关于密堆积原理

1 关于密堆积原理 高剑南 ﹙华东师范大学 200062﹚ 1. 从教材的一个改动说起 某《化学》拓展型教材﹙试验本﹚p.48 图2.17 列了三种类型金属晶体的结构示意图﹙确切的表述是等径圆球的三种密堆积形式﹚，其中图⑴为体心立方堆积，图⑵为六方最密堆积，图⑶为立方最密堆积，文中第4 行说“铝晶体中铝原子的堆积形式如图2.17⑵所示”。在该教材试行本出版时，p.35 图2.16 除三种类型金属晶体的结构示意图由黑白图改为彩图，⑴⑵⑶分别改为﹙a﹚﹙b﹚﹙c﹚外，重要的是p.34 文中倒 4 行说“铝晶体中铝原子的堆积形式如图2.16﹙c﹚所示”。 那么，铝晶体中铝原子的堆积形式究竟是六方最密堆积还是立方最密堆积？堆积形式与物质的性质又有什么关系？这些问题涉及到密堆积原理以及几种堆积方式。 2. 密堆积原理 所谓密堆积原理是指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中，原子、离子和分子等微粒总是趋向于相互配位数高，堆积密度大，能充分利用空间，因而体系稳定的那些结构。金属原子的电子云分布基本上是球对 称 的，可 以把 同 一种金属晶体看 成 是由半 径相等的圆球构成 ，因此 金属晶体的结构可 用等径圆球的密堆积模 型来 研 究。常 见 的堆积形式有：1A 、2A 、3A 和4A 等。 2.1 等径球的密置 层 和密置 双 层 1A 和3A 堆积是等径球的密置 层 以两 种不 同 方式堆积而成 的最密堆积。密置 层 的结构如图1 所示，每 个球与 6 个球紧 密接 触 ，形成 6 个三角 形空隙 ，其中1、3、5 三角 形空隙的底 边 在下 、顶 点 在上，2、4、6 三角 形空隙 的底 边 在上、顶 点 在下 。 图1 等径球的密置 层 在堆积第二 层 等径球时，这个密置 层 中圆球的凸 出部 位正 好 处 于第一密置 层 的凹 陷 部位，也 就 是一个球同 时与第一密置 层 的三个球接 触 ，它 可 以占 据 1、3、5 空隙 ，也 可 占 据2、4、6 空隙 ，但 不 会 两 者 都 占 ，也 不 会 混 合占 据 。如果 占 据 1、3、5 空隙 ，第一密置 层中的1、3、5 三角 形空隙 转 化成 密置 双 层 中的底 面 在下 、顶 点 在上的正 四 面 体空隙 T ，见图2-（ a）。而2、4、6 三角 形空隙 转 化成 正 八 面 体空隙O，见 图2-（ c）。注 意在 7 位还有一个底 面 在上、顶 点 在下 的正 四 面 体空隙...