有關(guān)金屬晶體結(jié)構(gòu)中幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)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(shí)、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?cè)诜治鼋饘倬w的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，通常從密堆積模型開(kāi)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(kāi)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(duì)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(duì)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(jiǎn)單重復(fù)。

(2)ABC排列方式：第2層(即B層)對(duì)準(zhǔn)第1層(即A層)的1、3、5空隙，第3層(即C層)對(duì)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(jiǎn)單重復(fù)。

二、晶胞的截取與晶胞微粒個(gè)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(gè)數(shù)的均攤。

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

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

三、晶體結(jié)構(gòu)的若干計(jì)算

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

2.晶體的計(jì)算。

(1)空間利用率的計(jì)算。晶胞中實(shí)際占有的金屬原子的總體積在整個(gè)晶胞空間中所占有的體積百分比即為空間利用率。計(jì)算思路：先確定晶胞微粒的個(gè)數(shù)，以圓的體積代替單個(gè)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(jì)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(zhǎng)為a，微粒半徑為r)：面對(duì)角線長(zhǎng)體對(duì)角線長(zhǎng)，體心立方堆積有面心立方堆積有

(2)晶胞密度的計(jì)算。先根據(jù)均攤法，求出每個(gè)晶胞實(shí)際包含的金屬原子的個(gè)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(jì)算晶胞體積；最后根據(jù)進(jìn)行計(jì)算求得結(jié)果。