三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)

三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)

最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有面心立方結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)和密排立方結(jié)構(gòu)

1.面心立方結(jié)構(gòu)：晶胞是一個(gè)立方體，原子分布在立方體的各結(jié)點(diǎn)和各面的中心上。鋁、銅、鎳、γ鐵等都是面心立方結(jié)構(gòu)。

2.體心立方結(jié)構(gòu)：其晶胞是一個(gè)立方體，原子分布在立方體的各結(jié)點(diǎn)和中心上。鉻、鉬、鎢、釩、鈮、α鐵等都是體心立方結(jié)構(gòu)。

3.密排六方結(jié)構(gòu)：晶胞是一個(gè)六方體，原子除分布在六方柱的各結(jié)點(diǎn)及上下兩面的中心處之外，在六方柱體中間還有三個(gè)原子。鋅、鎂、鈹、鎘等都屬密排六方結(jié)構(gòu)。

體心立方結(jié)構(gòu)

三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點(diǎn)

晶胞中的原子數(shù)：

晶胞頂角處為幾個(gè)晶胞所共有，而位于晶面上的原子也同時(shí)屬于兩個(gè)相鄰的晶胞，只有在晶胞體積內(nèi)的原子才單獨(dú)為一個(gè)晶胞所有。故三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)中每個(gè)晶胞所占有的原子數(shù)為：

面心立方結(jié)構(gòu) n =8*(1/8)+6*(1/2)=4

體心立方結(jié)構(gòu) n=8*(1/8)+1=2

密排立方結(jié)構(gòu) n=12*(1/6)+2*(1/2)+3=6

點(diǎn)陣常數(shù)和原子半徑：

晶胞的大小一般是由晶胞的棱邊長度(a,b,c)即點(diǎn)陣常數(shù)(或稱晶格常數(shù))衡量的，它是表示晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要的基本參數(shù)。

面心立方結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣常數(shù)為a，√2a=4R

體心立方結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣常數(shù)為a，且√3a=4R

密排立方結(jié)構(gòu)：點(diǎn)陣常數(shù)由a和c表示。在理想情況下，即把原子看作等徑的剛球，可算得c/a=1.633

配位數(shù)和致密度：

晶體中原子排列緊密程度與晶體結(jié)構(gòu)類型有關(guān)，通常以配位數(shù)和致密度兩個(gè)參數(shù)來描述晶體中原子排列的緊密程度。

所謂配位數(shù)(CN)是指晶體結(jié)構(gòu)中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)，而致密度是指晶體結(jié)構(gòu)中原子體積占總體積的百分?jǐn)?shù)。如以一個(gè)晶胞來計(jì)算，則致密度就是晶胞中原子體積與晶胞體積之比值，即

K=nv/V

式中，K為致密度，n為晶胞中原子數(shù)，v是一個(gè)原子體積。這里將金屬原子視為剛性等徑球，故v=4πR3/3，v為晶胞體積

晶體的原子堆垛方式和間隙

晶體的原子堆垛方式和間隙是晶體學(xué)中重要的概念。

晶體是由原子、離子或分子組成的有序結(jié)構(gòu)，其原子堆垛方式?jīng)Q定了晶體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。在同一元素或化合物形成的不同晶體中，原子的排列方式也是不同的，這種不同的排列方式稱為晶體的晶體結(jié)構(gòu)類型。????

晶體結(jié)構(gòu)有三種基本的原子堆垛方式：立方堆垛、六方堆垛和四方堆垛。

立方堆垛是指原子沿著等間距的方格狀排列;六方堆垛是指原子沿著六邊形狀排列;四方堆垛是指原子沿著正方形狀排列。這三種堆垛方式都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此在不同的晶體結(jié)構(gòu)中都有所應(yīng)用。???

晶體的間隙是指原子排列時(shí)的空隙或孔洞。這些間隙可以用來存儲(chǔ)其他原子、離子或分子，從而影響晶體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。

一些晶體結(jié)構(gòu)具有很大的空隙，如金剛石晶體中的孔洞就可以容納其他原子進(jìn)入，這使得金剛石成為眾所周知的硬度極高的材料。

其中位于6個(gè)原子所組成的八面體中間的間隙稱為八面體間隙，而位于4個(gè)原子所組成的四面體中間的間隙稱為四面體間隙。圖中實(shí)心圓圈代表金屬原子，另其半徑為rA，空心圓圈代表間隙，另其半徑為rB，rB實(shí)質(zhì)上表示能放入間隙內(nèi)小球的最大半徑。

審核編輯：湯梓紅