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金属晶体

【定义】由金属键形成的晶体,叫做金属晶体。
【说明】
1. 金属键没有方向性。因此在靠金属键结合的金属晶体中, 原子(或离子)总是趋向于形成相互配位数高,又能充分利用空间的密堆积方式。由于每个原子的电子云分布基本上呈球形对称, 因此可把同一种金属原子看成是半径相等的圆球,每个圆球周围可依几何原理排列尽可能多的邻近圆球(一般是6个,连自己共7个),然后无限延伸出去构成一个密置层。在这个密置层上还可以再叠第二层,……,这样形成等径球的空间密堆积结构。
2. 根据金属原子半径大小和密置层的不同堆积方式,可以有 以下4种密堆积结构。
(1) 配位数为12的立方面心最密堆积(A1型,即重复ABC 三层的堆积,见下图左),空间利用率为74. 06%,如Cu副族、 Pb、Al、Tl、Ni副族、Sr 等。
(2) 配位数为12的六方最密堆积(A3型,即重复AB两层的堆积,见下图中),空间利用率为74. 06%,如钪副族、Be、Mg、 Hf、Tc、Re、Co 等。
(3) 配位数为8 (或14)的立方体心密堆积(A2型,见下图右),空间利用率为68. 02%,如碱金属、Ⅴ副族、Cr副族、Ti、Zr、 Zn、Cd、Ca、Sr、Ba 等。

金属晶体
金属晶体

 





(4)配位数为4的金刚石型四面体 堆积(A4型),空间利用率为34.01 %, 如 Si、Ge、Sn 等。

金属晶体
金属晶体








3. 金属晶体大多数熔点、沸点高, 硬度较大,有金属光泽,有良好的导电性、导热性和机械加工性能。

4. 大多数金属在温度降低时电阻减小,但即使温度接近绝对零度仍有电阻。目前发现少数金属或合金,当冷到一定的低温时,电阻几乎完全消失,出现超导性能。例如,当温度降到一371°C时,金属汞的电阻完全消失。

5.金属单质及一些金属合金都属于金属晶体,例如镁、铝、铁和铜等。金属晶体中存在金属离子(或金属原子)和自由电子,金属离子(或金属原子)总是紧密地堆积在一起,金属离子和自由电子之间存在较强烈的金属键,自由电子在整个晶体中自由运动,金属具有共同的特性,如金属有光泽、不透明,是热和电的良导体,有良好的延展性和机械强度。大多数金属具有较高的熔点和硬度,金属晶体中,金属离子排列越紧密,金属离子的半径越小、离子电荷越高,金属键越强,金属的熔、沸点越高。例如周期系IA族金属由上而下,随着金属离子半径的增大,熔、沸点递减。第三周期金属按NaMgAl顺序,熔沸点递增。


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