有關(guān)金屬晶體結(jié)構(gòu)中幾個難點(diǎn)問題的歸納與分析

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金屬晶體作為物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊的重點(diǎn)，雖然仍有許多未解之謎，但僅就高中化學(xué)而言，許多知識、理論已經(jīng)基本成形，本文擬結(jié)合高考試題的考查熱點(diǎn)加以總結(jié)歸納，以饗讀者。

一、晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型

我們在分析金屬晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，通常從密堆積模型開始，晶體微?？煽闯傻葟綄?shí)心小球排列。因此，晶體微粒結(jié)構(gòu)從一維、二維、三維逐次展開有以下幾種。

1.一維只有一種密排列方式；二維有兩種排列方式，一種是非密置層排列，另一種是密置層排列，如圖1所示。

圖1

2.三維空間的密置層與密置層排列有兩種方式，如圖2所示。

圖2

(1)AB排列方式：第2層(即B層)對準(zhǔn)第1層(即 A層)的1、3、5空隙或2、4、6空隙，第3層(即A層)對準(zhǔn)第1層(即A層)的1、3、5空隙或2、4、6空隙，形成AB的簡單重復(fù)。

(2)ABC排列方式：第2層(即B層)對準(zhǔn)第1層(即A層)的1、3、5空隙，第3層(即C層)對準(zhǔn)第1層(即 A層)的2、4、6空隙，第4層為A層的重復(fù)，形成ABC的簡單重復(fù)。

二、晶胞的截取與晶胞微粒個數(shù)的均攤

1.晶胞的截取。晶胞都是從晶體結(jié)構(gòu)中截取的六面體。根據(jù)重復(fù)、周期排列規(guī)則，截取的晶胞大小、形狀完全相同且包含必要的循環(huán)元素。

2.晶胞微粒個數(shù)的均攤。

(1)簡單立方堆積。由于1個晶胞上、下、左、右、前后并置構(gòu)成整個晶體，因此，處于頂點(diǎn)的微粒實(shí)際屬于8個晶胞共用，故此，此類晶胞實(shí)際“均攤”1個微粒。

(2)體心立方堆積。同理，在簡單立方堆積的基礎(chǔ)上，由于體心占有1個微粒，故本類晶胞實(shí)際“均攤”2個微粒。

三、晶體結(jié)構(gòu)的若干計算

1.晶胞的參數(shù)(基本要素)。晶胞包含微粒個數(shù)及空間位置(空間坐標(biāo)參數(shù))兩個參數(shù)。通常而言，晶胞的邊長設(shè)為a，單位為pm(1pm=10-10cm)。

2.晶體的計算。

(1)空間利用率的計算。晶胞中實(shí)際占有的金屬原子的總體積在整個晶胞空間中所占有的體積百分比即為空間利用率。計算思路：先確定晶胞微粒的個數(shù)，以圓的體積代替單個微粒的體積，求出微粒的總體積；再根據(jù)晶胞參數(shù)求出晶胞的體積；最后代入公式空間利用率計算即可。

晶胞參數(shù)與微粒半徑的換算關(guān)系如下(以體心立方、面心立方為例，設(shè)邊長為a，微粒半徑為r)：面對角線長體對角線長，體心立方堆積有面心立方堆積有

(2)晶胞密度的計算。先根據(jù)均攤法，求出每個晶胞實(shí)際包含的金屬原子的個數(shù)，確定化學(xué)式，求出晶胞的總質(zhì)量；再根據(jù)晶胞參數(shù)計算晶胞體積；最后根據(jù)進(jìn)行計算求得結(jié)果。