金刚石晶胞的碳原子空间占有率问题,晶胞边长为什么与半径的关系是 根号3*a=8r?

2025-04-02 13:04:54
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回答1:

上图是金刚石结构的,单胞长度a就是立方体的楞长

而图中显示的原子和原子间的连线就是化学键

化学键的长度也就是原子间的距离

图中为了清楚显示结构,表示原子的圆球的半径画得很小

实际上如果将原子看做紧密排列的话,键长d就是原子半径的两倍2r


为了简单,这里用甲烷分子的结构来说明问题

实际金刚石中的一个碳原子有四个最近邻碳原子

形成的正四面体结构和甲烷是一样的,键间夹角也是109.5度

假设这个正四面体的楞长是L

根据正四面体的几何性质

四面体的高=(√6/3)L。中心把高分为1:3两部分。

所以键长d=(3/4)(√6/3)L=(√6/4)L


又从之间的结果可以d=2r,而从第一个图中容易得到 L=(√2/2)a

所以 2r=(√2/2)(√6/4)a

2r=2(√3/8)a

r=(√3/8)a

得到关系√3a=8r