晶体第六课：最紧密堆积原理

最紧密堆积原理

在形成晶体的过程中，物质质点之间趋向于尽可能靠近，从而形成最紧密堆积。最紧密堆积分等大球体的最紧密堆积和不等大球体的紧密堆积两种。

. 等大球体的最紧密堆积方式，最基本的就是六方最紧密堆积和立方最紧密堆积两种。还可出现更多层重复的周期性堆积。

.不等大球体的紧密堆积时，较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球则按自身体积的大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中。

离子晶格与金属晶格中，离子或原子之间由于不受化学键的方向性与饱和性制约，可以达到最紧密的状态，以降低内能。所以，离子晶格与金属晶格遵循“球体最紧密堆积原理”。

下面，我们首先讨论一种原子的堆积：等大球最紧密堆积。

下图是等大球体的最紧密堆积示意图。

等大球体的最紧密堆积示意图

六方最紧密堆积

等大球最紧密堆积只有这两种形式，ABC和ABA，任何多层结构的堆积可以分解为这两种堆积形式的组合。在这两种形式中，ABABAB…形式所形成的结构具有六方对称，所以也称六方最紧密堆积。

在下面的图形中，表示的是六方对称性的堆积。从图中可以知道，堆积的最小重复单位（即晶胞）形状是一个菱形柱，六方柱逐渐就称为六方对称的三维结构。图中，第四个图案用不同颜色标明不同堆积层。

 

    

        

 

         

 

立方最紧密堆积

等大球最紧密堆积只有这两种形式，：ABC和ABA，任何多层结构的堆积可以分解为这两种堆积形式的组合。在这两种形式中，ABCABC…形式所形成的结构具有立方对称，所以也称立方最紧密堆积。

在下图中，第一个图案用不同颜色标明不同堆积层，最后一个立方体是从堆积结构中抽取出来的最小重复单位（即晶胞），说明了这种堆积结构具有立方对称性。最小重复单位是一个立方面心格子，即在立方体的每个面中央有一个质点。