金属及各类晶体配位数计算图总结.ppt

,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,*,配位数：在晶体中与离子（或原子）直接相连的离子（或原子）数。,1,、简单立方堆积,1,2,3,4,1,2,3,4,5,6,-,配位数：,6,2,、钾型（体心立方堆积）,1,2,3,4,5,6,7,8,-,配位数：,8,3.,镁型（六方堆积）,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,配位数：,12,1.8,密堆积 配位数,一、密堆积和配位数,1.,配位数,一个粒子周围最近邻的粒子数称为,配位数,。描述晶体中粒子排列的紧密程度。,2.,粒子排列规律,粒子处在晶体中的平衡位置时，相应的结合能最低，粒子在晶体中的排列应该采取尽可能的紧密方式。,3.,密堆积,由全同的小圆球组成的最紧密的堆积称为,密堆积,。在一般情况下，晶体中的粒子不能看成全同的小圆球。,二、六角密堆积和立方密堆积,1.,六角密堆积,(,六角密积,),(1),堆积形式,如图所示，为,A,B,A,B,组合,(2),堆积特点,层的垂直方向为,6,度象转轴。六角晶系中的,c,轴。它是一种,复式格子,。原胞当中含有,两个粒子,。,2.,立方密堆积,(,立方密积,),(1),堆积形式,如图所示：,A,B,C,A,B,C,组合,(2),堆积特点,层的垂直方向为三次象转轴。既是立方体的空间对角线。原胞当中包含,一个粒子,，是,布拉菲格子,。,3.,典型结构的配位数,(1),六角密积和立方密积的配位数都是十二。即晶体中最大配位数为十二。,(2),当晶体不是由全同的粒子组成时，相应的配位数要发生变化,减小。由于晶体的对称性和周期性的特点，以及粒子在结合成晶体时，是朝着结合能最小、最稳固的方向发展。因此，相应的配位数只能取,:,8(CsCl,型结构,),、,6(NaCl,型结构,),、,4(,金刚石型结构,),、,3(,层状结构,),、,2(,链状结构,),。,4.,氯化铯型结构的配位数,如图所示，大球,(,半径为,R,),中心为立方体顶角，小球,(,半径为,r,),位于立方体的中心。,如果大球相切，则立方体的边长为：,空间对角线的长度为：,(1),如果小球恰好与大球相切，则小球的直径为：,排列最紧密，结构最稳定。,(2),如果小球直径大于,0.73,R,则小球可以与大球相切,而大球则不再相切。,(3),如果小球直径小于,0.73,R,则小球不能与大球相切,小球在中心可以摇动，,结构不稳定，以致不能存在，于是结构将取配位数较低的排列,(,配位数为,6,的排列,),。,5.,氯化钠型结构的配位数,(1),如图所示，大球,(,半径为,R,),相切，小球,(,半径为,r,),也与大球相切。,排列最紧密，结构最稳定。,(2),如果小球直径大于,0.41,R,则小球可以与大球相切,而大球则不再相切。,(3),如果小球直径大于,0.73,R,则变成氯化铯结构。,(4),如果小球直径小于,0.41,R,则小球不能与大球相切,小球在中心可以摇动，,结构不稳定，以致不能存在，于是结构将取配位数较低的排列,(,配位数为,4,的排列,),。,配位数,r,/,R,12,1,8,1,0.73,6,0.73,0.41,4,0.41,0.23,3,0.23,0.16,配位数和半径之比的关系,配位数的确定,高考备考,NaCl,晶体中阴离子的配位数为,6,，而,Cl,-,按面心立方堆积的配位数是,12,。怎么都是配位数一会儿是,6,，一会儿又是,12,，这怎么理解？,氯离子按面心立方堆积是没错，但那不是真正的配位数，因为氯离子是同号离子，是相互斥的；,同理，钠离子也是按面心立方堆积的，这两种离子形成的面心立方堆积都产生八面体空穴，彼此进入对方八面体空穴中就对了，此时异号离子之间的接触才算配位数，这样配位数就是真正的配位数，即,6,。,面心立方堆积如果是金属原子，则其配位数是,12,，因为周围的原子都与该原子形成金属键的，这时也是真正的配位数。,我们在提到配位数时应当分析其所处环境。,1,、在晶体学中配位数与晶胞类型有关；,2,、离子晶体中指一个离子周围最近的异电性离子的数目；,3,、配位化学中，化合物中性原子周围的配位原子的数目。,一、晶胞密堆积、配位数,1.,配位数,一个粒子周围,最近邻的粒子数,称为,配位数,。,它可以描述晶体中粒子排列的紧密程度，粒子排列越紧密，配位数越大，,结合能越低，晶体结构越稳定。,2.,密堆积,如果晶体由,完全相同,的一种粒子组成，而粒子被看作小圆球，则这些全同的小圆球最,紧密的堆积,称为,密堆积,。,密堆积特点,：,结合能低，晶体结构稳定；配位数最大为,12,。,第一层：每个球与,6,个球相切，有,6,个空隙，如编号,1,2,3,4,5,6,。,第二层：占据,1,3,5,空位中心。,第三层：在第一层球的正上方形成,ABABAB,排列方式。,(1),六角密积,（,Be,Mg,Cd,Zn,）,A,B,基元由两个原子组成，一个位于,(,000,),，另一个原子位于,，,六角密积是复式晶格，其布拉维晶格是简单六角晶格,。,(2),立方密积,（,Au,，,Ag,，,Cu,，,Al,，,Ni,）,第一层：每个球与,6,个球相切，有,6,个空隙，如编号为,1,2,3,4,5,6,。,第二层：占据,1,，,3,，,5,空位中心。,第三层：占据,2,，,4,，,6,空位中心，按,ABCABCABC,方式排列，形成面心立方结构，称为,立方密积,。,B,A,C,层的垂直方向：,立方体的对角线。,3.,配位数的可能值,配位数的可能值为：,12,(,密堆积：,fcc,hcp,),，,8,(,bcc,氯化铯型结构,),，,6,(,sc,氯化钠型结构,),，,4,(,ZnS,金刚石型结构,),，,3,(,石墨层状结构,),，,2,(,链状结构,),。,4.,致密度,如果把,等体积的硬球,放置在晶体结构中原子所在的位置上，球的体积取得尽可能大，以,使最近邻的球相切，,我们把一个晶胞中被硬球占据的体积与晶胞体积之比称为,致密度,(,堆积比率，,堆积因子,，最大空间利用率,),。,晶胞体积,晶胞中原子所占体积,设晶格常量为,a,，,原子半径为,R,，,则,例,1,：求面心立方的致密度。,N,是晶胞中原子个数,4,典型的晶体结构,4,2,CsCl,Cs,+,1,Cl,-,1,12,8,8,结构,晶胞中的 原子个数,最近邻距离,配位数,典型的晶体结构,结构,晶胞中的 原子个数,最近邻距离,配位数,8,4,金刚石,ZnS,NaCl,Na,+,4,Cl,-,4,6,二、离子晶体,一般离子,晶体,配位数由阴阳离子半径决定：,一般来说半径比（,r/r,+),在,0.20.4,之间的，配位数为,4,；,0.40.7,之间，配位数为,6,；,0.71.0,之间的，配位数为,8,。,配位数与,r+/r,-,之比的关系,:,0.225-0.414 4,配位,ZnS,式晶体结构,0.414-0.732 6,配位,NaCl,式晶体结构,0.732-1.000 8,配位,CsCl,式晶体结构,CsCl,型离子晶体,:,所属晶系,:,立方,;,点阵,:,立方,P;,结构基元及每个晶胞中结构基元的数目,:,CsCl,1,个,;,Cs,离子的配位数是,8,，,Cl,离子,的配位数也是,8,。,NaCl,型离子晶体,:,所属晶系,:,立方,;,点阵,:,立方,F;,结构基元及每个晶胞中结构基元,的数目,:,NaCl,4,个,;,Na,和,Cl,离子的配位数都是,6,；,立方,ZnS,型离子晶体,:,所属晶系,:,立方,;,点阵,:,立方,F;,结构基元及每个晶胞中结构基元的数目,:,ZnS,4,个,;,Zn,和,S,离子的配位数都是,4,；,CaF,2,型离子晶体,:,所属晶系,:,立方,;,点阵,:,立方,F;,结构基元及每个晶胞中结构基元的数目,:CaF,2,4,个,;,Ca,和,F,离子的配位数分别是,8,和,4,；,三、在配位化合物,(,简称配合物,),中,影响配位数的因素如下,：,1,、中心原子的大小,2,、中心原子的电荷,3,、配体的性质,中心原子的大小,中心原子的,最高配位数,决定于它在周期表中的周次。,在周期表内,第,1,周期元素的最高配位数为,2,；第,2,周期元素的最高配位数为,4,；,第,3,周期为,6,以下为,8,、,10,。,最高配位数是指在配合物中,中心原子周围的最高配位原子数,实际上一般可低于最高数。,在实际中第,1,周期元素原子的配位数为,2,，第,2,周期不超过,4,。除个别例外，第,3,、,4,周期不超过,6,，第,5,、,6,周期为,8,。,最常见的配位数为,4,和,6,其次为,2,、,5,、,8,。配位数为奇数的通常不如偶数的普遍。,中心原子的电荷,中心原子的电荷高，配位数就大。例如,等电子系列的中心原子,Ag,+,、,Cd,2+,和,In,3+,与,Cl,-,分别生成配位数为,2,、,4,和,6,的,【AgCl,2,】,-,、,【CdCl,4,】,2-,和,【InCl,6,】,3-,配离子。同一元素不同氧化态的离子常具有不同的配位数,例如,二价铂离子,Pt,2+,的配位数为,4,而,4,价铂离子配位数,Pt,4+,为,6,。,这是因为中心离子的电荷愈高,就需要愈多的配体,负电荷,来中和。中心原子的成键轨道性质和电子构型 从价键理论的观点来说，中心原子成键轨道的性质决定配位数，而中心原子的电子构型对参与成键的杂化轨道的形成很重要,例如，,Zn,2+,和,Cu,+,离子的,5,个,3d,轨道是全满的,适合成键的是一个,4s,和,3,个,4p,轨道,经,sp,3,杂化形成,4,个成键轨道，指向正四面体的四个角。,因此，,Zn,2+,和,Cu,+,与,CN,-,生成配位数为,4,的配离子,【Zn(CN),4,】,2-,和,【Cu(CN),4,】,3-,，并且是正四面体构型。,配体的性质,同一氧化态的金属离子的配位数不是固定不变的,还取决于配体的性质。,例如，,Fe,3+,与,Cl,-,生成配位数为,4,的,【FeCl,4,】,-,，而与,F,-,则生成配位数为,6,的,【FeF,6,】,3-,。这是因为,Fe,3+,从每个体积较大而较易极化的,Cl,-,接受的电荷要大于体积较小而较难极化的,F,-,。,配合物的中心原子与配体间键合的性质，对决定配位数也很重要。,在含,F,-,的配合物中，中心原子与电负性很高的,F,-,间的键合主要是,离子键,。如在,B,3+,、,Fe,3+,和,Zr,4+,与,F,-,的配合物中,随着中心原子半径的增加,配位数分别为,4,、,6,和,7,主要受中心原子与配体的半径比的限制。很多配合物的中心原子与配体,(,例如,CN,-,、,SCN,-,、,Br,-,、,I,-,、,NH,3,和,CO,等,),间主要形成共价键，,它们的配位数决定于中心原子成键轨道的性质。,配位场理论认为中心原子的内层轨道受周围配体的影响，也即关系到配位数。例如，,Ni,2+,离子与,H,2,O,和,NH,3,等具有小的相互排斥力的弱场配体，生成配位数为,6,的,【Ni(H,2,O),6,】,2+,和,【Ni(NH,3,),6,】,2+,等八面体配离子,;,与,Br,-,和,I,-,等具有大的相互排斥力的弱场配体则趋向于生成配位数为,4,的,【NiBr,4,】,2-,和,【NiI,4,】,2-,等正四面体配离子；与,CN,-,等强场配体则生成配位数为,4,的,【Ni(CN),4,】,2-,平面正方形配离子,。,中心离子（或原子）同单基配体结合的数目就是该中心离子（或原子）的配位数。例如,Cu(NH,3,),4,SO,4,中,Cu,离子的配位数为,4,，,Co(NH,3,),2,（,HO),4,Cl,中,Co,离子的配位数为,6,。中心离子（或原子）同多基配体配合时，配位数等同于配位原子数目，例如,Cu(en,),中的乙二胺（,en,）是双基配体，因此,Cu,离子的配位数为,4,。,中心离子的配位数一般是,2,、,4,、,6,，最常见的是,4,和,6,，配位数的多少取决于中心离子和配体的性质电荷、体积、电子层结构以及配合物形成时的条件，特别是浓度和温度。,一般来讲，中心离子的电荷越,高越,有利于形成配位数较高的配合物,如,Ag,，其特征配位数为,2,，如,Ag(NH,3,),2,；,Cu,，其特征配位数为,4,，例,Cu(NH,3,),4,；,Co,，其特征配位数为,6,，例,Co(NH,3,),2,（,HO),4,。,但配体电荷的增加对形成高配位数是不利的，因为它增加了配体之间的斥力，使配位数减少。如,Co(HO),6,同,CoCl,4,相比，前者的配体是中性分子，后者是带负电荷的,Cl,离子，使,Co,的配位数由,6,降为,4,。因此，从电荷这一因素考虑，,中心离子电荷的增高以及配位体电荷的减少有利于配位数的增加。,中心离子的半径越大，在引力允许的条件下，其周围可容纳的配体越多，配位数也就越大。,例如,Al,与,F,可形成,AlF,配离子，体积较小的,B(),原子就只能生成,BF,配离子。但应指出中心离子半径的增大固然有利于形成高配位数的配合物，但若过大又会减弱它同配体的结合，有时反而降低了配位数。如,Cd,可形成,CdCl,配离子，比,Cd,大的,Hg,，却只能形成,HgCl,配离子。显然配位体的半径较大，在中心离子周围容纳不下过多的配体，配位数就减少。如,F,可与,Al,形成,AlF,配离子，但半径比,F,大的,Cl,、,Br,、,I,与,Al,只能形成,Al,X,配离子（,X,代表,Cl,、,Br,、,I,离子）,温度升高，常使配位数减小。这是因为热振动加剧时，中心离子与配体间的配位键减弱的缘故。,而配位体浓度增大有利于形成高配位数的配合物。,综上所述，影响配位数的因素是复杂的，是由多方面因素决定的，但对于某一中心离子在与不同的配体结合时，常具有一定的特征配位数。,二、金属晶体的原子堆积模型,金属晶体原子平面排列方式有几种？,非密置层,探究,A,1,4,3,2,1,3,6,4,2,A,5,密置层,配位数为,4,配位数为,6,金属晶体的堆积方式,简单立方堆积,非密置层层层堆积情况,1,：,相邻层原子在同一直线上的堆积,简单立方堆积,配位数：,晶胞含金属原子数,1,6,例：,（,Po,）,体心立方,堆积,非密置层层层堆积情况,2,：,相邻原子层上层原子填入下层原子的凹穴中,体心立方堆积,配位数：,2,8,晶胞含金属原子数,:,金属晶体的堆积方式,钾型,1,2,3,4,5,6,思考：第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式有几种？,1,2,3,4,5,6,A,B,，,思考：对第一、二层来说，第三层可以最紧密的堆积方式有几种？,密置层堆积方式不存在两层原子在同一直线的情况，只有相邻层紧密堆积方式，类似于钾型。,1,2,3,4,5,6,一种是将球对准第一层的球。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,另一种,排列方式，,是将球对准第一层的,2,，,4,，,6 位,下图是此种六方,紧密堆积的前视图,A,B,A,B,A,一种是将球对准第一层的球。,1,2,3,4,5,6,于是,每两层形成一个周期,，即,AB,AB,堆积方式，形成六方紧密堆积,。,六方密堆积,配位数,：,12,。,(同层 6,，,上下层各 3,),晶胞含金属原子数,:,6,金属晶体的堆积方式,镁型,第三层的,另一种,排列方式，,是将球对准第一层的,2,，,4,，,6 位,，,不同于,AB,两层的位置,，,这是,C,层。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,此种立方紧密堆积的前视图,A,B,C,A,A,B,C,第四层再排,A,，,于是形成,ABC,ABC,三层一个周期。,配位数,：,12(同层 6,，,上下层各 3,),面心立方,B,C,A,晶胞含金属原子数,:,4,金属晶体的堆积方式,铜型,堆积模型,采纳这种堆积的典型代表,配位数,晶胞,镁型,Mg Zn Ti,12,简单立方,Po,6,钾型,Na K Fe,8,铜型,Cu Ag Au,12,总 结,思考：,4,中模型单位体积容纳原子数大小关系？,52%,68%,74%,74%,空间利用率,1.,空间占有率,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率，六方最密堆积（,hcp,）与立方最密堆积（,ccp,）空间占有率均为,74.05,。,设圆半径为,R,，晶胞棱长为,a,，晶胞面对角线长 则 晶胞体积,立方面心晶胞中含,4,个圆球，每个球体积为,:,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。,而体心立方堆积（,bcp,）则空间占有率低一些。,体对角线长为,晶胞体积,体心立方晶胞含,2,个球,2,、某些金属晶体,(Cu,、,Ag,、,Au),的原子按面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元，金属原子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。,2,）,.,立方面心结构,立方面心结构的配位数,12,（即每个圆球有,12,个最近的邻居，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位来，每个单位中有四个圆球，球心的位置是,000,；,0 1/2,1/2,；,1/2 0 1/2,；,1/2,1/2,0,。,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,；,二、金属晶体的原子堆积模型,金属晶体原子平面排列方式有几种？,非密置层,探究,A,1,4,3,2,1,3,6,4,2,A,5,密置层,配位数为,4,配位数为,6,金属晶体的堆积方式,简单立方堆积,非密置层层层堆积情况,1,：,相邻层原子在同一直线上的堆积,简单立方堆积,配位数：,晶胞含金属原子数,1,6,例：,（,Po,）,体心立方,堆积,非密置层层层堆积情况,2,：,相邻原子层上层原子填入下层原子的凹穴中,体心立方堆积,配位数：,2,8,晶胞含金属原子数,:,金属晶体的堆积方式,钾型,1,2,3,4,5,6,思考：第二层 对第一层来讲最紧密的堆积方式有几种？,1,2,3,4,5,6,A,B,，,思考：对第一、二层来说，第三层可以最紧密的堆积方式有几种？,密置层堆积方式不存在两层原子在同一直线的情况，只有相邻层紧密堆积方式，类似于钾型。,1,2,3,4,5,6,一种是将球对准第一层的球。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,另一种,排列方式，,是将球对准第一层的,2,，,4,，,6 位,下图是此种六方,紧密堆积的前视图,A,B,A,B,A,一种是将球对准第一层的球。,1,2,3,4,5,6,于是,每两层形成一个周期,，即,AB,AB,堆积方式，形成六方紧密堆积,。,六方密堆积,配位数,：,12,。,(同层 6,，,上下层各 3,),晶胞含金属原子数,:,6,金属晶体的堆积方式,镁型,第三层的,另一种,排列方式，,是将球对准第一层的,2,，,4,，,6 位,，,不同于,AB,两层的位置,，,这是,C,层。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,此种立方紧密堆积的前视图,A,B,C,A,A,B,C,第四层再排,A,，,于是形成,ABC,ABC,三层一个周期。,配位数,：,12(同层 6,，,上下层各 3,),面心立方,B,C,A,晶胞含金属原子数,:,4,金属晶体的堆积方式,铜型,堆积模型,采纳这种堆积的典型代表,配位数,晶胞,镁型,Mg Zn Ti,12,简单立方,Po,6,钾型,Na K Fe,8,铜型,Cu Ag Au,12,总 结,思考：,4,中模型单位体积容纳原子数大小关系？,52%,68%,74%,74%,空间利用率,1.,空间占有率,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率，六方最密堆积（,hcp,）与立方最密堆积（,ccp,）空间占有率均为,74.05,。,设圆半径为,R,，晶胞棱长为,a,，晶胞面对角线长 则 晶胞体积,立方面心晶胞中含,4,个圆球，每个球体积为,:,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。,而体心立方堆积（,bcp,）则空间占有率低一些。,体对角线长为,晶胞体积,体心立方晶胞含,2,个球,2,、某些金属晶体,(Cu,、,Ag,、,Au),的原子按面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元，金属原子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。,2,）,.,立方面心结构,立方面心结构的配位数,12,（即每个圆球有,12,个最近的邻居，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位来，每个单位中有四个圆球，球心的位置是,000,；,0 1/2,1/2,；,1/2 0 1/2,；,1/2,1/2,0,。,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,；,金属晶体的原子堆积模型,第二课时,金属晶体,金属晶体的原子堆积模型,（,1,）几个概念,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,思考:1.如果把金属晶体中的原子看成直径相等的球体,把他们放置在平面上,有几种方式?,2.上述两种方式中,与一个原子紧邻的原子数(配位数)分别是多少?哪一种放置方式对空间的利用率较高?,行列对齐 四球一空,行列相错 三球一空,(最紧密排列),密置层,(非最紧密排列),非密置层,（,3,）金属晶体的原子在三维空间堆积模型,简单立方堆积（,Po,）,简单立方堆积,体心立方堆积,钾型（碱金属）,体心立方堆积,配位数：,8,镁型,铜型,镁型和铜型,1,2,3,4,5,6,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,),1,2,3,4,5,6,A,B,，,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。,第一种是将球对准第一层的球。,1,2,3,4,5,6,于是每两层形成一个周期，即,AB,AB,堆积方式，形成六方紧密堆积,。,配位数 12,。,(同层 6,，,上下层各 3,),，空间利用率为,74%,下图是此种六方,紧密堆积的前视图,A,B,A,B,A,1,2,3,4,5,6,3.,镁型,第三层的,另一种,排列方式，,是将球对准第一层的,2,，,4,，,6 位,，,不同于,AB,两层的位置,，,这是,C,层。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,此种立方紧密堆积的前视图,A,B,C,A,A,B,C,第四层再排,A,，,于是形成,ABC,ABC,三层一个周期。得到面心立方堆积,。,配位数 12,。,(同层 6,，,上下层各 3,),面心立方,:,铜型,B,C,A,堆积模型,采纳这种堆积的典型代表,空间利用率,配位数,晶胞,简单立方,Po(,钋,),52%,6,钾型,(,bcp,),K,、,Na,、,Fe,68%,8,镁型,(,hcp,),Mg,、,Zn,、,Ti,74%,12,铜型,(,ccp,),Cu,Ag,Au,74%,12,1,下列有关金属元素特征的叙述中正确的是,A,金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性,B,金属元素在化合物中一定显正价,C,金属元素在不同化合物中的化合价均不同,D,金属单质的熔点总是高于分子晶体,能力训练,2.,某些金属晶体,(Cu,、,Ag,、,Au),的原子按面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元，金属原子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。,3.,已知金属铜为,面心立方晶体,，如图所示，铜的相对原子质量为,63.54,，密度为,8.936g/cm,3,，,试求,（,1,）图中正方形边长,a,，,（,2,）,铜的金属半径,r,a,a,r,r,o,r,r,提示：,数出面心立方中的铜的个数：,小结：三种晶体类型与性质的比较,晶体类型,原子晶体,分子晶体,金属晶体,概念,相邻原子之间以共价键相结合而成具有空间网状结构的晶体,分子间以范德华力相结合而成的晶体,通过金属键形成的晶体,作用力,共价键,范德华力,金属键,构成微粒,原子,分子,金属阳离子和自由电子,物,理,性,质,熔沸点,很高,很低,差别较大,硬度,很大,很小,差,别较大,导电性,无（硅为半导体）,无,导体,实例,金刚石、二氧化硅、晶体硅、碳化硅,Ar、S等,Au、Fe、Cu、钢铁等,周期性结构的,数学抽象表示,点阵（格子）,晶体结构,=,基元,+,点阵,点阵格矢（基矢）,R=,l,1,a,1,+,l,2,a,2,+,l,3,a,3,基矢基元,原胞（最小的基元）,晶胞，配位数，密堆积,晶体结构的特征,周期性,复杂结构（基元中包含一个以上的原子）,a,1,a,3,a,2,复杂,结构的任何原子位置,=,格矢,+,原胞内位矢,原子在晶体中的平衡位置，相应于体系能量最低的位置，尽可能地紧密排列,那么，如何排列同样大小的球，使空隙最小？,古老的,Kepler,堆积问题,(1611),原子在晶体中如何排列？,注意：原子平均占有的体积！,Up,Down,六角密排,立方密排,密堆积,c,a,1,a,2,a,3,思考：是否,B,格子？,a,六角密堆积,Hexagonal close-packed(,hcp,),ABABAB,c/a=?,c,a,A,A,B,六角密堆积,hcp,C,A,B,ABCABC,fcc,（,立方密堆）,c/a=?,fcc,：,每个晶胞共,4,个原子,顶角原子：共,8,个原子，每个顶角原子,8,个晶胞共享，相当于每个晶胞,1,个顶角原子,面上原子：共,6,个原子，每个面上原子,2,个晶胞共享，相当于每个晶胞,3,个原子,堆积比：硬球体积与整个体积之比,a,堆积比（,fcc,结构）,堆积比,最近邻：,离某一粒子最近的粒子，称为该粒子的最近邻,配位数：,最近邻的粒子数，描写粒子排列紧密的程度,最大配位数,=12,（密堆积）：每个原子与同层六个原子相切；上下两层各与三个原子相切,由于对称性关系，不可能有,11,，,10,，,9,，,7,，,5,的配位数,配位数依次是,12,；,8,；,6,；,4,；,3,；,2,书中将配位数表述成格点最近邻的格点的数目,配位数,简立方,体心立方,面心立方,氯化铯,（,CsCl,）,氯化钠,体积和配位数,(,举例,),V=a,3,配位数：,?,简立方,6,V=？,配位数：？,8,a,3,/2,原胞？,体心立方,V=？,配位数：？,12,a,3,/4,原胞？,面心立方,scPo(,钋,),fcc,Al,Cu,Ag,Au,Pt(,铂,),Pd(,钯,),bcc Li,Na,Fe,Ca,W,Structures:sc,fcc,bcc,Ordinary metal,bcc?,CsCl,结构,(0,0,0),a/2(1,1,1),Cl,Cs,两个简立方套构而成,不同原子，配位数？,绿,球不相切时是不是稳定？,求,绿,球相切时的半径比,相切时，,a=2R(a,为边长,),如果,r0.73R,，,稳定,如果,rr/R0.73,：,氯化铯结构,氯化铯结构,(0,0,0),a/2(1,0,0),V=a,3,/4,4,4,a,3,1,1,Sodium Chloride Structure(,NaCl,结构,),bcc?,两套面心,立方套构而成,0.73r/R0.41,：,氯化钠结构,配位数？,氯化钠结构,大球有可能不切！,6,都相切时的半径比,?,NaCl,LiF,KCl,AgF,MgO,MgS,CaO,CsCl,CsCl,CsBr,CsI,TiCl,TuBr,Structures:,NaCl,CsCl,两套,面心,立方沿晶轴套构而成,两套,简单,立方沿体对角线套构而成,闪锌矿结构,金刚石结构,六角密堆积结构,纤锌矿结构,石墨,C,60,及其生成物,其他重要的结构,(0,0,0),a/4(1,1,1),V=a,3,/4,4,4,a,3,1,1,配位数,=,？,两个面心立方沿体对角线套构而成,闪锌矿结构（立方,ZnS,）,4,109.8,o,ZnS,结构,配位数,=,？,类闪锌矿结构，但是同种原子,Diamond(,金刚石,),结构,4,(0,0,0),a/4(1,1,1),两个面心立方沿体对角线套构而成,Diamond,Diamond,Si,Ge,a,-,Sn,ZnS,III-V:,GaAs,ZnS,II-VI:,HgSe,CdTe,CuF,AgI,金刚石，闪锌矿结构,配位数：？,12,c,a,Hexagonal close-packed(,hcp,),六角密堆积,堆积比,=?,Crystals c/a,He1.633,Be1.581,Mg1.623,Ti1.586,Crystals c/a,Zn1.861,Co1.622,Cd,1.996,Zr,1.594,Ideal,c/a,=1.633,Structures:,hcp,层间距,3.35A,，,层与层之间弱,Van,der,Waals,力,石墨,Kroto,Smalley,Curl,在,1985,年研究星际尘埃时意外发现,结构？,想象力！直觉！,圆穹顶！足球！,12,个五边型，,20,个六边型组成的平截二十面体,1989,年，,Huffman,大量制备，证实足球状分子（实际上,1983,年曾发现）,直径约,7,埃,五边型键长,1.46A,，,六边型相邻双键长,1.39A,1996,年获,Nobel,化学奖！,C,60,对于人类的进步，直觉有时比知识更重要。因为知识是有限的，而正确的直觉却是永恒的！,Albert Einstein,复杂结构,密堆积，堆积比，配位数,一些重要的晶体结构,小结,