第1个回答 2014-04-13
球的密堆和金属单质的结构
一．晶体结构的密堆积原理
由于金属键、离子键、范德华力等没有方向性和饱和性，所以在金属晶体，离子晶体，和一些分子型晶体中，组成晶体的微粒总是趋向于相互配位数高，能充分利用空间的密度大的紧密堆积结构，为了研究方便，将晶体中的原子，离子等视为具有一定体积的圆球。
空间利用率：单位体积中圆球所占体积的百分数
配位数：一个圆球周围的圆球数目
由于密堆积方式充分利用空间，从而使体系的势能尽可能降低，结构稳定。
二、等径圆球密堆积
把组成金属单质晶体的原子看作是等经圆球。
1．等径圆球的密堆积
等径圆球平铺成最密的一层只有一种形式，即每个球都和六个球相切，如右图，第二层球堆上去，为了保持最密堆积，应放在第一层的空隙上。每个球周围有6个空隙，只可能有个空隙被第二层球占用，第三层球有种放法，第一种是每个球正对第一层：若第一层为A，第二层为B，以后的堆积按ABAB……重复下去，这样形成的堆积称六方最密堆积。第二种放法，将第三层球放在第一层未被覆盖的空隙上，形成C层，以后堆积按ABCABC……重复下去，这种堆积称为立方最密堆积。这两种堆积，每个球在同一层与6个球相切，上下层各与3个球接触，配位数均为12。
1）六方密堆积（A3密堆积）
在等径圆球密置双层之上再放一层，有两种方式，其中之一是和三层中球的位置在密置双层的正四面体空隙之上，即第三层与第一层重复，即采用ABAB…方式堆积从中可以抽出六方晶胞，所以称为六方密堆积，（亦叫A3密堆积）其晶胞参数为，c=1.633a每个晶胞中含有两个球体（但不是两个点阵点）其分数坐标为（0，0，0），配位数为12,空间利用率为74.05％，注意：在此种密堆积方式中，若抽取点阵的话，并不是每个球都可作为点阵点，只有A层或B层中心的球可作为点阵点，即结构基元为两个球，（一个格子中只有一点阵点，为素格子)
2）面心立方密堆积（A1型密堆积）
放置第三层时，球的位置落在密置双层正八面体空隙之上投影位置即与第二层球错开又与第二层球错开，即采用ABCABC方式堆积，从中可以抽出立方面心晶胞，所以称为面心立方堆积（也称A1型密堆积）
每个晶胞中含4个圆球（也是4个结构基元或4个点阵点）其分数坐标分别为（0,0,0），（），（)，()
配位数为12，空间利用率为74.05%。
在此种密堆积方式中，以每个圆球为一个点阵点（结构基元）可抽出立方面心点阵（立方体的一个体对角线方向与密置层垂直）除了以上两种密堆积方式外，还有两种常见的密堆积方式（但不是最密堆积）
3）体心立方密堆积（A2型密堆积）
A2密堆积不是最密堆积，从这种堆积方式中可抽取出立方体心晶胞（或立方体心点阵）每个球对应一个点阵点，所以称为体心立方密堆积（也称A2型密堆积）每个晶胞中有两个球，其分数坐标为（0,0,0）（)配位数为8，空间利用率为68.02％
4）.金刚石型密堆积（A4型密堆积）
A4型密堆积也不是最密堆积，在这种密堆积中，圆球的排布与金刚石中碳原子排布类似，所以称为金刚石型密堆积（也称为A4型密堆积）。配位数为4，空间利用率为34.01％。
三．金属单质结构
金属元素中具有面心立方，密集六方和体心立方三种典型结构的金属占了绝大多数，如表8-2所示。许多金属中存在多种结构转变现象，这说明三种结构之间能量差异不大。
碱金属一般具有体心立方结构（A2），但在低温时可转变为密堆六方。碱土金属大多是密堆六方结构（A3）。过渡金属d壳层电子半满以上的，一般是面心立方（A1），d壳层未半满的，大多是体心立方结构（A2）。比较特殊的是Mn，有几种结晶变形（α、β、γ相）。
镧系元素一般是密堆六方结构，也出现复杂的堆积结构，如轻元素α－La、Pr、Nd是六方密堆结构，Sm是三方九层密堆结构。锕系情况更复杂。
ⅠB族贵金属是面心立方结构（A1）。Zn、Cd结构接近密堆六方，Hg为三方结构。
Ⅳ族的Ge、Sn、Pb采用金刚石型的A4结构：立方面心晶胞中，8个四面体空隙一半为原子占据，每个晶胞共有8个金属原子如图8-11 。
金刚石结构
金属的晶体构型（无色为复杂构型或无晶体结构
四．金属原子半径
如果将金属原子看作刚球，最近邻原子中心间距的一半就是刚球的半径。人们可用某金属晶体点阵参数来推算该金属原子的半径。
由于刚性模型是粗略的近似，在讨论合金的结构时很有用处。但要应用原子半径来分析具体问题时，即使是同一元素，化学键型的不同、配位数的高低都会使原子半径发生变化。例如金属晶体中，镁原子半径为1.60Å，而在离子晶体中，Mg2＋的半径只有0.78Å。即键型对元素半径的影响很大。配位数的影响虽然没有这么显著，但也是不能忽略的。Goldschmidt总结了这种实验现象，提出配位数降低时，原子半径收缩的相对值。
不同配位数时原子半径的相对值
配位数 12 8 6 4 2 1
原子半径 1.00 0.97 0.96 0.88 0.81 0.72
在每一周期里，开始时随价电子数增加，电子与核之间作用加强，原子半径显著下降，同时熔点上升。当价电子层填至半满，原子半径曲线经历一个极小值。价电子数再增加，每个壳层中出现自旋相反的电子，电子间斥力增加，使原子半径上升，至周期末又一个极大值。从第二周期至第五周期，随周期数的增加，曲线向上移，即原子半径加大，第六周期情况较特殊：镧系元素的原子半径基本保持不变。当4f壳层填满后，原子半径才下降本回答被提问者采纳