金属晶体：金属的结构和性质课件.ppt

1、金属晶体 金属晶体 在在100多种化学元素中多种化学元素中,金属约占金属约占80%。不透明不透明 且有金属光泽；且有金属光泽；高的导电性和传热性；高的导电性和传热性；高的机械强度和延展性。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金属的特性是金属内部电子结构及晶体结构的外在反映。构的外在反映。金属键金属键金属原子间形成的较强的作用。金属原子间形成的较强的作用。金属晶体 自由电子模型完全忽略电子间的相互作用自由电子模型完全忽略电子间的相互作用,也也忽略了原子实形成的周期势场对自由电子的作用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处理结果当然与真实金

2、属有差距,后来发展了后来发展了“近近自由电子模型自由电子模型”。电子由局限某个原子周围运动电子由局限某个原子周围运动扩展到整个金属运动扩展到整个金属运动,能量降低。能量降低。金属晶体 能带理论可以看成是多原子分子轨道理论的极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，限情况。将整块金属当作一个巨大的超分子体系，晶体中晶体中N个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过线性组合，得到线性组合，得到N个分子轨道。它是扩展到整块金属个分子轨道。它是扩展到整块金属的离域轨道。由于的离域轨道。由于N 的数值很大（的数值很大（1023

3、数量级）数量级）,得到的分子轨道间的能级间隔极小，形成一个能带。得到的分子轨道间的能级间隔极小，形成一个能带。金属晶体 能带能带结构结构 金属晶体 导体、绝缘体和半导体的能带结构特征导体、绝缘体和半导体的能带结构特征 导体具有导带；绝缘体只有满带和空带导体具有导带；绝缘体只有满带和空带,且二者之且二者之间的禁带较宽间的禁带较宽(E5eV)。半导体也是只有满带和空半导体也是只有满带和空带带,但二者之间的禁带较窄但二者之间的禁带较窄(E3eV）。）。金属晶体 导导 体体 绝缘体绝缘体半导体半导体eVEg3eVEg5金属晶体 若将金属键看作原子若将金属键看作原子间各向同性的相互作用，间各向同性的相互

4、作用，金属原子在晶体中总是趋金属原子在晶体中总是趋向于向于，即金，即金属晶体最常见的结构型式属晶体最常见的结构型式是具有是具有，能充分利用空，能充分利用空间的结构。间的结构。金属晶体 配位数配位数 6每个原子周每个原子周围的空隙数围的空隙数6对称性对称性6 6正当格子正当格子 平面六方平面六方每个原子分每个原子分得的空隙数得的空隙数2金属晶体金属晶体金属晶体金属晶体 第三层球有两种放法。其一每个球正对第一层：若第三层球有两种放法。其一每个球正对第一层：若第一层为第一层为A，第二层为，第二层为B，以后的堆积按，以后的堆积按ABAB重复。重复。此堆积方式称为六方最密堆积（或此堆积方式称为六方最密堆

5、积（或 A3 型）。型）。金属晶体 第二种放法第二种放法,将第三层球放在第一层未被覆盖将第三层球放在第一层未被覆盖的空隙上的空隙上,形成形成 C 层层,以后堆积按以后堆积按 ABCABC重重复。此堆积方式为立方最密堆积复。此堆积方式为立方最密堆积(或或 A1 型型)。金属晶体 金属晶体 金属晶体金属晶体87,31,32 81,31,32 ;85,0,0 83,0,0；43,32,31 41,32,31；金属晶体%05.74%10062%1003/222/3)2/(3/42%100)60sin(3/42%10033aaaahabr晶胞体积晶胞内球的体积金属晶体 63hm金属晶体 金属晶体 金属晶

6、体金属晶体金属晶体金属晶体%05.74%1003/44%10033arVV晶胞球金属晶体 金属晶体 金属晶体 金属晶体金属晶体金属晶体金属晶体 金属晶体 金属晶体 金属晶体金属晶体金属晶体 金属晶体中紧邻金属原子的核间距一半金属晶体中紧邻金属原子的核间距一半为金属原子半径，也称为为金属原子半径，也称为接触半径接触半径。确定金属单质的结构型式及晶胞参数后，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就可求得金属原子的半径 r。金属晶体 ：A1型型:42ra24raA3型型:2ra2ar A2型型:43ra34raA4型型:83ra38ra金属晶体 来源：来源：X衍射，测量晶胞参数及

7、点阵形式衍射，测量晶胞参数及点阵形式 计算：把相互接触的相同原子的平衡核间距对分计算：把相互接触的相同原子的平衡核间距对分 即为原子半径即为原子半径 原子半径与晶体结构形式有关，主要是因为配位原子半径与晶体结构形式有关，主要是因为配位 数不同引起的，配位数越高，半径越大数不同引起的，配位数越高，半径越大金属晶体 ra42 金属晶体 本本 章章 总总 结结 5.配位数配位数 2.正当晶胞正当晶胞 3.晶胞内含有原子的个数、空隙的种类及球晶胞内含有原子的个数、空隙的种类及球 数、空隙数比数、空隙数比 4.半径与晶胞参数的关系半径与晶胞参数的关系 1.堆积方式堆积方式 习 题填空题：填空题：1.在过

8、渡金属化合物中，由于在过渡金属化合物中，由于Jahn-Teller效应使构型效应使构型 发生大畸变，若为强场配体，畸变发生在发生大畸变，若为强场配体，畸变发生在d7和和d9，若为弱场配体，发生在若为弱场配体，发生在 (d4,d9)2.配体配体CN-，NH3，X-在络离子光谱化学序列中的顺序、在络离子光谱化学序列中的顺序、是：是：(X-NH3 23 B.132 C.321 D.2314.异丙苯中，质子种类数及各类质子的峰的分裂数：异丙苯中，质子种类数及各类质子的峰的分裂数：A.5;2,7,2,4,3 B.6;4,4,7,2,2,2 C.5;2,7,4,4,4 D.6;4,4,7,2,4,3习 题

9、5.有一有一AB晶胞，其中晶胞，其中A和和B原子的分数坐标为原子的分数坐标为A(0,0,0)B(1/2,1/2,1/2),属于：属于：A.立方体心点阵立方体心点阵 B.立方面心立方面心 C.立方底心立方底心 D.立方简单立方简单6.LiCl晶体晶体(NaCl晶型晶型)的晶胞边长为的晶胞边长为a,假定阴离子之间假定阴离子之间 接触，则接触，则Cl-的半径为：的半径为：aaaa4/2 D.2/1.C2/2 B.2.A习 题7.(211)晶面表示了晶面在晶轴上的截距为晶面表示了晶面在晶轴上的截距为()A.2a,b,c B.a,2b,2c C.2a,b,2c D.2a,2b,c8.X-射线产生是由于射

10、线产生是由于()A.原子内层电子能级间的跃迁原子内层电子能级间的跃迁 B.原子的价电子能级间的跃迁原子的价电子能级间的跃迁 C.分子轨道能级的跃迁分子轨道能级的跃迁D.分子转动能级的跃迁分子转动能级的跃迁习 题9.对于立方面心点阵形式，下列衍射发生系统消光的对于立方面心点阵形式，下列衍射发生系统消光的 是是()A.(112)B.(246)C.(200)D.(123)10.根据正当单位选取规则，下列哪个平面格子属于根据正当单位选取规则，下列哪个平面格子属于 正当格子正当格子()A.正方及正方带心正方及正方带心 B.六方及六方带心六方及六方带心 C.平行四边形及其带心平行四边形及其带心 D.矩形及

11、其带心矩形及其带心1.已知金属已知金属Pt为为A1密堆积密堆积,晶胞参数晶胞参数 a=3.923 ,原原 子量为子量为M=195。(1)指出正当晶胞的型式，所属晶系和晶胞参数指出正当晶胞的型式，所属晶系和晶胞参数;(2)晶胞内有几个晶胞内有几个Pt原子，写出各原子分数坐标原子，写出各原子分数坐标;(3)求出空间占有率和密度。求出空间占有率和密度。解：解：(1)立方面心立方面心 立方晶系：立方晶系：090,cba习 题(2)含有含有4个个Pt原子原子:(000),(1/2 1/2 0),(1/2 0 1/2),(0 1/2 1/2)arar4/2,24%74%1004)4/2(3/4243/43

12、333aaaar333310233330/46.21/1046.21)10923.3(1002.610195410/4cmgmkgaNM(3)习 题(2)含有含有4个个Pt原子原子:(000),(1/2 1/2 0),(1/2 0 1/2),(0 1/2 1/2)arar4/2,24%74%1004)4/2(3/4243/43333aaaar333310233330/46.21/1046.21)10923.3(1002.610195410/4cmgmkgaNM(3)习 题习 题2.某一立方晶系晶体，晶胞的顶点位置全为某一立方晶系晶体，晶胞的顶点位置全为A占据，面心全占据，面心全 为为B占据，体

13、心为占据，体心为C占据。占据。求求:(a)给出晶体的化学式；给出晶体的化学式；(b)写出各原子的分数坐标；写出各原子的分数坐标；(c)指出晶体的点阵形式；指出晶体的点阵形式；解：解：(a)顶点位置全顶点位置全A，面心全，面心全B，体心全，体心全C 则该晶胞中则该晶胞中A、B、C个数分别为：个数分别为：81/8=1,61/2=3,11=1即：化学式为即：化学式为AB3C习 题;0,0,0A);21,21,0)(0,21,21)(21,0,21(B21,21,21C(b)(c)该晶体为立方该晶体为立方P点阵点阵习 题3.金属铈原子量为金属铈原子量为140.12 g/mol，若为立方晶系晶体，其，若为立方晶系晶体，其 晶胞边长晶胞边长a=5.1，该晶体密度为，该晶体密度为7.09 g/cm3。求：求：(a)判断该晶体是立方判断该晶体是立方P？还是立方？还是立方I或立方或立方F？(b)求出铈原子半径为多少求出铈原子半径为多少；(c)指出其堆积种类和配位数；指出其堆积种类和配位数；解：解：(a)412.1401002.6)101.507.7.23380MNVz该晶体是立方该晶体是立方F 习 题(b)该晶体是立方该晶体是立方F，则，则oo222A803.18A1.58842aaRRa(c)堆积种类为堆积种类为A1型，配位数为型，配位数为12