從道耳頓提出原子學說到現今

我們擁有的化學知識以來

可以知道物質是由一個個原子所構成的

如果構成物質的原子、分子或離子

在三維空間中

呈現有規則的週期性排列

這樣的物質可以稱它為晶體

以離子晶體為例

如果把陰陽離子看成是一個個的球體

則晶體就是由這些球體

有規律堆積而成的物體

為了表示晶體中離子排列的規律性

我們將離子簡化成一個點

用假想的線將這些點連接起來

此時會有明顯規律性的空間架構

這種表示離子在晶體中規律排列的

最小重複空間架構

我們稱它為單位晶格

我們再從金屬晶體來討論金屬原子堆積的方式

金屬晶體的結構是具有規則性且無限延伸

加上金屬原子大小相同

可以假設這些晶格

是由半徑大小相同的圓球所填充

大部分的金屬密度很大

說明了金屬原子是以很密集的方式堆積而成

如果將金屬原子視為圓球

並在同一個平面層中以最密集的方式排列

想一想圖A與圖B

哪一個是最密集的排列方式呢？

根據上述的觀察

我們發現在一個平面下

圖A的堆積方式是較緊密的

而圖B則比較寬鬆

我們將圖A的堆積方式稱為最密堆積

該層的堆積簡稱為A層

而金屬晶體的結構不會是只有單一一層平面

它包含了許多疊加的平面層

接下來的操作目標

是設法將圓球與圓球

堆積成最緊密不浪費空間的方式

當你達成目標

你便學會了金屬晶格堆積中的其中一種堆積方式

「最密堆積」

如同剛才所說

金屬的結構包含許多平面層

而層與層之間亦須保持緊密堆積的原則

我們已經知道單一平面上最密堆積的排列方法

接下來討論第二層在空間上的排列方式

第二層若要繼續滿足最緊密的堆積

所要放入的圓球勢必要堆積在第一層之上、

第一層圓球與圓球之間

稱之為空隙B中

若在空隙B之上放入球體

我們稱該層的堆積稱為B層

為了接下來的理解

請仔細觀察B層堆積完後的結果

因為球本身占有體積

就算想要把B層遺留的空隙全部填滿

但還是做不到

最後留下了許多尚未填滿的空隙

我們把這些空隙改稱為空隙C

接著要進行第三層的堆積了

第三層相對於第二層

會有兩種選擇

根據第三層的堆積方式不同

也會有兩種最密結構的產生

我們重複一次剛才討論的堆積方式

當第一層A層堆積完成後

第二層要堆積時

選擇將球放在空隙B之上成為第二層B層

當關鍵的第三層要堆入時

當初的目標是要選擇最緊密的堆積方式

所以我們要將圓球放入

第二層圓球與圓球中間的空隙C之上

有了之前的觀察經驗

你已經知道

我們無法將所有第二層留下來的空隙全部填滿

因為圓球有它的體積

此時我們能夠選擇第三層的置入有兩種

第一種方式是與當初第一層A層的排列方式相同

這時侯原子堆積的方式是ABABAB……的順序進行

最後會得到所謂的六方最密堆積結構

若是選擇在第二層的空隙C之上堆疊圓球

則會得到ABCABC……所謂的立方最密堆積結構

其中立方最密堆積

因為在立方體的六個面的中心各有一個原子

所以又稱它為面心立方堆積

接下來

我們要來討論另外兩種金屬原子的堆積方式：

簡單立方與體心立方

在化學上常見的立方單位晶格分成三大類：

簡單立方，體心立方，與面心立方

最簡單的晶格堆積稱為簡單立方單位晶格

所有的原子皆在立方體的角落

而原子在立方單位晶格內所占的位置除了在角落

也可能在其它特別的地方

如果原子位於角落和中心

稱為體心立方單位晶格

若是位於角落和面的中心

稱為面心立方單位晶格

而面心立方的堆積方式

已在上一段討論過了

如果想要瞭解在不同堆積下

原子在單位晶格中填充的百分比

（在晶體的體積裡原子體積所佔的比例）

我們必須理解

在一個立方體之中

共有6個面

8個頂點

以及12個邊

若是原子在單位晶格的面上

那該原子就有二分之一的體積被包含在單位晶格之中

若是原子在單位晶格的頂點上

那該原子就有八分之一的體積被包含在單位晶格之中

若是原子在單位晶格的邊上

那該原子就有四分之一的體積被包含在單位晶格之中

要計算出不同堆積下原子的填充百分比

除了知道原子在晶格內各個角落的占比外

接下來還必須要推導出

單位晶格邊長與原子半徑之間的關係

在現今高中化學的課綱中

已經去除計算相關的內容了

若是同學聽完後還是想深入瞭解

可以從書本中、網路上搜尋喔

請你觀察一下模型

試著判斷：簡單立方、體心立方、面心立方

這三個晶格種類

它們的原子填充比大小順序為何呢？

最後

我們再來討論離子化合物的晶格堆積方式

實際上

討論離子化合物晶格堆積方式

會比金屬晶格堆積來得複雜

因為陰陽離子大小不同

在考慮離子晶體的結構

最先考慮的是陽陰離子的半徑比

（通常陰離子的半徑會比陽離子來得大

所以比值會小於 1）

根據不同比值的範圍

我們可以預測離子晶體內離子的堆積結構

這裡我們以生活常見的離子化合物－氯化鈉介紹

分析氯化鈉的晶體

可以得到其單位晶格為面心立方的單位晶格結構

由於氯離子比鈉離子的半徑大

所以可以視為氯離子形成面心立方單位晶格

而鈉離子則像是被擠在其間

在氯化鈉晶體的連續結構中

每一個鈉離子周圍均有6個氯離子

而每個氯離子周圍也有6個鈉離子

圍繞著氯離子

現在我們來觀察一下

氯化鈉的單位晶格中

首先有8個氯離子位於單位晶格的8個頂點上

而且面心上也有6個氯離子

再來觀察鈉離子的排列

我們可以看到有12個鈉離子位於立方體的每個邊上

另外

單位晶格內的中心鈉離子

則完全屬於此單位晶格

想想看

氯化鈉的面心立方單位晶格中

共含有幾個鈉離子以及氯離子呢？

學習完晶格堆積的觀念後

讓我們整理以下三項重點：

1.金屬原子進行最密堆積的過程中

可以分為 ABABAB……類型的六方最密堆積

以及 ABCABC……類型的立方最密堆積（面心立方）

2.金屬晶格中原子的堆積方式有：

簡單立方堆積

體心立方堆積

面心立方堆積

六方最密堆積

其中面心立方堆積

與六方最密堆積的原子填充百分比最高

3.氯化鈉單位晶格中

除了每一個鈉離子周圍有6個氯離子

每個氯離子的周圍也有6個鈉離子之外

單位晶格中總共含有4個氯離子

以及4個鈉離子