金属晶体原子堆积模型
金属及各类晶体配位数计算图总结
2.立方密堆积(立方密积) (1)堆积形式 如图所示：ABCABC…组合 (2)堆积特点 层的垂直方向为三次象转轴。 既是立方体的空间对角线。 原胞当中包含一个粒子，是 布拉菲格子。
3.典型结构的配位数 (1)六角密积和立方密积的配位数都是十二。即晶体中最 大配位数为十二。 (2)当晶体不是由全同的粒子组成时，相应的配位数要发 生变化—减小。由于晶体的对称性和周期性的特点，以 及粒子在结合成晶体时，是朝着结合能最小、最稳固的 方向发展。因此，相应的配位数只能取: 8(CsCl 型 结 构 ) 、 6(NaCl 型 结 构 ) 、 4( 金 刚 石 型 结 构 ) 、 3(层状结构)、2(链状结构)。
影响配位数的因素如下 ： 1、中心原子的大小 2、中心原子的电荷 3、配体的性质
中心原子的大小
中心原子的最高配位数决定于它在周期表中的 周次。
在周期表内,第1周期元素的最高配位数为2； 第2周期元素的最高配位数为4；
第3周期为6,以下为8、10。
最高配位数是指在配合物中,中心原子周围的最 高配位原子数,实际上一般可低于最高数。
中心离子的配位数一般是2、4、6， 最常见的是4和6，配位数的多少取决于 中心离子和配体的性质──电荷、体积、 电子层结构以及配合物形成时的条件， 特别是浓度和温度。
一般来讲，中心离子的电荷越高 越有利于形成配位数较高的配合 物
如Ag，其特征配位数为2，如 [Ag(NH3)2]；Cu，其特征配位数为4，例 [Cu(NH3)4]；
2-
中心离子（或原子）同单基配体结合的数 目就是该中心离子（或原子）的配位数。 例如[Cu(NH3)4]SO4中Cu离子的配位数为4， [Co(NH3)2（HO)4]Cl中Co离子的配位数为6。 中心离子（或原子）同多基配体配合时， 配位数等同于配位原子数目，例如[Cu(en)] 中的乙二胺（en）是双基配体，因此Cu离 子的配位数为4。
高中化学选修三《物质结构与性质》《金属晶体的原子堆积模型》【创新教案】
第三节金属晶体
第二课时
知识目标：
1. 了解金属晶体内原子在平面中的几种常见排列方式。
2．了解金属晶体内原子在立体空间中的常见排列方式。
3．训练学生的动手能力和空间想象能力，培养学生的合作意识。
过程与方法：
1．建立金属原子为等径球体的模型观念。
2．通过亲自排列小球，探究金属原子在平面中的排列方式，以及排列的密集程度。
3．通过粘贴小球，体会原子在三维空间中的堆积过程。
情感态度价值观：
1．通过对金属原子的实际排列过程，锻炼同学的动手能力，在活动过程中，培养学生思考问题，解决问题的能力。
2．养成务实求真、勇于探索的科学态度，重点培养学生“主动参与、乐于探究、交流合作”的精神。
学习重难点：
1．金属晶体的4种基本堆积模型。
2．面心立方最密堆积和六方最密堆积的区别与联系。
3．4种堆积方式所对应的晶胞结果特点。
教学过程
板书设计
第三节金属晶体
一、金属键
二、金属晶体的原子堆积模型
1．简单立方堆积a=2R
空间利用率=52.36%
2．体系立方堆积√3 a = 4R 空间利用率=68.02% 3．体心立方堆积√2 a = 4R 空间利用率=74.05%
4．六方最密堆积a=b=2R 空间利用率=74.05%。
金属晶体金属键堆积方式
修高
3
） 第 三 章
二 化 学 （ 选
第三节
金属晶体
Ti
金属样品 Ti
1、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。
金属为什么具有这些共同性质呢? 2、金属的结构
㈠、金属键
（1）定义： 金属离子和自由电子之间的相互作用。 （2）成键微粒: 金属阳离子和自由电子 （3）键的存在: 金属单质和合金中 （4）方向性: 无方向性 （5）键的本质: 电子气理论
【总结】非金属单质是原子晶体还是分子晶体的 判断方法
（1）依据组成晶体的粒子和粒子间的作用判断： 原子晶体的粒子是原子，质点间的作用是共价键； 分子晶体的粒子是分子，质点间的作用是范德华力。
（2）记忆常见的、典型的原子晶体。 （3）依据晶体的熔点判断：原子晶体熔、沸点高， 常在1000℃以上；分子晶体熔、沸点低，常在数百 度以下至很低的温度。 （4）依据导电性判断：分子晶体为非导体，但部 分分子晶体溶于水后能导电；原子晶体多数为非导 体，但晶体硅、晶体锗是半导体。 （5）依据硬度和机械性能判断：原子晶体硬度大， 分子晶体硬度小且较脆。
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 = 12 空间利用率 = 74.05% 配位数 = 12 空间利用率 = 74.05%
知识拓展－石墨
一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁 黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手 指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶 片状、鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm3， 化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或 氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可 用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔 芯等。
4.金属晶体熔点变化规律
高中化学选修3人教版： 第三章 第三节第二课时 金属晶体原子堆积模型
空间 配位 晶胞 利用 数
率
52％ 6
实例
Po
68% 8
K、 Na、Fe
74% 12
Mg、Zn、Ti
74% 12
Cu、Ag、Au
PART 4
混合晶体（石墨）
四、拓展探究——混合晶体（石墨）
阅读教材P76，“2、混合晶体”，了解石墨的结构。
➢ 结构特点——层状结构
1、同层内碳原子采取sp2 杂化，以共价键(σ键)结
= 74 %
练习：
1、下列关于金属晶体的堆积模型的说法正确的是( C )
A.金属晶体中的原子在二维空间有三种放置方式 B.金属晶体中非密置层在三维空间可形成两种堆积方式，其配 位数都是6 C.六方最密堆积和面心立方最密堆积是密置层在三维空间形成 的两种堆积方式 D.金属晶体中的原子在三维空间的堆积有多种方式，其空间利 用率相同
这种堆积方式空间利用率 （52%） 。
三、金属晶体的原子在三维空间的堆积模型
简单立方晶胞的空间利用率.
解：晶胞边长为a，原子半径为r. a =2 r
每个简单立方晶胞含原子数目： 8 1/8 = 1
空间利用率 = 4/3 r 3 / a 3 = 4/3 r 3/ (2r ) 3 100 %
= 52 %
解：晶胞边长为a，原子半径为r.
√3a =4 r
每个晶胞含原子数目：8 1/8 +1=2
r
空间利用率
= 晶胞含有原子的体积/晶胞体积
a
2r
r
a
a
三、金属晶体的原子在三维空间的堆积模型
对比两种最密堆积方式的异同
镁型
铜型
三、三维空间的堆积模型一(3)镁型
1200
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
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非密置层 配位数为4
密置层 配位数为6
2、金属的三维堆积方式
①简单立方堆积 唯一金属——钋
简单立方堆积的配位数 =6
简单立方堆积的空间占有率 =52%
球半径为r 正方体边长为a =2r
②体心立方堆积（钾型）K、Na、Fe
体心立方堆积的配位数 =8
体心立方堆积的空间占有率 =68%
体对角线长为c 面对角线长为b 棱线长为a 球半径为r
④面心立方最密堆积（铜型）Cu、Ag、Au A C B A C B A
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
12
6
3
54
立方面心最密堆积的配位数 =12
立方面心最密堆积的空间占有率 =74%
堆积模型
采纳这种堆积的典 型代表
空间利用率
配位数
晶胞
简单立方 Po (钋)
52%
6
钾型
复习提问
1.什么是金属键？ 2.什么是金属晶体？ 3.金属晶体有哪些物理性质？ 4.如何理解金属晶体的熔点和硬度？
二、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 且距离相等的微粒个数
空间利用率： 晶体的空间被微粒占满的体积百分数,用 来表示紧密堆积程度
金属的二维堆积方式
c2=b2+a2 b2=a2+a2 c=4r (4r)2=3a2
③六方最密堆积（镁型）Mg、Zn、Ti
1263A源自54BAB A
六方最密堆积的配位数 =12
六方最密堆积的晶胞
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
2 6 2r 3
K、Na、Fe
68%
8
镁型
Mg、Zn、Ti
74%
12
铜型
Cu, Ag, Au
74%
12