化工四大化學(xué)(專業(yè))金屬晶體(課堂講義)

1、第七章 固體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)7.4 金屬晶體 晶體晶體類型類型結(jié)點(diǎn)粒子結(jié)點(diǎn)粒子種類種類粒子粒子間作間作用力用力一般性質(zhì)一般性質(zhì)物質(zhì)物質(zhì)示例示例金屬金屬晶體晶體金屬原子金屬原子金屬陽離子金屬陽離子金屬金屬鍵鍵熔點(diǎn)熔點(diǎn)、硬度差別大硬度差別大導(dǎo)電性導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性、延延展性好展性好,有金屬光澤有金屬光澤金屬金屬合金合金CuCu 原子原子Cu 離子離子金屬金屬鍵鍵熔點(diǎn)熔點(diǎn) Hg -38.87、W 3410 硬度硬度 Na 0.4、Cr 9.0金屬單質(zhì)晶體中，金屬原子采取盡可能緊密方式堆積，所以一般金屬密度較大每個原子被較多的相同原子包圍，一般配位數(shù)較大7.4.1 金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等徑圓球的三種密堆積基

2、本構(gòu)型ABCAABAABA配位數(shù)=12 配位數(shù)=12 配位數(shù)=8面心立方密堆積 六方密堆積體心立方密堆積金屬鍵自由電子氣把金屬陽離子“膠 合”成金屬晶體的結(jié)合力含義金屬原子的電負(fù)性和電離能較小，價電子容易脫離原子的束縛，在陽離子之間可以自由運(yùn)動，形成離域的自由電子氣特征: 無飽和性和方向性使金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性7.4.2 金屬鍵應(yīng)用分子軌道理論研究金屬晶體中原子間的結(jié)合力，逐漸發(fā)展成金屬鍵的能帶理論把一塊金屬看作一個大分子，用分子軌道理論來描述金屬晶體內(nèi)電子的運(yùn)動狀態(tài)。假定原子核位于金屬晶體的晶格結(jié)點(diǎn)上，構(gòu)成一個聯(lián)合核勢場，電子分布在分子軌道內(nèi)，而價電子作為自由電子 ( 即離域

3、電子 )，可在晶體內(nèi)金屬原子間運(yùn)動，不屬于任何一個原子金屬晶體塊的大分子概念7.4.1 金屬鍵能帶理論能帶概念假如一塊鋰金屬有n個原子組成，n個2s原子軌道組成n個分子軌道，這n個分子軌道的能級非常接近，幾乎形成能量連續(xù)的能帶。能帶由n條能級相同的原子軌道組成能量幾乎連續(xù)的n條分子軌道2s 能帶由2s 原子軌道組成的能帶如Li 1s22s1 1s分子軌道能帶按能帶的能級和電子在能帶中的分布不同，能帶有多種：滿帶，導(dǎo)帶和禁帶能帶種類滿帶：充滿電子的低能量能帶導(dǎo)帶禁帶滿帶n個2sn個1s半滿滿能量原子軌道能帶電子充填情況導(dǎo)帶禁帶滿帶n個2sn個1s半滿滿能量原子軌道能帶電子充填情況如Li 1s22

4、s1 2s分子軌道能帶有空的分子軌道存在，在這種能帶的電子，只要吸收微小的能量，就能躍遷到帶內(nèi)能量稍高的空軌道上運(yùn)動，從而使金屬具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱作用導(dǎo)帶：未充滿電子的能帶 導(dǎo)帶禁帶滿帶n個2sn個2s半滿滿能量原子軌道能帶電子充填情況如 Li 1s22s1 1s能帶和2s能帶之間的間隙禁帶是電子的禁區(qū), 電子是不能在此停留的。 若禁帶不太寬, 電子獲能量可從滿帶越過禁帶躍遷到導(dǎo)帶; 若禁帶太寬, 躍遷難以進(jìn)行禁帶：相鄰的能帶間的間隙能帶的重疊金屬的緊密堆積結(jié)構(gòu)使金屬原子核間距一般都很小，使形成的能帶之間的間隙一般也都很小，甚至?xí)霈F(xiàn)重疊現(xiàn)象能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì)導(dǎo)電能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體導(dǎo)體:在外電場下，導(dǎo)帶中的電子在能帶中做定向運(yùn)動，形成電流而導(dǎo)電絕緣體:電子都在滿帶上，且禁帶較寬，難以躍遷, 不能導(dǎo)電半導(dǎo)體: 禁帶較窄, 滿帶中的電子易被激發(fā),越過禁帶到導(dǎo)帶上，增加導(dǎo)電能力能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì)金屬光澤能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體光照時，導(dǎo)帶中的電子可吸收光能躍遷到能量較高的能帶上，當(dāng)電子返回時把吸收的能量又發(fā)射出來，使金屬具有金屬光澤能帶理論可解釋金屬的某些物理性質(zhì)導(dǎo)熱性能量導(dǎo)帶禁帶滿帶導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體局部加熱時，電子運(yùn)動和核的振動，可進(jìn)行傳熱，使金屬具有