人教版化學選修3《物質結構與性質》第三章第三節(jié)中提到晶胞空間利用率的問題,近幾年的高考試題中也經常出現(xiàn)相關的計算,此類計算靈活度較高,分析方法多樣,不太容易得分。筆者認為只要同學們能掌握幾種常見的晶胞空間利用率的計算,基本上就能突破這一難點。下面就常見的金屬晶胞和金剛石晶胞空間利用率的計算做一分析,以供同學們參考。

1.簡單立方堆積(如圖1所示)：金屬原子位于晶胞的八個頂點上,相鄰的兩個原子相切,設原子的半徑為r,晶胞的邊長為a(下同),則a=2r,每個晶胞中凈含有一個金屬原子。

圖1

2.體心立方堆積(如圖2所示)：此種堆積方式可看成簡單立方堆積模型中心再排一個金屬原子,a＞2r,晶胞的體對角線的長等于4r,則得每個晶胞中凈含有兩個金屬原子。

圖2

3.面心立方最密堆積(如圖3所示)：金屬原子位于晶胞的頂點和面心上,平均每個晶胞中凈含有四個金屬原子,且面對角線的長為4r,則a2+a2=(4r)2,得

圖3

4.六方最密堆積(如圖4甲所示)：晶胞的上下面是菱形,菱形頂點上相鄰的原子兩兩相切,短對角線上兩個原子也是相切的。若沿上下面短對角線方向切開,則形成兩個正三棱柱,其中一個正三棱柱的正中心有一個金屬原子,如圖4乙所示,另一個則沒有。圖4乙中正中心的原子與上下面的原子形成兩個正四面體,每一個正四面體如圖4丙所示(放大后,BF=2FE,則AF2=得晶胞的體積=S菱形×

圖4

5.金剛石晶胞(如圖5所示)：每個晶胞中凈含有8個碳原子,體對角線的長為8r,則得

圖5

同學們若能熟練掌握以上幾種常見的晶胞空間利用率的計算,則其他類型的晶胞空間利用率的計算也就迎刃而解了。