和离 子晶体的制备 方法
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
化学法：通过化学反应合成金属晶 体，如还原剂还原金属盐
熔融法：将金属加热至熔融状态， 然后冷却结晶制备金属晶体
离子晶体的制备方法
溶液法：通过蒸发结晶、冷 却结晶或重结晶等方法，从 溶液中析出离子晶体。
熔融法：将纯净的离子化合 物在高温下熔化，然后冷却 结晶形成离子晶体。
硬度比较
金属晶体硬度较高，离子晶体硬度较低 金属晶体硬度与金属原子半径有关，半径越大，硬度越低 离子晶体硬度与离子键强弱有关，离子键越强，硬度越高 金属晶体硬度差异较大，离子晶体硬度较为接近
密度比较
金属晶体密度较高，因为其原子或分子的排列紧密 离子晶体密度较低，因为其分子间存在较大的空隙 金属晶体的密度通常大于离子晶体的密度
金属晶体
1.金属键
（1）定义：
金属离子和自由电子之间的强烈的相互作用。
（2）形成
成键微粒: 金属阳离子和自由电子 存 在: 金属单质和合金中
（3）方向性: 无方向性
2. 金属的物理性质
具有金属光泽,能导电,导热,具有良好 的延展性,金属的这些共性是有金属晶体中 的化学键和金属原子的堆砌方式所导致的
（1）导电性 （2）导热性 （3）延展性
5
4
堆积方式及性质小结
①简单立方堆积 配位数 = 6 空间利用率 = 52.36% ② 体心立方堆积 ——体心立方晶胞 ③ 六方堆积 ——六方晶胞 ④面心立方堆积 ——面心立方晶胞 配位数 = 8 空间利用率 = 68.02% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
B. 金属元素在化合物中一定显正化合价 C. 金属元素在不同化合物中化合价均不相同 D. 金属元素的单质在常温下均为晶体
3. 金属的下列性质与金属键无关的是( C )
A. 金属不透明并具有金属光泽
B. 金属易导电、传热
C. 金属具有较强的还原性
D. 金属具有延展性 4.能正确描述金属通性的是 ( A )
C. Li Be Mg
D. Li Na Mg
金属晶体
二维平面堆积方式
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
三维空间堆积方式
Ⅰ.
简单立方堆积
形成简单立方晶胞，空 间利用率较低52％ ，金 属钋（Po）采取这种堆 积方式。
这是非密置层另一种堆积方式，将上层金属填入下层金属
导电性
导热性
金属晶体的三种密堆积方式
金属晶体的三种密堆积方式金属晶体的三种密堆积方式中，原子排列的密堆积方式是指原子在三维空间中紧密排列，以使得晶体的空间利用率达到最大。
密堆积方式可以有效影响金属的密度、强度、硬度等物理性质，因此在材料科学和固体物理中具有重要意义。
通常，金属晶体的密堆积方式主要分为以下三种：面心立方堆积（FCC）、六方最密堆积（HCP）和体心立方堆积（BCC）。
一、面心立方堆积（FCC）面心立方堆积（Face-Centered Cubic, FCC）是一种常见的密堆积方式，其中每个立方体的面上都有一个原子，且每个顶点上也有一个原子。
FCC结构可以看作是由许多面心立方单元重复堆积而成，其代表性金属包括铜（Cu）、铝（Al）、银（Ag）和金（Au）等。
1. 结构特点：在FCC结构中，每个原子都有12个最近邻原子，即配位数为12。
该结构单胞中包含4个原子（8个顶点上的原子分别与相邻单元共享，6个面的原子与邻近单元共享），堆积因子达到0.74，即约74%的空间被原子占据，属于最密堆积结构。
2. 性质：FCC结构由于其紧密的堆积方式，具有较高的塑性和延展性。
因此，FCC金属在室温下一般较易发生滑移，从而产生延展变形。
例如，铜和铝具有良好的延展性，易于加工成型。
3. 堆积方式：在面心立方堆积中，原子在平面上形成紧密的六边形排列，层间顺序为ABCABC 的排列模式。
这意味着每三层后结构重复，形成周期性排列。
4. 应用：FCC结构的金属由于其良好的延展性和抗冲击性，常用于制造电线、金属薄膜和结构材料等。
二、六方最密堆积（HCP）六方最密堆积（Hexagonal Close-Packed, HCP）是一种与面心立方相似的密堆积方式，但其晶体结构为六方柱体，且具有不同的堆积顺序。
HCP结构的代表性金属包括镁（Mg）、钛（Ti）、锌（Zn）和钴（Co）等。
1. 结构特点：在HCP结构中，原子的配位数同样为12，说明其紧密度与FCC相似。
金属与合金的晶体结构
金属与合金的晶体结构一、引言金属与合金是一类重要的材料，它们具有优异的物理和化学性质，广泛应用于工业和科学领域。
金属与合金的晶体结构是影响其性能的重要因素之一。
本文将介绍金属与合金的晶体结构，包括晶体的组成、晶体的类型以及晶体的排列方式等。
二、金属晶体结构金属晶体结构由金属原子组成。
金属原子通常具有较大的离子半径和较小的电负性，因此它们倾向于形成金属键。
金属晶体结构可以分为以下几种类型：1. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是最常见的金属晶体结构之一。
在面心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点。
这种结构具有高度的对称性和密堆积性，因此具有较高的韧性和塑性。
2. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是另一种常见的金属晶体结构。
在体心立方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及晶格的中心。
这种结构相对于面心立方结构来说，具有更高的密度和较低的韧性。
3. 密堆积六方结构（HCP）密堆积六方结构是一种较少见的金属晶体结构。
在密堆积六方结构中，金属原子分别位于晶格的每个面的中心以及每个顶点，形成六边形的密堆积结构。
这种结构具有较高的密度和较低的韧性。
三、合金晶体结构合金是由两种或更多种金属元素组成的混合物。
合金晶体结构可以由金属元素的晶体结构类型以及原子比例决定。
1. 固溶体固溶体是最常见的合金晶体结构之一。
在固溶体中，主要金属元素和溶质金属元素形成固溶体溶解体，原子之间的排列方式与纯金属相似。
固溶体可以分为完全固溶体和部分固溶体两种类型。
完全固溶体中，溶质原子完全溶解在主要金属晶体中；而在部分固溶体中，溶质原子只能部分溶解在主要金属晶体中。
2. 亚稳相亚稳相是指在合金中形成的相对于平衡相来说具有较低稳定性的晶体结构。
在亚稳相中，原子之间的排列方式发生改变，导致晶体结构和性能发生变化。
亚稳相的形成主要受到合金元素的浓度和固溶度限制的影响。
3. 间隙化合物间隙化合物是指合金中形成的一种特殊结构，其中金属原子和非金属原子之间的排列方式具有较高的有序性。
《金属晶体》 讲义
《金属晶体》讲义一、金属晶体的定义与特点金属晶体是指由金属原子通过金属键结合而成的晶体。
在金属晶体中，金属原子失去部分或全部外层电子，形成自由电子，这些自由电子在整个晶体中自由运动，与金属阳离子相互作用，将金属原子紧密地结合在一起。
金属晶体具有以下特点：1、良好的导电性和导热性：由于存在自由电子，它们能够在电场的作用下定向移动，从而形成电流，实现良好的导电性；自由电子在热的作用下也能迅速传递热能，使得金属具有良好的导热性。
2、金属光泽：自由电子能够吸收并反射可见光，使金属具有独特的金属光泽。
3、延展性：金属晶体中的原子可以相对滑动而不断裂金属键，从而使金属具有良好的延展性，可以被拉成丝或压成薄片。
4、硬度和熔点有较大差异：不同金属的晶体结构和金属键强度不同，导致其硬度和熔点差异较大。
二、金属晶体的结构类型常见的金属晶体结构有以下三种类型：1、体心立方堆积（bcc）体心立方堆积的晶胞中，每个晶胞包含 8 个位于顶角的原子和 1 个位于体心的原子。
例如，碱金属中的锂、钠、钾等在常温下采用这种堆积方式。
这种结构的空间利用率相对较低。
2、面心立方堆积（fcc）面心立方堆积的晶胞中，每个晶胞包含 8 个位于顶角的原子和 6 个位于面心的原子。
铜、银、金等金属通常采用这种堆积方式。
面心立方堆积的空间利用率较高，具有较好的延展性和塑性。
3、密排六方堆积（hcp）密排六方堆积的晶胞是一个六棱柱，每个晶胞包含 12 个位于顶角的原子和2 个位于体内的原子。
镁、锌、钛等金属采用这种堆积方式。
三、金属键的本质金属键是一种特殊的化学键，其本质是金属原子失去电子形成的正离子与自由电子之间的强烈相互作用。
金属原子的价电子数较少，原子核对价电子的束缚较弱，在一定条件下容易失去电子。
这些失去的电子不再属于某个特定的原子，而是在整个晶体中自由运动，形成“电子气”。
金属正离子沉浸在“电子气”中，它们与自由电子之间的静电吸引力使得金属原子紧密结合在一起，形成金属晶体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
金属晶体
金属晶体的结构；运用金属晶体的结构解释金属晶体的一些物理性质。
[要点精析]
1.晶体结构：金属原子结构的共同特征是：①最外层电子数较少，一般在4个以下；②原子半径较大。
这构特点使其原子易失去价电子而变成金属离子，释放出的价电子在整个晶体中可以自由运动，被称为“自子”。
它不再属于哪个或哪几个指定的金属离子，而是整块金属的“集体财富”，它们在整个晶体内自由，所以有人描述金属内部的实际情况是“金属离子沉浸在自由电子的海洋中”，这种描述正是自由电子的决定的。
金属阳离子与自由电子之间存在着较强的作用，因而使金属离子相互结合在一起，形成金属晶体。
通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体，叫做金属晶体。
汞在常温下是液态，这是金属晶体中的一个特例。
汞仍然是金属，冷却到其熔点以下，它可形成晶体，晶类型依旧是金属晶体。
金属晶体结构中，金属原子一层一层紧密地堆积着排列。
离子晶体和分子晶体的结构是最小重复单元在空间的无限延伸；原子晶体的结构是原子形成的空间网状结金属晶体的结构是金属原子一层一层紧密堆积的。
金属原子的价电子比较少，价电子跟原子核的联系又比较松弛，金属原子容易失去电子。
因此，金属的结际上是金属原子释出电子后所形成的金属离子按一定规律堆积的（以一定的紧密形式堆积）。
释出的价电整个晶体里自由地运动着，这些电子叫做自由电子。
在金属晶体里自由电子并不专属于某几个特定的金属，它们几乎均匀地分布在整个晶体里，被许多金属离子所共有。
2、金属的物理性质
金属在常温下，一般大多都是晶体（除汞外），有金属光泽、不透明、容易导电、导热、有延展性。
理解物理性质的时候要把握好共性与特殊性，如金属一般有金属光泽，但铜是红色的、铅是蓝白色的、金是黄等。
同时要把握好物理性质与金属晶体结构的关系：
①导电性：自由电子在外加电场电场作用下定向移动。
金属晶体的导电性与金属晶体中自由电子有关．在外加电场条件下，自由电子定向运动而形成电流。
金属晶体在固态时能导电，是因为自由电子定向移动而形成电流。
离子晶体在固态时则不能导电，因为此、阳离子不能自由移动，在熔融或水溶液状态下，阴、阳离子可自由移动，离子晶体才能导电。
不同的金属有不同的导电能力，导电性最强的三种金属依次是Ag、Cu、Al。