1、第三节 金属晶体第二课时过渡金属(除贡外)在常温下一般都是晶体。在金属中，金属原子容易失去外层电子变成金属离子。金属原子释出电子后形成的金属离子按一定规律堆积，释出的电子在整个晶体里自由运动，称为自由电子。金属离子与自由电子之间存在着较强的相互作用，使许许多多金属离子结合在一起形成金属晶体。原子象钢球一样堆积着，咱们接着研究金属原子的堆积模型。板书二、金属晶体的原子堆积模型1、基本概念紧密堆积：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讲金属晶体中的原子可看成直
2、径相等的球体。把它们放置在平面上(即二维空间里)，可有两种方式，如图322所示。投影金属原子在平面上的的两种放置方式：讲金属原子在二维平面里放置得到的两种方式，配位数分别为4和6，可分别称为非密置层和密置层。交流探究动手： 将直径相等的圆球放置在平面上，使球面紧密接触，除上面两种方式外，还有没有第三种方式?你不妨用实物(如用中药丸的蜡壳或玻璃球等)自己动手试一试。汇报取16个直径相等的球体，在平面上排成一正方形，每排都有4个球体。在这种放置方式中，每个球体周围都有4个球体与其紧密接触，得到配位数与其紧密接触，得到配位数为4的试，称为非密置层放置。同样取16个球体，在平面上也排成4排，第二排球体
3、排在第一排球体的间隙中，每排均照此方式排列。在这种放置方式中，每个球体周围都有6个球体与其紧密接触，得到配位数为6的放置方式，称为密置层放置。过渡金属晶体可看成金属原子在三维空间中堆积而成。金属原子堆积有如下4种基本模式。投影讲不难理解，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。板书 2、简单立方堆积：晶胞：一个立方体，1个原子，如金属钋(Po)。投影讲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324所示。设问与立方堆积相比空间利用率那一个高？板
4、书 3、钾型：晶胞：体心立方，两个原子。如碱金属。思考与交流钾型晶胞是立文体。想一想，如果原来的非密置层上的原子保持紧密接触，立方体中心能否容得下一个原子？汇报(1)取8个直径相等的球体，每4个球体按非密置层放置并粘在一起；在三维空间里，把两层球体按球体在同一直线上堆积，形成一立方体，这种堆积为简单立方堆积。每个晶胞含有1个原子。(2)取12个直径相等的球体，每4个球体按非密置层放置并粘在一起，把上层球体放在下层球体形成的凹穴中，每层均照此方式堆积，这种堆积方式称为钾型。形成的晶胞也是一个立方体，每个晶胞含有2个原子非密置层在三维空间里的紧密接触除上述两种方式外，没有第三种方式。交流探究动手：
5、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?板书4、镁型和铜型讲 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325左所示，按ABABABAB的方式堆积；铜型如图325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，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。投影金属晶体的两种堆积方式：板书 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。投影小结
6、空间利用率的计算 1.空 间 占 有 率空 间 占 有 率等 径 球 两 种 最 密 堆 积 具 有 相 同 的 堆 积 密 度 ，等 径 球 两 种 最 密 堆 积 具 有 相 同 的 堆 积 密 度 ，晶 胞 中 圆 球 体 积 与 晶 胞 体 积 之 比 称 空 间 占 有晶 胞 中 圆 球 体 积 与 晶 胞 体 积 之 比 称 空 间 占 有率 ， 六 方 最 密 堆 积 （率 ， 六 方 最 密 堆 积 （ hcp） 与 立 方 最 密 堆 积 （） 与 立 方 最 密 堆 积 （cp） 空 间 占 有 率 均 为） 空 间 占 有 率 均 为 74.05 。 。设 圆 半 径 为
7、设 圆 半 径 为 R， 晶 胞 棱 长 为， 晶 胞 棱 长 为 a， 晶 胞 面 对， 晶 胞 面 对角 线 长角 线 长 则则 晶 胞 体晶 胞 体积积立 方 面 心 晶 胞 中 含立 方 面 心 晶 胞 中 含 4个 圆 球 ， 每 个 球 体 积个 圆 球 ， 每 个 球 体 积为为 : 立 方 最 密 堆 积 虽 晶 胞 大 小 不 同 ， 每 个 晶 胞 中立 方 最 密 堆 积 虽 晶 胞 大 小 不 同 ， 每 个 晶 胞 中含 球 数 不 同 。 但 计 算 得 到 空 间 占 有 率 相 同 。含 球 数 不 同 。 但 计 算 得 到 空 间 占 有 率 相 同 。而
8、体 心 立 方 堆 积 （而 体 心 立 方 堆 积 （ bcp） 则 空 间 占 有 率 低 一） 则 空 间 占 有 率 低 一些 。些 。体 对 角 线 长 为体 对 角 线 长 为晶 胞 体 积晶 胞 体 积体 心 立 方 晶 胞 含体 心 立 方 晶 胞 含 2个 球个 球2、 某 些 金 属 晶 体、 某 些 金 属 晶 体 (Cu、 Ag、 Au)的 原 子 按 面的 原 子 按 面心 立 方 的 形 式 紧 密 堆 积 ， 即 在 晶 体 结 构 中 可心 立 方 的 形 式 紧 密 堆 积 ， 即 在 晶 体 结 构 中 可以 划 出 一 块 正 立 方 体 的 结 构 单
9、元 ， 金 属 原 子以 划 出 一 块 正 立 方 体 的 结 构 单 元 ， 金 属 原 子处 于 正 立 方 体 的 八 个 顶 点 和 六 个 侧 面 上 ， 试处 于 正 立 方 体 的 八 个 顶 点 和 六 个 侧 面 上 ， 试计 算 这 类 金 属 晶 体 中 原 子 的 空 间 利 用 率 。计 算 这 类 金 属 晶 体 中 原 子 的 空 间 利 用 率 。立 方 体 边 长 =a；立 方 体 对 角 线 a；四 面 体 边 长 = a；2） .立 方 面 心 结 构立 方 面 心 结 构立 方 面 心 结 构 的 配 位 数 立 方 面 心 结 构 的 配 位 数 1
10、2（ 即 每 个 圆 球 有（ 即 每 个 圆 球 有 12个个最 近 的 邻 居 ， 同 一 层 有 六 个 ， 上 一 层 三 个 ， 下 一 层最 近 的 邻 居 ， 同 一 层 有 六 个 ， 上 一 层 三 个 ， 下 一 层三 个 ） 。 立 方 密 堆 积 中 可 以 取 出 一 个 立 方 面 心 的 单三 个 ） 。 立 方 密 堆 积 中 可 以 取 出 一 个 立 方 面 心 的 单位 来 ， 每 个 单 位 中 有 四 个 圆 球 ， 球 心 的 位 置 是位 来 ， 每 个 单 位 中 有 四 个 圆 球 ， 球 心 的 位 置 是 00；0 1/2 1/2； 1/2
11、 0 1/2； 1/2 1/20。等 径 圆 球 的 最 紧 密 堆 积 方 式 ， 在 维 持 每 个 球 的 周等 径 圆 球 的 最 紧 密 堆 积 方 式 ， 在 维 持 每 个 球 的 周围 的 情 况 等 同 的 条 件 下 ， 就 只 有 上 述 两 种 ， 它 们 的围 的 情 况 等 同 的 条 件 下 ， 就 只 有 上 述 两 种 ， 它 们 的空 间 利 用 率 最 高 （空 间 利 用 率 最 高 （ 74 05 ） 。 ） 。立 方 体 边 长 =a；立 方 体 对 角 线 a；四 面 体 边 长 = a；讲所谓官堆积结构是指在无方向性的金属键、离子键和分子间作用力等结合的晶体中，原子、离子或分子等微粒总是趋向于相互配位数高、能充分利用空间的堆积密度大的那些结构。密堆积方式由于充分利用了空间，从而可使体系的势能尽可能降低，结构稳定。由此可能得出，金属晶体四种堆积模型中，空间利用率越高，结构越稳定。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 Po 52 6钾 型 (bcp) Na、 K、 Fe 68 8镁 型 (hcp) Mg、 Zn、 Ti 74 12铜 型 (ccp) Cu、 Ag、 Au 74 12
