题目
面心立方结构晶格的配位数为______,其致密度为______。A. 4, 0.34B. 8, 0.68C. 12, 0.74D. 12, 0.76
面心立方结构晶格的配位数为______,其致密度为______。
A. 4, 0.34
B. 8, 0.68
C. 12, 0.74
D. 12, 0.76
题目解答
答案
C. 12, 0.74
解析
面心立方结构(FCC)是金属晶体中常见的结构类型,其配位数和致密度是该题的考查要点。
- 配位数指一个原子周围紧密接触的原子数目。在FCC结构中,每个原子的12个近邻(上下、左右、前后各4个方向)与其接触,因此配位数为12。
- 致密度是原子体积占晶胞体积的比例。通过晶格常数与原子半径的关系,结合几何计算可得致密度约为74%。
配位数分析
FCC结构中,每个原子位于立方体的顶点或面心。每个原子在上下、左右、前后方向各与4个原子接触,总计12个近邻,因此配位数为12。
致密度计算
- 晶胞体积:晶格常数为$a$,则晶胞体积为$a^3$。
- 原子半径与晶格常数关系:面心原子接触,面对角线为$4r$,即$a\sqrt{2}=4r$,得$a=2\sqrt{2}r$。
- 晶胞体积代入:$a^3=(2\sqrt{2}r)^3=16\sqrt{2}r^3$。
- 原子体积总和:每个晶胞含4个原子,总原子体积为$4 \cdot \frac{4}{3}\pi r^3 = \frac{16}{3}\pi r^3$。
- 致密度公式:
$\text{致密度} = \frac{\frac{16}{3}\pi r^3}{16\sqrt{2}r^3} = \frac{\pi}{3\sqrt{2}} \approx 0.74$