题目
若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。
若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。
题目解答
答案
错误
解析
考查要点:本题主要考查对晶体结构中致密度和原子半径关系的理解,以及不同晶体结构(如体心立方BCC)的几何特征。
解题核心思路:
- 致密度是衡量晶体结构紧密程度的指标,计算公式为:
$\eta = \frac{\text{原子体积占晶胞体积的比例}}{}$ - 体心立方(BCC)结构中,原子位于立方体顶点和中心,体对角线为原子直径的4倍,由此可推导原子半径与晶格常数的关系:
$r = \frac{a\sqrt{3}}{4}$ - 比较不同结构:在晶格常数$a$相同的情况下,BCC的致密度低于面心立方(FCC),且BCC的原子半径$r$更大。
破题关键点:
- 明确致密度与原子半径的依赖关系:致密度不仅与原子排列方式有关,还与原子半径相关,而原子半径由晶格常数和结构特征共同决定。
- 结论矛盾点:题目中“致密度最低,原子半径最小”的表述与BCC的实际特性(致密度较低,原子半径较大)相悖。
步骤1:分析体心立方的致密度
BCC晶胞含2个原子,致密度公式为:
$\eta_{\text{BCC}} = \frac{2 \cdot \frac{4}{3}\pi r^3}{a^3}$
代入$r = \frac{a\sqrt{3}}{4}$,化简得:
$\eta_{\text{BCC}} = \frac{\pi\sqrt{3}}{8} \approx 68\%$
步骤2:比较不同结构的致密度
- 面心立方(FCC):致密度为$\eta_{\text{FCC}} = \frac{\pi\sqrt{2}}{6} \approx 74\%$,高于BCC。
- 原子半径与晶格常数关系:
- BCC:$r_{\text{BCC}} = \frac{a\sqrt{3}}{4}$
- FCC:$r_{\text{FCC}} = \frac{a\sqrt{2}}{4}$
当$a$相同时,$r_{\text{BCC}} > r_{\text{FCC}}$,即BCC的原子半径更大。
步骤3:判断原题结论
题目中“体心立方晶格的致密度最低,原子半径最小”存在两处错误:
- 致密度:BCC的致密度(68%)并非最低,简单立方(SC,约52%)更低。
- 原子半径:在$a$相同的情况下,BCC的原子半径比FCC大,而非最小。