结构化学第八章-金属结构与性质

金属的结构与性质1第八章28.1金属键与自由电子模型金属在一百多种化学元素中，金属约占80%不透明有金属光泽导电性好导热性好延展性38.1金属键与自由电子模型金属自由电子模型金属键是一种多原子参与的，自由电子在正离子形成的势场中运动的离域键。+++++++----------48.1金属键与自由电子模型金属自由电子模型金属晶体中的电子可视为三维势箱中运动的电子“自由电子”模型的Schrödinger方程为解得：58.1金属键与自由电子模型金属金属键没有方向性的化学键金属晶体可视为圆球的密堆积金属的性质是内部结构决定的68.2固体能带理论电子在金属势场中的薛定谔方程周期性变化的势场平面波波函数以平面波波函数，结合点阵周期性以及Bragg方程，可求解78.2固体能带理论能带理论能带模型它将整块金属当作一个巨大的分子，晶体中N个原子的每一种能量相等的原子轨道，通过线性组合，得到N个分子轨道，它是一组扩展到整块金属的离域轨道。由于N数值很大，所得分子轨道各能级间的间隔极小，形成一个能带。每个能带具有一定的能量范围，相邻原子间轨道重叠少的内层原子轨道形成的能带较窄，轨道重叠多的外层原子轨道形成的能带较宽。各个能带按能量高低排列起来，成为能带结构。88.2固体能带理论能带理论能带的性质和名称：（1）充满电子的能带叫满带.

（2）部分能级充满电子的能带叫导带。（3）能级最高的满带和导带叫价带。（4）完全没有电子的能带叫空带。（5）各能带间不能填充电子的区域叫带隙，又称禁带。98.2固体能带理论能带理论Eg＜3eV绝缘体半导体Eg≧5eV导体108.2固体能带理论能带理论SiSiSiSiSiSiPSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiGaSiSiSiSiSiSi空带满带杂质能级En型半导体p型半导体NegativePositive118.3金属的密堆积结构密置层和最密堆积128.3金属的密堆积结构密置层和最密堆积正当格子配位数6每个原子周围的空隙数6对称性6平面六方每个原子分得的空隙数2_6138.3金属的密堆积结构密置层和最密堆积密置双层148.3金属的密堆积结构正四面体空隙和正八面体空隙上2下2上3下1上1下3上3下3上1中4下1158.3金属的密堆积结构正四面体空隙正八面体空隙点阵型式：平面六方结构基元内容：2个球正当晶胞中正四面体空隙数：2个正八面体空隙数：1个等同点套数：2168.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）hexagonalclosestpacking(hcp)178.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）密置层堆积顺序：ABABAB…配位数：1212(同层6个，上下层各3个)188.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）点阵形式：hPAB198.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）空间点阵形式：理想晶胞参数：结构基元数：结构基元内容：球的分数坐标：1六方P(hP)a=b=2rc=1.633ar为圆球半径2个球208.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）正八面体空隙正四面体空隙218.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）正八面体空隙:2个正四面体空隙：4个228.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）1个正四面体空隙4个球，一个球1/4个空隙，1个球参与8个四面体空隙的构成(1331)，一个球占2个四面体空隙。一个正八面体空隙6个球，一个球1/6个空隙，1个球参与6个正八面体空隙的构成(33)，一个球占有1个正八面体空隙。晶胞内有二个球，则有4个四面体空隙，2个八面体空隙。球数:正八面体空隙数:正四面体空隙数=2:2:4=1:1:2如何理解？238.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）晶胞空间利用率~A3型密堆积系数001面接触情况；a=b=2r,c/a=1.633248.3金属的密堆积结构六方最密堆积（A3）对称性c轴方向有密置层与c轴垂直，只有在垂直于c的方向易滑移258.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）AB层BC层cubicclosestpacking(ccp)268.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）密置层堆积顺序：ABCABC…配位数：1212(同层6个，上下层各3个)ABCABCA278.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）点阵形式：cFACBA288.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）点阵形式：cF298.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）空间点阵形式：结构基元内容：球的分数坐标：立方F(cF)1个球晶胞内结构基元数：4个308.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）球数:正八面体空隙数:正四面体空隙数=4:4:8=1:1:2正四面体空隙8个(顶角)正八面体空隙4个(体心1个，棱心3个)318.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）正四面体空隙正八面体空隙328.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）(100)面空间利用率74.05%338.3金属的密堆积结构立方最密堆积（A1）对称性八个顶点所对应的与四个3垂直方向上都有密置层，所以易滑动。3333(111)面348.3金属的密堆积结构A1A3堆积对比共同点：都为最密堆积配位数一样12球数:正八面体空隙数:正四面体空隙数=1:1:2一样，74.05%不同点：A1可划出立方晶胞，对称性高于A3；A1型堆积在4个方向上有密置层面，比A3多。A1型金属具有更突出的延展性，质地柔软。A1:CuAgAuNiPdPtAlA3:MgZn358.3金属的密堆积结构体心立方堆积（A2）点阵形式bodycubicpacking(bcp)点阵型式：立方体心cI368.3金属的密堆积结构体心立方堆积（A2）配位数8+6空间利用率a(110)面68.02%378.3金属的密堆积结构体心立方堆积（A2）空隙及分布12个(与八面体空隙共用空间)八面体空隙6个(面上3个，棱上3个)四面体空隙388.3金属的密堆积结构金刚石堆积（A4）点阵形式配位数点阵型式：结构基元内容：每个晶胞结构基元数：立方面心cF2个球4个配位数：4398.3金属的密堆积结构金刚石堆积（A4）空间利用率34.01%(110)面408.3金属的密堆积结构最密堆积密堆积A3hcpA1ccpA2bcpA4密置层顺序ABAB...ABCABC...

配位数12128+64空间点阵型式hPcFcIcF结构基元数1424晶胞内球数2428结构基元内容2个球1个球1个球2个球四面体空隙数4812八面体空隙数246空间利用率%74.0574.0568.0234.01418.4金属单质结构及性质A3*LaA5-SnA6InA8-SeA9石墨A10-HgA11-GaA12-Mn428.4金属单质结构及性质A13-MnA14I2A15A16-SA17PA20U438.4金属单质结构及性质晶体结构定性地与金属原子价层s和p轨道上的电子数目有关,每个原子平均摊到s、p电子数较少时容易为A2型结构，较多时为A1型结构，中间时为A3型结构。d电子对成键强度影响较大，但并不直接决定晶体的结构型式。这种关系也适用于合金的结构。448.4金属单质结构及性质金属原子半径来源：X衍射，测量晶胞参数及点阵型式。计算：把相互接触的相同原子的平衡核间距对分即为原子半径。原子半径与晶体结构型式有关，主要是因为配位数不同引起的，配位数越高，半径越大。一般书后表中给出的金属原子半径以配位数为12，若其配位数不为12可换算。配位数：12864相对半径比：10.970.960.88458.4金属单质结构及性质金属原子半径同一族元素原子半径随原子序数的增加而增加。

这是由于同族元素外层电子组态相同，电子层数增加，半径加大。同一周期主族元素原子半径随原子序数的增加而下降。

这是由于电子价层不变，有效核电荷随原子序数的增加而递增，使半径收缩。同一周期过渡元素的原子半径随原子序数的增加开始时稳定下降，以后稍有增大，但变化幅度不大。镧系元素:“镧系收缩”效应。468.5合金的结构和性质金属固溶体Cu-Au置换固溶体CuAuCu3Au置换固溶体间隙固溶体钢铁，间隙固溶体硬度大。铸铁：>2.0% 熟铁：<0.02%；钢：<0.25%低碳钢 >0