资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第八章 金属的结构和性质,在,100,多种化学元素中,金属约占,80%,。,金属的特性,不透明,且有金属光泽；,高的导电性和传热性；,高的机械强度和延展性。,金属的特性是金属内部电子结构及晶体结构的外在反映。,金属键,金属原子间形成的较强的作用。,11/25/2024,1,第八章 金属的结构和性质,8-1,金属键,一、,金属键的自由电子模型,根据自由电子模型，金属中的电子类似于三维势箱中运动的粒子，其 方程为：,自由电子模型,11/25/2024,2,第八章 金属的结构和性质,解此方程得,:,11/25/2024,3,第八章 金属的结构和性质,自由电子模型完全忽略电子间的相互作用,也忽略了原子实形成的周期势场对自由电子的作用,处理结果当然与真实金属有差距,后来发展了“近自由电子模型”。,电子由局限某个原子周围运动,扩展到整个金属运动,能量降低。,金属键,的本质,11/25/2024,4,第八章 金属的结构和性质,二、,金属键的能带理论,能带理论可以看成是多原子分子轨道理论的极限情况。将整块金属当作一个巨大的超分子体系，晶体中,N,个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过线性组合，得到,N,个分子轨道。它是扩展到整块金属的离域轨道。由于,N,的数值很大（,10,23,数量级）,得到的分子轨道间的能级间隔极小，形成一个能带。,11/25/2024,5,第八章 金属的结构和性质,每个能带在固定的能量范围,内层原子轨道形成的能带较窄,外层原子轨道形成的能带较宽,各个能带按能级高低排列起来。,满带,已填满电子的能带；,空带,无填充电子的能带；,导带,有电子但未填满的能带。,能带结构,11/25/2024,6,第八章 金属的结构和性质,能带,允许电子存在的区域；,禁带,能带的间隔，电子不能存在的区域。,导体、绝缘体和半导体的能带结构特征,导体具有导带；绝缘只有满带和空带,且二者之间的禁带较宽,(,E5eV,),。半导体也是只有满带和空带,但二者之间的禁带较窄,(,E3eV,）。,11/25/2024,7,第八章 金属的结构和性质,导体、绝缘体和半导体的能带结构特征,导 体,绝缘体,半导体,11/25/2024,8,第八章 金属的结构和性质,8-2,等径圆球的密堆积和金属单质的结构,若将金属键看作原子间各向同性的相互作用，金属原子在晶体中总是趋向于密堆积的结构，即金属晶体最常见的结构型式是具有堆积密度大，原子配位数高，能充分利用空间的结构。,一、,等径圆球的密堆积,1,、,A1,和,A3,最密堆积,11/25/2024,9,第八章 金属的结构和性质,等径圆球平铺成最密的一层只有一种形式,即每个球都与,6,个球相切。,等径球密置单层,11/25/2024,10,第八章 金属的结构和性质,等径球密置双层,第二层球堆上去,为了保持最密堆积,应放在第一层的空隙上。每个球周围有,6,个空隙,只可能有,3,个空隙被第二层球占用。,11/25/2024,11,第八章 金属的结构和性质,等径球密置三层,第三层球有两种放法。其一每个球正对第一层：若第一层为,A,，第二层为,B,，以后的堆积按,ABAB,重复。此堆积方式称为六方最密堆积（或,A3,型）。,11/25/2024,12,第八章 金属的结构和性质,第二种放法,将第三层球放在第一层未被覆盖的空隙上,形成,C,层,以后堆积按,ABCABC,重复。此堆积方式为立方最密堆积,(,或,A1,型,),。,11/25/2024,13,第八章 金属的结构和性质,正八面体空隙,(a),和正四面体,(b),(a),(b),11/25/2024,14,第八章 金属的结构和性质,在等径圆球的两种堆积方式中，每个球在同一层与,6,个球相切，上下层各与,3,个球接触，配位数均为,12,。,ABCABC,ABAB,11/25/2024,15,第八章 金属的结构和性质,立方最密堆积,(A1),(a),(b),(a),立方最密堆积侧视图,;(b)A1,堆积的立方晶胞,(1),堆积方式,ABCABC,11/25/2024,16,第八章 金属的结构和性质,体对角线方向（,111,面）为密置层法线方向，晶胞内有四个球代表四个金属原子。,(2),正当晶胞,立方面心复晶胞,A1,密堆积正当晶胞,原子分数坐标：,顶点：,(0,0,0),面心：,(1/2,1/2,0),(1/2,0,1/2,),(0,1/2,1/2),11/25/2024,17,第八章 金属的结构和性质,晶胞参数：,配位数：,球数,:,八面体空隙数,:,四面体空隙数,设球的半径为,r,，晶胞棱长为,a,则：,(3),空间占有率,1:1:2,11/25/2024,18,第八章 金属的结构和性质,六方最密堆积,(A3),(1),堆积方式,ABAB,(2),正当晶胞,六方复晶胞,六方晶胞,六方晶胞中的圆球位置,11/25/2024,19,第八章 金属的结构和性质,A3,密置层为,(001),面，晶胞内有,2,个球代表,2,个金属原子。,原子分数坐标：,顶 点,:(0,0,0);,侧体心,:(2/3,1/3,1/2),晶胞参数：,配位数：,11/25/2024,20,第八章 金属的结构和性质,(3),空间占有率,球数,:,八面体空隙数,:,四面体空隙数,1:1:2,11/25/2024,21,第八章 金属的结构和性质,2,、,A2,和,A4,密堆积,立方体心密堆积,(A2),(1),堆积方式,立方体心密堆积，不是最密堆积，只是立方体对角线方向上有密置列，已无密置层。,(2),正当晶胞,原子分数坐标：,顶 点,:(0,0,0);,体心,:(1/2,1/2,1/2),（晶胞内有两个原子）,11/25/2024,22,第八章 金属的结构和性质,配位数：,晶胞参数：,(3),空间占有率,11/25/2024,23,第八章 金属的结构和性质,四面体型堆积,(A4),(1),堆积方式,按四面体堆积在一起，无密置层，也无密置列。,(2),正当晶胞,立方面心复晶胞,11/25/2024,24,第八章 金属的结构和性质,(,0,0,0),(1/2,1/2,0),(1/2,0,1/2),(0,1/2,1/2),；,(,1/4,1/4,1/4),(,3/4,3/4,1/4,),(,1/4,3/4,3/4),(,3/4,1/4,3/4),(3),空间占有率,配位数：,原子分数坐标：,(,晶胞中有,8,个,C,原子,),11/25/2024,25,第八章 金属的结构和性质,二、,金属单质的结构情况,金属单质晶体几种典型的结构,11/25/2024,26,第八章 金属的结构和性质,三、,金属原子的半径,金属晶体中紧邻金属原子的核间距一半为金属原子半径，也称为,接触半径,。,确定金属单质的结构型式及晶胞参数后，就可求得金属原子的半径,r,。,11/25/2024,27,第八章 金属的结构和性质,A1,型,:,A3,型,:,A2,型,:,A4,型,:,(,面对角线,),半径,r,与晶胞参数,a,的关系如下,：,(,体对角线,),(,体对角线,),11/25/2024,28,第八章 金属的结构和性质,金属原子半径,r,与配位数关系：,金属原子半径与堆积形式有关，,CN,越大，,r,越大。,A1,A3,型最密堆积中，,CN,=12,，所以金属原子半径以,A1,A3,结构为标准。对于配位数低于,12,的类型，若求其标准半径,(,相当于,CN=12),需要进行系数转换。,配位数,相对半径比,12,8,6,4,1.00,0.97,0.96,0.88,11/25/2024,29,第八章 金属的结构和性质,例,题,已知金属,Pt,为,A1,密堆积,晶胞参数,原子量为,M,=195,。,(1),指出正当晶胞的型式，所属晶系和晶胞参数,;,(2),晶胞内有几个,Pt,原子，写出各原子分数坐标,;,(3),求出空间占有率和密度。,解：,(1),立方面心复晶胞,立方晶系：,(2),含有,4,个,Pt,原子,:,11/25/2024,30,第八章 金属的结构和性质,(000),(1/2 1/2 0),(1/2 0 1/2),(0 1/2 1/2),11/25/2024,31,第八章 金属的结构和性质,本 章 总 结,一、掌握,A1,最密堆积和,A2,密堆积,5,.,配位数,2,.,正当晶胞,3,.,晶胞内含有原子的个数、空隙的种类及球,数、空隙数比,4,.,半径与晶胞参数的关系,1,.,堆积方式,二、了解,A3,最密堆积,11/25/2024,32,
展开阅读全文