【正文】 同才能形成金屬固溶體。 （ b） 化學(xué)親和力：兩種元素若化學(xué)親和力很強(qiáng)，它們易形成穩(wěn)定的金屬化合物，而不形成固溶體。原子半徑的接近程度 。兩種金屬元素在周期表中的位置及其物理性質(zhì)的接近程度 。：兩種金屬組成的固溶體，其結(jié)構(gòu)型式一般和一種純金屬相同，只是一部分原子被另一部分原子統(tǒng)計(jì)地置換。Date 93⑶ 按合金的結(jié)構(gòu)和相圖等，一般可將合金分為三類： 幾十年來(lái)，人們對(duì)合金進(jìn)行了大量研究工作，合金的晶體結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣參數(shù)，相圖及各種物理性能已匯編成冊(cè)。 工業(yè)技術(shù)中應(yīng)用的金屬材料大多數(shù)是合金。當(dāng) 4f殼 層 填 滿 后，原子半徑才下降。價(jià)電子數(shù)再增加，每個(gè)殼層中出現(xiàn)自旋相反的電子，電子間斥力增加，使原子半徑上升，至周期末又一個(gè)極大值。在每一周期里，開(kāi)始時(shí)隨價(jià)電子數(shù)增加，電子與核之間作用加強(qiáng)，原子半徑顯著下降，同時(shí)熔點(diǎn)上升。 Date 90表 83 不同配位數(shù)時(shí)原子半徑的相對(duì)值 配位數(shù) 12 8 6 4 2 1 原子半徑 圖 813配位數(shù)的影響雖然沒(méi)有這么顯著，但也是不能忽略的。例如金屬晶體中，鎂原子半徑為 ， 而在離子晶體中，Mg2＋ 的半徑只有 。 由于剛性模型是粗略的近似，在討論合金的結(jié)構(gòu)時(shí)很有用處。金屬原子半徑和鑭系收縮效應(yīng)：Date 89 如果將金屬原子看作剛球，最近鄰原子中心間距的一半就是剛球的半徑。鑭系元素隨原子序數(shù)增加，半徑變小，稱為鑭系收縮效應(yīng)。同一周期主族元素的原子半徑隨原子序數(shù)的增加而變小；(3)金屬原子半徑在元素周期表中的變化有一定的規(guī)律性：(1)Date 77Li Date 78Na Date 79K Date 80Rb Date 81Cs Date 82Be Date 83Mg Date 84Ca Date 85Ba Date 86Al Date 87Sn Date 88同一種元素的原子半徑和配位數(shù)有關(guān)，配位數(shù)高，半徑大。不過(guò)這種規(guī)律不太明顯，而且同一種金屬的結(jié)構(gòu)型式還會(huì)隨外界條件而改變，所以需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。這三種結(jié)構(gòu)型式的。p和 hp,bp金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)有許多是屬于 c金屬的晶體構(gòu)型（無(wú)色為復(fù)雜構(gòu)型或無(wú)晶體結(jié)構(gòu)） Date 75圖 圖 Zn、 Cd結(jié)構(gòu)接近密堆六方， Hg為三方結(jié)構(gòu)。金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)Date 74錒系情況更復(fù)雜。 比較特殊的是 Mn， 有幾種結(jié)晶變形（ α、 β、 γ相）。堿土金屬大多是密堆六方結(jié)構(gòu)（ A3）。許多金屬中存在多種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，這說(shuō)明三種結(jié)構(gòu)之間能量差異不大。八面體空隙： 一層的三個(gè)球與錯(cuò)位排列的另一層三個(gè)球間的空隙。四面體空隙 :一層的三個(gè)球與上或下層密堆積的球間的空隙。 Date 59AB第三 層 與第一 層 有 錯(cuò)位，以ABCABC…方式排列。Date 562 面心立方密堆 積 :fcc配位數(shù)： 12空 間 占有率 :%Packing)。Packing)，體心立方堆積 (BodycentredCubicclose金屬鍵沒(méi)有方向性，金屬晶體內(nèi)原子以配位數(shù)高為特征。Date 541個(gè)六方密堆晶胞包含兩個(gè)球，共有 2個(gè)八面體空隙與 4個(gè)四面體空隙，上層 3個(gè)頂點(diǎn)位置的圓球與中層 3個(gè)圓球構(gòu)成一個(gè)八面體，中層 3個(gè)圓球與下面 3個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成另一個(gè)八面體空隙。立方面心的最密堆積，每個(gè)晶胞中有 4個(gè)八面體空隙： 6個(gè)面心位置所包圍的是 1個(gè)八面體空隙，每條棱的中點(diǎn)是 4個(gè)晶胞共有的一個(gè)八面體空隙。 B層 3個(gè)原子形成等邊三角形，空隙處下面若對(duì)著一個(gè) A層原子，也構(gòu)成一個(gè)四面體空隙。體心立方晶胞含 2個(gè)球 晶胞體積 而體心立方堆積（ bcp） 則空間占有率低一些。但計(jì)算得到空間占有率相同。立方面心晶胞中含 4個(gè)圓球，每個(gè)球體積為 晶胞面對(duì)角線長(zhǎng) 等徑球兩種最密堆積具有相同的堆積密度，晶胞中圓球體積與晶胞體積之比稱空間占有率，六方最密堆積（ hcp） 與立方最密堆積（ ccp） 空間占有率均為 ％。金屬原子最外層價(jià)電子脫離核的束縛，在晶體中自由運(yùn)動(dòng)，形成 “自由電子 ”，留下的金屬正離子都是滿殼層電子結(jié)構(gòu)，電子云呈球狀分布，所以在金屬結(jié)構(gòu)模型中，人們把金屬正離子近似為等徑圓球。Packing）， 符號(hào)記為 A2。體心立方密堆積可簡(jiǎn)寫為 bcp（ Body采用這種堆積形式，每個(gè)金屬原子最近鄰有 8個(gè)金屬原子，次近鄰有 6個(gè)金屬原子，不是最密堆積。Date 46Date 47packing） 用符號(hào) A3表示。等徑球按照 ABABAB…… 方式作最密堆積，重復(fù)周期為 2層，按垂直方向可取出六方晶胞，故稱為六方最密堆積，英文簡(jiǎn)稱為hcp（ Hexagoalpacking） 用符號(hào) A1表示。等徑球按照 ABCABC…… 方式作最密堆積，重復(fù)周期為 3層，如圖 8－ 6，若將某一平面層取為晶胞的（ 111）面，則可以從ABCABC堆積中取出立方面心晶胞，故稱為立方最密堆積，英文簡(jiǎn)稱 ccp（ Cubic（ 1）立方最密堆積： 等徑 圓 球密堆積Date 45 第二種放法，將第三層球放在第一層未被覆蓋的空隙上，形成 C層，以后堆積按 ABCABC…… 重復(fù)下去，這種堆積稱為立方最密堆積。等徑圓球平鋪成最密的一層只有一種形式，即每個(gè)球都和六個(gè)球相切，如右圖，第二層球堆上去，為了保持最密堆積，應(yīng)放在第一層的空隙上。等徑圓球堆積有最密堆積和密堆積幾種形式。一 .等徑球密堆積 金屬原子堆積在一起，形成金屬晶體。A2型堆積：Date 44上述這些多面體共面連接，如果將連接面看作平面三角形空隙，每個(gè)堆積球可攤到 12個(gè)。這種堆積中，每個(gè)球最近的配位數(shù)為 8，處在立方體的 8個(gè)頂點(diǎn)上，另外還有個(gè)相距稍遠(yuǎn)、處在立方體面的外側(cè)。這種堆積可劃出面心立方晶胞。這種堆積可劃出六方晶胞。(b)比較幾種金屬原子堆積金屬原子堆積方式 晶格類型 配位數(shù) 原子空間利用率 %簡(jiǎn)單立方堆積 簡(jiǎn)單立方 6 52(Ⅰ )體心立方堆積 體心立方 8 68(Ⅱ )面心立方密堆積 面心立方 12 74(Ⅲ )六方密堆積 六方 12 74Date 40Date 41 (a)幾種堆積方式比較見(jiàn)表 710。另一種堆積方式是體心立方堆積，它是由非密置層相互錯(cuò)開(kāi)重復(fù)堆積起來(lái)的，從這種堆積中可劃分出立方晶胞，園球呈體心立方晶格分布。Date 38Date 39若第二密置層的球心（ B） 相間對(duì)準(zhǔn)第一密置層六個(gè)空隙的一半，第三密置層的球心又對(duì)準(zhǔn)第一密置層的球心（ A）， 重復(fù)下去，則成 AB、 AB、 AB…… 的堆積方式，稱 AB堆積（圖 748（ a））。Date 36Date 37…… 的堆積方式，簡(jiǎn)稱 ABC堆積（圖 747（ a））。在第一密置層，當(dāng)一園球周圍排列 6個(gè)球時(shí)，周圍留下了 6個(gè)空隙，若第二密置層的球心（ B） 相間對(duì)準(zhǔn)第一密置層的一半空隙，第三密置層球心（ C） 又相間對(duì)準(zhǔn)另一半空隙，第四密置層的球心（ A） 又對(duì)準(zhǔn)第一密置層的球心 A。 Date 32Date 33 如果將等徑園球在一平面上排列，有兩種排布方式，如圖 746，按（ a） 圖方式排列，園球周圍剩余空隙最小，稱為密置層；按（ b） 圖方式排列，剩余的空隙較大，稱為非密置層。(A3)BACBACBAABABABADate 31(b)(A1)Date 30圖 個(gè)半徑為 R的球組成的堆積中，平均有 2N在各種最密堆積中，球間的空隙數(shù)目和大小也相同。球的密堆積和金屬單質(zhì)的結(jié)構(gòu)球的密堆積中最基礎(chǔ)、最重要的內(nèi)容是等徑圓球的堆積。Date 27Date 283eV）， 在電場(chǎng)條件下滿帶的電子激發(fā)到空帶，形成導(dǎo)帶，即可導(dǎo)電。g≥5eV）， 一般電場(chǎng)條件下，難以將滿帶電子激發(fā)入空帶，不能形成導(dǎo)帶。絕緣體的能帶特征是只有滿帶和空帶，而且滿帶和空帶之間的禁帶較寬（ E若空帶與滿帶重疊，也可形成導(dǎo)帶。導(dǎo)帶中的電子，受外電場(chǎng)作用，能量分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，因而導(dǎo)電。能帶的范圍是允許電子存在的區(qū)域，而能帶間的間隔，是電子不能存在的區(qū)域，叫禁帶。 Mg原子的 3s 軌道雖已填滿，但它與 3p軌道的能帶重疊。有電子但未填滿的 能帶 （橙色）叫導(dǎo)帶。每個(gè)能帶在固定的能量范圍，內(nèi)層原子軌道形成的能帶較窄，外層原子軌道形成的能帶較寬，各個(gè)能帶按能級(jí)高低排列起來(lái)，成為能帶結(jié)構(gòu)，圖 8—4 是導(dǎo)體與絕緣體的能帶示意圖。它將整塊金屬當(dāng)作一個(gè)巨大的超分子體系，晶體中 N個(gè)原子的每一種能量相等的原子軌道，通過(guò)線性組合，得到 N個(gè)分子軌道。 2．能帶理論 金屬晶體中的電子處在帶正電的原子實(shí)組成的周期性勢(shì)場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) ,Schr246。1．過(guò)渡金屬電子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：Date 21Date 22 過(guò)渡金屬的 d電子運(yùn)動(dòng)介于局域與離域之間，造成了理論處理的困難，加上 Fe、 Co、Ni 呈現(xiàn)鐵磁性， Mn、 Cr 呈現(xiàn)反鐵磁性，更增加過(guò)渡金屬電子理論的復(fù)雜性。徑向節(jié)面增加， d電子徑向分布增大，愈來(lái)愈不穩(wěn)定。到 Ni， 核與電子作用愈來(lái)愈強(qiáng)，使 d層愈加穩(wěn)定，原子半徑也愈小。 （ b） 在原子核附近， d電子分布函數(shù)作拋物線式增長(zhǎng)，對(duì)核電荷屏蔽不足，導(dǎo)致周期數(shù)增長(zhǎng)時(shí)， sp電子數(shù)保持恒定， d殼層電子逐步填充。電子相