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1、专题3 第一单元 金属晶体莆田擢英中学 蔡萍双铋铋(Bi)金金(Au)锇锇(Os)稼稼(Ga)Pt(铂铂)锑锑(Sb)金属晶体金属晶体铬铬(Cr)钛钛(Ti)铌（铌（Nb)钼钼(Mo)钨钨(W)铼铼(Re)钌钌(Ru)镥镥(Lu)理论基础：理论基础：晶胞晶胞能够反映晶体结构特征的基本重复单位能够反映晶体结构特征的基本重复单位晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位。完全等同的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。完全等同的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。理论基础：理论基础：紧密堆积微粒之间的作用力，微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的使微粒间尽可能的相互接近使它们占相互接
2、近使它们占有最小的空间降低有最小的空间降低体系能量。体系能量。配位数在密堆积中，在密堆积中，一个原子周围距离一个原子周围距离最近且相等的原子最近且相等的原子的数目。的数目。空间利用率晶体的空间被微粒晶体的空间被微粒占满的体积百分数，占满的体积百分数，用来表示紧密堆积用来表示紧密堆积的程度。的程度。理论假设：理论假设：金属原子可看成是半径相等的刚性球体。等径刚性圆球相切高度有序紧密堆积。堆等径刚性圆球相切高度有序紧密堆积。堆积越紧密，体系能量越低，结构越稳定。积越紧密，体系能量越低，结构越稳定。金属晶体结构特点金属晶体结构特点：合作探究合作探究三维空间里金属晶体原子的堆积方式？三维空间里金属晶体
3、原子的堆积方式？一维空间一维空间（一列）（一列）二维空间二维空间（平面）（平面）三维空间三维空间（体）（体）一维空间紧密堆积：一维空间紧密堆积：1234123456（a a）非密置层）非密置层 （b b）密置层）密置层球对球，行列对齐球对球，行列对齐四球一空四球一空球对凹穴，行列相错球对凹穴，行列相错三球一空三球一空配位数配位数=4 4配位数配位数=6 6小组：自制的二维堆积模型：小组：自制的二维堆积模型：任务1：任务2探究探究非密置层非密置层在空间的堆积方式在空间的堆积方式1.1.集体制作集体制作非密置层非密置层在三维空间的堆积模型在三维空间的堆积模型2.2.对比分析不同堆积的原子配位数对比
4、分析不同堆积的原子配位数3.3.尝试从堆积模型中抽取晶胞尝试从堆积模型中抽取晶胞提示晶胞一般选取平行六面体相关物品：中药丸的蜡壳，双面胶 将将将将非密置层非密置层非密置层非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的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来（至少堆至少堆至少堆至少堆3 3层层层层），使），使），使），使相邻层相邻层相邻层相邻层上的小球上的小球上的小球上的小球紧密接触紧密接触紧密接触紧密接触，有哪些堆积方式？，有哪些堆积方式？，有哪些堆积方式？，有哪些堆积方式
5、？简单立方堆积简单立方堆积金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型1 1这样得到的是简单立方堆积这样得到的是简单立方堆积,自然界只有钋自然界只有钋(Po)(Po)采采用这种排列用这种排列.配位数配位数 6 6体心立方堆积体心立方堆积金属晶体的原子空间堆积模型金属晶体的原子空间堆积模型2 2配位数配位数 8 8金属晶体的堆积方式金属晶体的堆积方式钾型钾型NaNa、K K、CrCr、MoMo、W W等属于体等属于体心立方堆积心立方堆积。任务3探究探究密置层密置层在空间的堆积方式在空间的堆积方式1.1.集体制作集体制作密置层密置层在三维空间的在三维空间的最密堆积最密堆积模型模型2.2.尝
6、试从堆积模型中分析配位数及抽取晶胞尝试从堆积模型中分析配位数及抽取晶胞相关物品：中药丸的蜡壳，双面胶 将将将将密置层密置层密置层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的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来的小球在一个平面上黏合在一起，再一层一层地堆积起来（至少堆至少堆至少堆至少堆4 4层层层层），使），使），使），使相邻层相邻层相邻层相邻层上的小球上的小球上的小球上的小球紧密接触紧密接触紧密接触紧密接触，有哪些堆积方式？，有哪些堆积方式？，有哪些堆积方式？，有哪些堆积方式？注意：堆积方式的周期性、稳定性注意：堆积方
7、式的周期性、稳定性注意：堆积方式的周期性、稳定性注意：堆积方式的周期性、稳定性三维堆积三维堆积由最密置层堆积的两种方式由最密置层堆积的两种方式金属晶体的金属晶体的最密置层最密置层堆积方式堆积方式123456 第二层第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准对第一层来讲最紧密的堆积方式是将球对准1 1，3 3，5 5 位。位。(或对准或对准 2 2，4 4，6 6 位，其情形是一样的位，其情形是一样的)123456 关键是第三层关键是第三层，对第一、二层来说，第三层，对第一、二层来说，第三层可以有可以有两种两种最紧密的堆积方式。最紧密的堆积方式。A AB B俯视图俯视图 下图是此种六方下图是
8、此种六方紧密堆积的前视图紧密堆积的前视图ABABA第一种是将球对准第一层的球第一种是将球对准第一层的球123456 于是于是每两层形成一个周每两层形成一个周期期，即，即 AB AB AB AB 堆积方式，堆积方式，形成六方紧密堆积。形成六方紧密堆积。配位数配位数12(12(同层同层 6 6，上下层各，上下层各 3)3)(三三)六方最密堆积六方最密堆积如：镁、锌、钛如：镁、锌、钛 第三层的另一种排第三层的另一种排列方式，是将球对准列方式，是将球对准第一层的第一层的2 2，4 4，6 6位位，不同于不同于 AB AB 两层的位两层的位置，这是置，这是 C C 层层12345612345612345
9、6123456此种立方紧密堆积的前视图此种立方紧密堆积的前视图ABCAABC 第四层再排第四层再排 A A，于，于是形成是形成 ABC ABC ABC ABC 三层三层一个周期。得到一个周期。得到面心立面心立方堆积方堆积。配位数配位数12(12(同层同层 6 6，上下层各，上下层各 3)3)A A1 1堆积：堆积：堆积：堆积：抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积(cubic closest packing)简写为简写为ccp。A AA AB BC Cxyz ABC ABC ABC ABC 形式的堆积，为什么是面心立方堆积？形式的堆积，为什么是面心立方堆积
10、？我们来加以说明。我们来加以说明。123456面心立方最密堆积面心立方最密堆积体心立方体心立方简单立方简单立方金属晶体的基本堆积模型金属晶体的基本堆积模型六方最密堆积六方最密堆积思考：金属晶体中晶胞粒子数的计算思考：金属晶体中晶胞粒子数的计算1 12 24 43 37 76 68 85 51 12 22 21 13 34 4请看请看:1 1体心：体心：1 1面心：面心：1/21/2顶点：顶点：1/81/8棱边：棱边：1/41/4顶点占顶点占1/8棱上占棱上占1/4面心占面心占1/2 体心占体心占1 微粒数为：微粒数为：81/8+1=2 微粒数为：微粒数为：81/8+61/2=4 微粒数为：微粒
11、数为：81/8+1=2(2)(2)体心立方堆积：体心立方堆积：(3)(3)面心立方：面心立方：(4)(4)六方晶胞：六方晶胞：微粒数为：微粒数为：81/8=1(1)(1)简单简单立方：立方：计算下列晶胞中金属原子的数目：计算下列晶胞中金属原子的数目：长方体晶胞中不同位置的粒子晶胞的贡献：长方体晶胞中不同位置的粒子晶胞的贡献：顶点顶点-1/8 棱棱-1/4 面心面心-1/2 体心体心-1下图是晶胞的切面示意图a aa aa aa aa a计算面心立方最密堆积的空间利用率：计算面心立方最密堆积的空间利用率：理解金属晶体中原理解金属晶体中原子的堆积方式子的堆积方式六方堆积六方堆积面心立方堆积面心立方
12、堆积体心立方堆积体心立方堆积简单立方堆积简单立方堆积钾钾型型铜铜型型钋钋型型镁镁型型课后思考课后思考空间利用率计算公式：空间利用率计算公式：nV（金属原子）（金属原子）V（晶胞）（晶胞）100%1 1、根据对金属晶体四种基本堆积模型的分析，结合所、根据对金属晶体四种基本堆积模型的分析，结合所学数学几何知识，利用以下计算公式，计算其它三种学数学几何知识，利用以下计算公式，计算其它三种种堆积方式空间利用率。种堆积方式空间利用率。n n 为晶胞均摊的原子数为晶胞均摊的原子数3 3、以学习小组为单位查阅资料，调查新型金属材料、以学习小组为单位查阅资料，调查新型金属材料的晶体结构，及对应的性能。的晶体结构，及对应的性能。2 2、利用均摊法计算六方最密堆积模型中的原子个数、利用均摊法计算六方最密堆积模型中的原子个数（六棱柱）。（六棱柱）。