晶体摩尔体积的计算可以通过摩尔质量(M)和密度(ρ)的关系来理解。摩尔体积等于摩尔质量除以密度,即 V_m = M / ρ。
以铜为例,它采用面心立方晶格结构。每个晶胞中含有4个铜原子,这是理解其体积的关键。假设铜原子半径为r,单位晶胞的边长为d,根据晶胞结构,我们可以得出d与r的关系:d = 2^(1/2) × 4r,这里的2^(1/2)表示根号2。
进一步计算晶胞体积,即d的三次方,得到 V_c = d^3 = 16 × 2^(1/2) × r^3。每摩尔铜可以形成NA/4个晶胞,因为每个晶胞有4个铜原子,所以每摩尔铜的体积为 V_m = (NA/4) × V_c。
当我们将上述公式代入,我们可以计算出单位晶胞的边长,约为4.555×10^-8 cm,而铜的金属半径为1.610×10^-8 cm。因此,铜的摩尔体积就是这个计算结果,即 V_m = NA/4 × 16 × 2^(1/2) × r^3,这就证实了你之前提到的公式。
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