晶体原子堆垛

1.5.1晶体中原子堆垛方式1.5.2晶体结构中的间隙1.5.3同素异构现象1.5.4原子半径1.5.5其它晶体结构1.5.6晶体的极射投影简介2/6/202311.5.1晶体中原子的堆垛方式等径球在平面上最紧密堆垛方式A层原子紧密排列，第二层可排B与C位置，但不可同时排B与C位置2/6/20232A层原子紧密排列，第二层可排B与C位置，但不可同时排B与C位置ABCCBBBBCCCCCBBBAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAACCBAA（111）面原子排列平面示意图[110]BBBFCC结构原子堆垛示意图2/6/20233面心立方密排面心立方：密排面为{111}ABCABCABC……2/6/20234面心立方2/6/20235密排六方密排密排面为（0001）ABABAB……2/6/20236PackingofthehcpcrystalPackingofthehcpcrystal(ABAB…)2/6/20237ABABCATOMICPACKING2/6/20238

体心立方堆垛密排面为（110）ABABAB….2/6/20239BBBBBBAAAAAAAAAAAAAAAAABBBBAAAAAA[111]（110）面原子平面排列示意图BBBBBB体心立方堆垛密排面为（110），不是最密排结构。ABABAB2/6/2023101.5.2晶体结构中的间隙从晶体中原子排列的刚球模型和对致密度可以看出，金属晶体中存在间隙分为四面体间隙和八面体间隙2/6/202311Interstitials

2/6/202312Interstitials2/6/202313Interstitials2/6/202314棱边长位于立方体正中心和每个棱边中心面心立方八面体间隙数目=1+12×1/4=4设原子半径为rA，间隙中能容纳的最大圆球半径rBrB/rA=0.4142/6/202315位于由一个顶角原子和三个面中心原子连接成的正四面体中心面心立方四面体间隙数目为8rB/rA=0.2252/6/202316密排六方八面体间隙与面心立方结构的八面体和四面体间隙形状完全相似八面体间隙位置不同rB/rA=0.4142/6/202317密排六方四面体间隙四面体间隙rB/rA=0.2252/6/202318位于立方体每个面中心和每根棱中间体心立方八面体间隙数目为6<100><110>rB/rA=0.15rB/rA=0.6332/6/202319位于两个体心原子和两个顶角原子所组成的四面体中心体心立方四面体间隙数目为12rB/rA=0.292/6/202320晶体结构中的间隙2/6/2023211.5.3同素异晶性（多型性）当外界条件（温度、压力）改变时，元素的晶体结构可以发生转变，这种性能称作同素异晶性，或称多型性锡在温度低于18℃时为金刚石结构的α-Sn，也称为灰锡这种转变则称为同素异晶转变或多型性转变转变的产物叫同素异晶体碳具有六方结构和金刚石结构两种晶型锡在温度高于18℃时为正方结构的β-Sn，也称为白锡2/6/202322同素异构转变晶体结构改变，金属的性能如体积、强度、塑性、磁性、导电性等往往要发生突变钢铁材料和钛合金等许多其他的金属材料能够通过热处理来改变性能，原因之一就是因为它们具有晶型转变如纯铁加热时候的膨胀曲线2/6/202323Fe的同素异构转变912℃以下为体心立方结构，α-Fe912~1,394℃之间为面心立方结构，γ-Fe温度超过1,394℃时，又变为体心立方结构，称为δ-Fe在150KPa高压下铁还可以具有密排六方结构，称为ε-Fe2/6/202324同素异构转变与金属中的多晶型类似，在聚合物中存在非常多的异构体，并使异构体熔点和沸点等都不相同丙醇的异构体

a-正丙醇；b-异丙醇，它们成分相同，结构不同2/6/202325碳的同素异构石墨结构金刚石结构2/6/2023261.5.4原子大小原子半径：最近邻的两个原子中心之间的距离的一半表征原子大小通常采用两种量度方法：原子半径和结构原子体积bccfcchcpc/a=1.633c/a≠1.6332/6/202327影响原子半径因素一般情况下都是指常温、常压下的数据1.温度与压力的影响温度改变时由于原子热振动及晶体内点阵缺陷平衡浓度的变化，使原子间距产生改变，影响到原子半径的大小室温下Ag的原子半径为0.144429nm原子并非刚性接触，存在一定可压缩性，压力改变也会引起原子半径的变化温度升高1℃时则变为0.144432nm2/6/202328影响原子半径因素晶体中原子的平均间距与结合键类型及键合的强弱有关2．结合键的影响离子键与共价键是较强的结合键，原子间距相应较小范德瓦尔斯键的键能最小，因此原子间距最大同一金属晶体分别以金属键和离子键结合时，原子半径与离子半径有很大的差异如Fe原子的原子半径为0.124nm，而Fe2+和Fe3+的离子半径分别为0.083nm和0.067nm碱金属与过渡族金属相比，由于结合键较弱，因此碱金属的原子半径比离子半径大得多2/6/202329影响原子半径因素原子排列密集程度与原子半径密切相关3．配位数的影响把配位数为12的密排晶体的原子半径作为1，对不同配位数时原子半径的相对值原子半径随晶体中原子配位数的减少而减少2/6/202330金属配位数影响原子半径从高配位数结构向低配位数结构发生同素异构转变由面心立方结构的γ-铁转变为体心立方结构的α-铁致密度的减少，晶体体积的膨胀原子半径产生收缩，减少转变时的体积变化以维持其最低的能量状态致密度从0.74降到0.68，原子半径不变应产生9%体积膨胀实际测出的体积膨胀只有0.8%2/6/202331影响原子半径因素各个元素的原子半径随原子序数的递增而呈现周期性变化的特点原子核外层电子结构的影响2/6/202332原子核外层电子结构影响原子半径每一周期从第1周期到第5周期镧族收缩开始随着原子序数增加，原子核外层电子数目增加（电子壳层数目不变），电子壳层逐渐被电子填满，原子半径逐渐减少原子半径达到最小值之后，原子半径又随着原子序数的增加而增加每个周期内原子半径的最大值和最小值随着周期数的增加而提高第6周期镧系元素的原子半径基本不变稀土族以后的元素，自铪到金的原子半径几乎和上一周期相应元素的原子半径相等的现象2/6/202333结构原子体积设a