結(jié)構(gòu)化學(xué)第八章-金屬結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1第八章28.1金屬鍵與自由電子模型金屬在一百多種化學(xué)元素中，金屬約占80%不透明有金屬光澤導(dǎo)電性好導(dǎo)熱性好延展性38.1金屬鍵與自由電子模型金屬自由電子模型金屬鍵是一種多原子參與的，自由電子在正離子形成的勢場中運動的離域鍵。+++++++----------48.1金屬鍵與自由電子模型金屬自由電子模型金屬晶體中的電子可視為三維勢箱中運動的電子“自由電子”模型的Schr?dinger方程為解得：58.1金屬鍵與自由電子模型金屬金屬鍵沒有方向性的化學(xué)鍵金屬晶體可視為圓球的密堆積金屬的性質(zhì)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的68.2固體能帶理論電子在金屬勢場中的薛定諤方程周期性變化的勢場平面波波函數(shù)以平面波波函數(shù)，結(jié)合點陣周期性以及Bragg方程，可求解78.2固體能帶理論能帶理論能帶模型它將整塊金屬當(dāng)作一個巨大的分子，晶體中N個原子的每一種能量相等的原子軌道，通過線性組合，得到N個分子軌道，它是一組擴展到整塊金屬的離域軌道。由于N數(shù)值很大，所得分子軌道各能級間的間隔極小，形成一個能帶。每個能帶具有一定的能量范圍，相鄰原子間軌道重疊少的內(nèi)層原子軌道形成的能帶較窄，軌道重疊多的外層原子軌道形成的能帶較寬。各個能帶按能量高低排列起來，成為能帶結(jié)構(gòu)。88.2固體能帶理論能帶理論能帶的性質(zhì)和名稱：（1）充滿電子的能帶叫滿帶.

（2）部分能級充滿電子的能帶叫導(dǎo)帶。（3）能級最高的滿帶和導(dǎo)帶叫價帶。（4）完全沒有電子的能帶叫空帶。（5）各能帶間不能填充電子的區(qū)域叫帶隙，又稱禁帶。98.2固體能帶理論能帶理論Eg＜3eV絕緣體半導(dǎo)體Eg≧5eV導(dǎo)體108.2固體能帶理論能帶理論SiSiSiSiSiSiPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiGaSiSiSiSiSiSi空帶滿帶雜質(zhì)能級En型半導(dǎo)體p型半導(dǎo)體NegativePositive118.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)密置層和最密堆積128.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)密置層和最密堆積正當(dāng)格子配位數(shù)6每個原子周圍的空隙數(shù)6對稱性6平面六方每個原子分得的空隙數(shù)2_6138.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)密置層和最密堆積密置雙層148.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)正四面體空隙和正八面體空隙上2下2上3下1上1下3上3下3上1中4下1158.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)正四面體空隙正八面體空隙點陣型式：平面六方結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：2個球正當(dāng)晶胞中正四面體空隙數(shù)：2個正八面體空隙數(shù)：1個等同點套數(shù)：2168.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）hexagonalclosestpacking(hcp)178.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）密置層堆積順序：ABABAB…配位數(shù)：1212(同層6個，上下層各3個)188.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）點陣形式：hPAB198.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）空間點陣形式：理想晶胞參數(shù)：結(jié)構(gòu)基元數(shù)：結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：1六方P(hP)a=b=2rc=1.633ar為圓球半徑2個球208.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）正八面體空隙正四面體空隙218.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）正八面體空隙:2個正四面體空隙：4個228.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）1個正四面體空隙4個球，一個球1/4個空隙，1個球參與8個四面體空隙的構(gòu)成(1331)，一個球占2個四面體空隙。一個正八面體空隙6個球，一個球1/6個空隙，1個球參與6個正八面體空隙的構(gòu)成(33)，一個球占有1個正八面體空隙。晶胞內(nèi)有二個球，則有4個四面體空隙，2個八面體空隙。球數(shù):正八面體空隙數(shù):正四面體空隙數(shù)=2:2:4=1:1:2如何理解？238.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）晶胞空間利用率~A3型密堆積系數(shù)001面接觸情況；a=b=2r,c/a=1.633248.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)六方最密堆積（A3）對稱性c軸方向有密置層與c軸垂直，只有在垂直于c的方向易滑移258.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）AB層BC層cubicclosestpacking(ccp)268.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）密置層堆積順序：ABCABC…配位數(shù)：1212(同層6個，上下層各3個)ABCABCA278.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）點陣形式：cFACBA288.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）點陣形式：cF298.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）空間點陣形式：結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：球的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)：立方F(cF)1個球晶胞內(nèi)結(jié)構(gòu)基元數(shù)：4個308.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）球數(shù):正八面體空隙數(shù):正四面體空隙數(shù)=4:4:8=1:1:2正四面體空隙8個(頂角)正八面體空隙4個(體心1個，棱心3個)318.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）正四面體空隙正八面體空隙328.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）(100)面空間利用率74.05%338.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)立方最密堆積（A1）對稱性八個頂點所對應(yīng)的與四個3垂直方向上都有密置層，所以易滑動。3333(111)面348.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)A1A3堆積對比共同點：都為最密堆積配位數(shù)一樣12球數(shù):正八面體空隙數(shù):正四面體空隙數(shù)=1:1:2一樣，74.05%不同點：A1可劃出立方晶胞，對稱性高于A3；A1型堆積在4個方向上有密置層面，比A3多。A1型金屬具有更突出的延展性，質(zhì)地柔軟。A1:CuAgAuNiPdPtAlA3:MgZn358.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)體心立方堆積（A2）點陣形式bodycubicpacking(bcp)點陣型式：立方體心cI368.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)體心立方堆積（A2）配位數(shù)8+6空間利用率a(110)面68.02%378.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)體心立方堆積（A2）空隙及分布12個(與八面體空隙共用空間)八面體空隙6個(面上3個，棱上3個)四面體空隙388.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)金剛石堆積（A4）點陣形式配位數(shù)點陣型式：結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容：每個晶胞結(jié)構(gòu)基元數(shù)：立方面心cF2個球4個配位數(shù)：4398.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)金剛石堆積（A4）空間利用率34.01%(110)面408.3金屬的密堆積結(jié)構(gòu)最密堆積密堆積A3hcpA1ccpA2bcpA4密置層順序ABAB...ABCABC...

配位數(shù)12128+64空間點陣型式hPcFcIcF結(jié)構(gòu)基元數(shù)1424晶胞內(nèi)球數(shù)2428結(jié)構(gòu)基元內(nèi)容2個球1個球1個球2個球四面體空隙數(shù)4812八面體空隙數(shù)246空間利用率%74.0574.0568.0234.01418.4金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)A3*LaA5-SnA6InA8-SeA9石墨A10-HgA11-GaA12-Mn428.4金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)A13-MnA14I2A15A16-SA17PA20U438.4金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)定性地與金屬原子價層s和p軌道上的電子數(shù)目有關(guān),每個原子平均攤到s、p電子數(shù)較少時容易為A2型結(jié)構(gòu)，較多時為A1型結(jié)構(gòu)，中間時為A3型結(jié)構(gòu)。d電子對成鍵強度影響較大，但并不直接決定晶體的結(jié)構(gòu)型式。這種關(guān)系也適用于合金的結(jié)構(gòu)。448.4金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)金屬原子半徑來源：X衍射，測量晶胞參數(shù)及點陣型式。計算：把相互接觸的相同原子的平衡核間距對分即為原子半徑。原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，主要是因為配位數(shù)不同引起的，配位數(shù)越高，半徑越大。一般書后表中給出的金屬原子半徑以配位數(shù)為12，若其配位數(shù)不為12可換算。配位數(shù)：12864相對半徑比：10.970.960.88458.4金屬單質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)金屬原子半徑同一族元素原子半徑隨原子序數(shù)的增加而增加。

這是由于同族元素外層電子組態(tài)相同，電子層數(shù)增加，半徑加大。同一周期主族元素原子半徑隨原子序數(shù)的增加而下降。

這是由于電子價層不變，有效核電荷隨原子序數(shù)的增加而遞增，使半徑收縮。同一周期過渡元素的原子半徑隨原子序數(shù)的增加開始時穩(wěn)定下降，以后稍有增大，但變化幅度不大。鑭系元素:“鑭系收縮”效應(yīng)。468.5合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)金屬固溶體Cu-Au置換固溶體CuAuCu3Au置換固溶體間隙固溶體鋼鐵，間隙固溶體硬度大。鑄鐵：>2.0% 熟鐵：<0.02%；鋼：<0.25%低碳鋼 >0