1、第3章第1节 认识晶体 一 晶体的特性 1 晶体与非晶体 1 晶体 内部微粒 原子 离子或分子 在空间按一定规律做周期性重复排列构成的固体物质 2 非晶体 内部原子或分子的排列呈现杂乱无章的分布状态 2 晶体的特性 1 具有规则的几何外形 2 自范性 在适宜条件下 晶体能够自发地呈现封闭的 规则的多面体外形 3 各向异性 晶体在不同方向上表现出不同的物理性质 4 对称性 晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性 5 晶体有固定的熔点而非晶态没有 3 晶体的种类 根据内部微粒的种类和微粒间的相互作用不同 将晶体分为离子晶体 金属晶体 原子晶体和分子晶体 性质 用途 4 晶体的用途 二 晶体结构的堆
2、积模型 组成晶体的原子 离子或分子在没有其他因素 如共价键的方向性 影响时 在空间的排列大都服从紧密堆积原理 这是因为分别借助于没有方向性的金属键 离子键和分子间相互作用形成的金属晶体 离子晶体和分子晶体的结构中 都趋向于使原子或分子吸引尽可能多的原子或分子分布于周围 并以密堆积的方式降低体系的能量 使晶体变得比较稳定 在一个层中 最紧密的堆积方式 是一个球与周围6个球相切 在中心的周围形成6个凹位 将其算为第一层 1 等径圆球的密堆积 由于金属键没有方向性 每个金属原子中的电子分布基本是球对称的 所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的 等径圆球的密堆积方式有A3型最密堆
3、积 A1型最密堆积 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 关键是第三层 对第一 二层来说 第三层可以有两种最紧密的堆积方式 下图是A3型六方紧密堆积的前视图 A 第一种是将球对准第一层的球 于是每两层形成一个周期 即ABAB堆积方式 形成六方紧密堆积 A3型 配位数12 同层6 上下层各3 面心立方紧密堆积的前视图 A 第四层再排A 于是形成ABCABC三层一个周期 得到面心立方堆积 A1型 配位数12 同层6 上下层各3 ABCABC形式的堆积 为什么是面心立方堆积 我们来加以说明 这两种堆积都是最紧密堆积 空间利用率为74 05 2
4、非等径圆球的密堆积 由离子构成的晶体可视为不等径圆球的密堆积 即将不同半径的圆球的堆积看成是大球先按一定方式做等径圆球的密堆积 小球再填充在大球所形成的空隙中 配位数 一个原子或离子周围所邻接的原子或离子的数目 如NaCl配位数为6 即每个Na 离子周围直接连有6个CI 反之亦然 三 晶体结构的基本单元 晶胞 1 晶胞 1 晶胞 从晶体中 截取 出来具有代表性的最小部分 是能够反映晶体结构特征的基本重复单位 2 晶胞一定是一个平行六面体 其三条边的长度不一定相等 也不一定互相垂直 晶胞的形状和大小由具体晶体的结构所决定 晶胞通常不是八面体或六方柱体等其他形状 3 整个晶体就是晶胞按其周期性在二
5、维空间重复排列而成的 这种排列必须是晶胞的并置堆砌 所谓并置堆砌是指平行六面体之间没有任何空隙 同时 相邻的八个平行六面体均能共顶点相连接 平行六面体 无隙并置 2 常见三种密堆积的晶胞 六方晶胞 A3型 面心立方晶胞 A1型 体心立方晶胞 A2型 思考 金属晶体中晶胞粒子数的计算 晶胞中原子个数的计算 晶体中晶胞粒子数的计算 1 顶端原子一般只计算棱边原子一般只计算面上原子一般只计算内部原子一般计算成 2 晶胞内含的原子数 a 1 8 b 1 4 c 1 2 da位于顶点的原子或离子数 b为位于棱边的原子或离子数 c为位于面上的原子或离子数 d为位于晶胞内的原子或离子数 立方晶体中 1 8
6、1 2 1 4 1 3 晶胞中微粒数的计算 1 六方晶胞 在六方体顶点的微粒为6个晶胞共有 在面心的为2个晶胞共有 在体内的微粒全属于该晶胞 微粒数为 12 1 6 2 1 2 3 6 长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献 顶点 1 8棱 1 4面 1 2心 1 2 面心立方 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共有 在面心的为2个晶胞共有 微粒数为 8 1 8 6 1 2 4 3 体心立方 在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享 处于体心的金属原子全部属于该晶胞 微粒数为 8 1 8 1 2 思考 钠的晶胞里 含多少原子 2 1 在金属晶体中最常见的三种堆积方式有 1 配位数为8的堆积 2 配位数为的立方面心堆积 3 配位数为的堆积 其中以ABAB方式堆积的和以ABCABC方式堆积的空间利用率相等 就的堆积层来看 二者的区别是在第层 能力训练1 立方体心 12 12 六方密堆积 立方面心堆积 六方密堆积 三 2 若如右图六棱柱状晶胞 顶端原子一般只计算棱边原子一般只计算面上原子一般只计算内部原子一般计算成若此晶胞所有原子相同 则此晶胞中含个原子 1 6 1 4 1 2 1 6
