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第四讲、晶体结合
北京交通大学
4.晶体结合4.4金属性结合BeijingJiaotongUniversity
原子结合成金属时，原来属于各原子的价电子
不再束缚在原子上，而转变为在整个晶体中运动，
它们的波函数遍及整个晶体。金属的导电性、导
热性等都是和共有化电子可以在整个晶体中自由
运动有关的。
金属结合的特征性质是金属中价电子的动能与
自由电子相比有所降低。碱金属可以想象为淹没在
近均匀负电荷海中的正电荷阵列。负电子云和正离
子实之间存在库仑吸引作用，显然体积越小，库仑
吸引作用就越强，库仑相互作用的能量越低。
北京交通大学
4.晶体结合4.4金属性结合BeijingJiaotongUniversity
n
排斥作用有两个来源：当体积缩小，共有化电子密度增加的同时，它们的动
能也增加，根据托马斯－费米理论，动能正比于n2/3；另一方面，当原子实相互
接近到它们的电子云发生显著交叠时，由于泡利原理会产生强烈的排斥作用。
晶体的平衡是依靠库仑吸引和这两种排斥作用决定的。由于金属结合没有方
向性和饱和性，金属结合首先是一种体积效应，原子愈紧凑，库仑能就愈低。
因此很多金属元素采取面心立方或六角密积结构，它们都是
排列最紧密的晶体结构，体心立方也是比较普通的金属结构。
金属结合能也可以用密度泛函理论来计算，对各种金
属材料的结合能、晶格常数和体积弹性模量计算的结果，
与实验符合得相当好。
北京交通大学
4.晶体结合4.4金属性结合BeijingJiaotongUniversity
面心立方(fcc)晶格——Cu、Ag、Au、Al(配位数12)
(hcp)——BeMgZnCd(12)
六角晶格六角密堆积、、、配位数
(bcc)——LiNaKRbCsMo(8)
体心立方、、、、、配位数
——良好的导电导热性
——结合能比离子结合和共价结合晶体要低一些，过渡
金属结合能比较大
——金属性结合对原子的排列没有特殊的要求，容易造
(
成原子排列的不规范性，使其具有很大的范性外力
下，容易滑移，延展性、弹性好)
北京交通大学
4.晶体结合4.4金属性结合BeijingJiaotongUniversity
*碱金属bcc，碱土金属呈fcc或hcp
密堆积结构
*d壳层填充少时(1或2个)，被原子
核较强的束缚，只有s电子是价电子，
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