最密立方結構

最密立方結構

最密立方結構是最緊密堆積的兩種基本型式之一,其圓球的配位數為12,空間利用率為74.05%,密置層按三層重複,即ABCABC的方式重複堆積,其第四層的球心投影位置與第一層重複,第五層與第二層重複,依此類推。

簡介

原子和離子都具有一定的有效半徑,因而可以看成是具有一定大小的球體。在金屬晶體和離子晶體中,金屬鍵和離子鍵沒有方向性和飽和性。故而, 從幾何角度看,金屬原子之間或者粒子之間的相互結合,在形式上可以看作是球體間的相互堆積。晶體具有最小內能性,原子和離子相互結合時,相互間的引力和斥力處於平衡狀態,這就相當於要求球體間做緊密堆積 。

最密堆積分類

1、晶體金屬中原子的堆積方式常見的有:六方密堆積(HCP)(又稱鎂型堆積),面心立方密堆積(FCC)(又稱銅型堆積),體心立方堆積(BCC)(又稱鉀型堆積),其中面心立方密堆積和六方立方密堆積的空間利用率最大為74%,而體心立方堆積的空間利用率僅為68%

2、不等大球體做緊密堆積時,可以看作較大的球體成等大球的堆積方式,較小的球體按其本身的大小來填充八面體或者四面體空隙,這多見於離子晶體中,比如氯化鈉等。

晶體中的原子(或離子)在沒有其他因素(例如價鍵的方向性、正負離子的相間排列等)的影響下,由於彼此之間的吸引力會儘可能地靠近,以形成空間密堆積排列的穩定結構。空間堆積的緻密度用空間利用率(晶胞內原子總體積占晶胞體積的百分數)表示。

將離子(一般為金屬離子)近似地看成是等徑的剛球,其平面密排圖形如圖1中A球的排列所示。球的間隙有B和C兩種。在排第二層時須將球放到B(或C)位才能得到最緊密的堆積。但排第三層時,由於第二層形成的球隙可能是A或C(設第二層為B 位),所以視球放置的位置不同而有兩種密堆積結構 。

結構

1、立方密堆積。將第三層球放到C位,則第四層球放入第三層球形成的間隙 A處,並依ABCABC…規律重複地堆積下去。金屬Cu、Al、Au等的結構屬於這種結構。

2、六角密堆積。將第三層球放到 A位,並依ABABAB…順序堆積下去。當六角晶系中軸比с/ a=1.633時,金屬Zn、Mg、Be等屬於這種結構。

兩種密堆積結構的空間利用率均為74%。

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