2.3.2 金属单质的晶体结构
典型的金属单质晶体的结构类型为立方面心密堆积、六方密堆积和立方体心密堆积三种，此外还有简单立方堆积（钋）、四面体堆积（锗、锡）。
2.3.2.1 简单立方堆积（A7型密堆积）
如图2-5所示，在简单立方堆积中，每个球和周围6个球相接触，形成一个八面体配位，这是一种对称性较高的堆积。这种堆积配位数较低且空间利用率只有52.39%，只有部分金属如钋属于该堆积方式。
图2-5 简单立方堆积
2.3.2.2 四面体堆积（A4型密堆积）
四面体堆积也称为金刚石堆积，是一种配位数为4、堆积密度为34.01%的堆积方式。该堆积能稳定存在，是由于这种类型的金属晶体中原子之间可以直接形成共价键。
2.3.2.3 立方体心密堆积（A2型密堆积）
如图2-6所示，在立方体心密堆积结构中，可划出一个立方体心晶胞。在晶胞中，顶点和体心位置各有一个球。且每个球都与8个球相接触，因此配位数都是8。而每个球还与距离比最近的8个球仅大15%的6个球相接近，因此立方体心密堆积结构仍然是一种高配位的密堆积结构，它的空间利用率为68.02%。
图2-6 立方体心密堆积示意图
2.3.2.4 立方面心密堆积（A1型密堆积）与六方密堆积
立方面心密堆积和六方密堆积都属与最密堆积方式。取许多直径相同的硬圆球，把它们相互接触排列成一条直线，形成一个等径圆球密置列。将许多互相平行的等径圆球密置在一个平面上最紧密地相互靠拢，就形成了一个等径圆球密置层（如图2-7所示）。它是沿二维空间伸展的等径圆球密堆积唯一的一种排列方式。
图2-7 等径圆球密置层
取A、B两个等径圆球密置层，将B层放在A层上面。要作最密堆积使空隙最小也只有一种堆积方式，就是将两个密置平行地错开一点，使B层的球的投影位置正落在A层中3个球所围成的空隙的中心上，并使两层紧密接触。此时，每一个球将与另一层的3个球相接触。上述密置双层结构中的空隙有两种：一种是由3个相邻A球和1个B球（或3个B球和1个A球）所组成的空隙，称为正四面体空隙（如图2-8所示），因为将包围空隙的四个球的球心连接起来得正四面体；另一种空隙是由3个A球和3个B球（两层球的投影位置错开60°）所组成，称为正八面体空隙（如图2-9所示），因为连接这6个球的球心得正八面体。显然八面体空隙比四面体空隙大。
图2-8 正四面体空隙示意图
图2-9 正八面体空隙示意图
在密置的双层的基础上进一步学习等圆球的三维最密堆积就很方便简单。将第三个等径圆球密置层C放在上述密置双层的上面，与B层紧密接触，将C层中的球的投影位置对准前二层组成的正八面体空隙中心，以后第四、五、六和第七、八、九个密置层的投影位置分别依次与A、B、C层重合 。这样就获得了立方最密堆积（如图2-10所示），它可用符号……ABCABC……来表示 ，因为可从A1型密堆积结构中抽出立方晶胞来（如图2-11所示），所以它又称为A1型的密堆积。具有A1型密堆积结构的金属单质有铝、铅、铜等。
图2-10 金属晶体的六方和立方面心密堆积
图2-11 立方面心结构晶胞
如果加在密置双层AB上的第三、五、七……个密置层的投影位置正好与A层重合，第四、六、八……个密置层的投影位置正好与B层重合，各层间都紧密接触，则得到六方最密堆积，它可用符号……ABAB……来表示 。它又称为A3型的密堆积，因为从其中可抽出六方晶胞（如图2-12所示）。具有A3型堆积结构的金属单质有铍、镁、锌等。
图2-12 六方晶胞示意图
在A1和A3型结构的金属单质晶体中，每个金属原子的配位数均为12，即每个原子是与12个原子（同一密置层中六个原子，上、下层中各三个原子）相邻接。这两种堆积方式是在等径圆球密堆积中最紧密的，配位数最高，空隙最小（只占总体积的25.95%）。
2.3.2.5 小结
在金属单质中，随着外界条件（温度和压力等）的改变，结构形式可能会有所不同，有的可出现多种同素异构体。在室温下能稳定存在的金属单质的结构形式可大致归类如下：
属于A1型的有Ca，Sr，Al，Cu，Ag，Au，Pt，Ir，Rh，Pd， Pb，Co，Ni，Fe，Ce，Pr，Yb，Th等。
属于A2型的有Li，Na，K，Rb，Cs，Ba，Ti，Zr，V，Nb，Ta，Cr，Mo，W，Fe等。
属于A3型的有Be，Mg，Ca，Se，Y，La，Ce，Pr，Nd，Eu，Gd，Tb，Dr，Ho，Er，Tu，Lu，Ti，Zr，Hf，Te，Re，Co，Ni， Ru，Os，Zn，Cd，Te等。
属于A4型的有Si，Ge，Sn等。
属于A7型的有Po等。
其中有的金属单质有不同的构型，如Fe既有A1型的立方面心结构也有A2型的立方体心结构。碱金属一般就具有A2型的立方体心结构，但在低于室温时可能转变为A1型的立方面心结构或A3型六方密堆积结构。还有些金属单质，如Mn、La、Rr、Nd等，可出现比上述几种典型结构更为复杂的结构。